WO2018060590A1 - Dispositif d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine améliorant l'homogénéité de l'alimentation des dispositifs d'injection du carburant - Google Patents

Dispositif d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine améliorant l'homogénéité de l'alimentation des dispositifs d'injection du carburant Download PDF

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fuel
combustion chamber
primary
distribution
injection devices
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PCT/FR2017/052594
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Patrick DUCHAINE
Christophe Nicolas Henri VIGUIER
Philippe Jean René Marie BENEZECH
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Safran Helicopter Engines
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26—Starting; Ignition
    • F02C7/264—Ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C7/228—Dividing fuel between various burners
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    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/232—Fuel valves; Draining valves or systems

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply device for a turbomachine combustion chamber, an aircraft turbomachine comprising such a device, and finally a method for supplying fuel to a combustion chamber in such a turbomachine.
  • a turbomachine combustion chamber is supplied with fuel by injection devices designed to spray the fuel into the chamber and being themselves fed respectively by supply lines connected in parallel to different points of contact.
  • a distribution duct is generally annular, arranged around the combustion chamber, and fueled by a pump controlled by a computer and connected to the fuel tank of the aircraft.
  • the assembly comprising the injection devices, the supply ducts and the distribution duct forms a fuel supply device, in the terminology of the present description.
  • the injection devices considered in the context of the present invention may be of mechanical type or aeromechanical type. In both cases, the spraying of the fuel is at least partly attributable to the fuel pressure supplied to the injection device.
  • Another solution to this problem is to use dual circuit injection devices, that is to say each having a primary fuel ejection channel connected to a primary fuel circuit and a fuel ejection channel.
  • secondary circuit connected to a secondary circuit of fuel, as illustrated for example by the document EP2026002, and as shown schematically in Figure 1.
  • the primary circuit 1 is powered during a low flow operation, while the secondary circuit 2, or l all of the two circuits 1 and 2, is powered during a high flow operation.
  • Each of the primary circuits 1 and secondary 2 has its own distribution conduit 1A, 2A and its own supply conduits 1B, 2B.
  • the primary ejection channel 1C of each injection device is configured to generate a greater pressure drop than the secondary ejection channel 2C, so that the difference between the fuel pressures respectively usable at low flow and at high flow rate is less than in the case of single circuit devices described above.
  • the ejection channels 1C and 2C comprise, for example, nozzles spraying the fuel and such that the nozzle of the primary ejection channel 1C has an outlet section of diameter smaller than the diameter of the output section of the nozzle of the secondary ejection channel 2C.
  • the fuel supply of the primary circuits 1 and 2 in the different phases of operation is provided by a distribution device 4 having a fuel intake 4A, a primary output 4B connected to the primary circuit 1, and a secondary output 4C connected to the secondary circuit 2.
  • the dual circuit injection devices have the disadvantage of a large footprint because of the presence of two ejection channels in such a device, which requires to adapt accordingly the general dimensions of the combustion chamber and its environment. Such a constraint is not always desirable.
  • dual circuit injection devices have a relatively high cost.
  • the invention aims in particular to provide a simple, economical and effective solution to this problem, to avoid at least partly the aforementioned drawbacks.
  • a fuel supply device for supplying fuel to a turbomachine combustion chamber, comprising: - fuel injection devices each comprising a fuel ejection channel,
  • the fuel injection devices each comprise a hydraulic junction comprising:
  • the respective first inlet channels of the fuel injection devices are respectively connected to different points of the primary distribution pipe, while the respective second inlet channels of the fuel injection devices are respectively connected to different points of the secondary distribution duct.
  • Each throttling makes it possible to increase the pressure drop of the fuel and thus to increase the fuel pressure upstream of the throttling, in particular within the primary distribution pipe, while maintaining a low or moderate flow at the outlet of the fuel. throttling, to feed the corresponding ejection channel.
  • the primary distribution duct can be used in the operating phases requiring a relatively low fuel flow.
  • the fuel can then circulate in the primary distribution pipe under a pressure that is sufficiently high so that the hydrostatic pressure is negligible relative to the total pressure.
  • the check valves make it possible to prevent a portion of the fuel coming from the respective primary inlet channels of the junctions from entering the secondary distribution duct through the secondary inlet channels, which would penalize the homogeneity of the fuel pressure at the exit of the junctions.
  • the secondary distribution duct can be used in the operating phases requiring a fuel flow higher than the aforementioned threshold.
  • the fuel flowing in the secondary distribution duct and then in the secondary input channel of each junction undergoes in this secondary input path a lower pressure drop than in the primary input channel, and thus makes it possible to supply the channels fuel ejection with higher fuel flow.
  • the invention thus makes it possible to reduce the difference between the fuel pressure levels at the input of the device, respectively in the low-flow phases and in the high-flow phases.
  • the invention thus makes it possible to maintain a relatively high fuel pressure even at low fuel flow rates, which makes it possible to considerably limit the harmful effects due to hydrostatic pressure in the distribution ducts.
  • the injection devices each require a single fuel ejection channel, which avoids the disadvantages inherent to the dual circuit injection devices.
  • the invention also relates to an aircraft turbomachine, comprising:
  • a fuel distribution device comprising:
  • the fuel distribution device is configured to supply only the primary distribution pipe during operating phases in which the combustion chamber requires a fuel flow rate below a predetermined threshold, and to supply only the secondary distribution pipe or the two primary and secondary distribution ducts during operating phases in which the combustion chamber requires a fuel flow greater than the predetermined threshold.
  • the invention finally relates to a method for supplying fuel to a combustion chamber in a turbomachine of the type described above, in which the fuel distribution device supplies only the primary fuel distribution pipe during the operating phases in which the fuel distribution device combustion chamber requires a fuel flow lower than the predetermined threshold, while the fuel distribution device supplies the secondary distribution pipe or the two primary and secondary distribution pipes with fuel during the operating phases in which the combustion chamber requires a fuel flow rate higher than the predetermined threshold.
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel supply device of a known type, using dual circuit injection devices;
  • FIG. 2 is a schematic view in axial section of an aircraft turbomachine according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a fuel supply device for fueling the combustion chamber of the turbomachine of FIG. 2.
  • FIG. 2 illustrates a turbomachine, for example a turbojet engine 10 for an aircraft, generally comprising a fan 12 intended for the suction of an air stream F1 dividing downstream of the fan into a primary flow F 2 supplying a heart of the turbojet engine and a secondary flow F3 bypassing this core and intended to provide in principle most of the thrust.
  • a turbomachine for example a turbojet engine 10 for an aircraft, generally comprising a fan 12 intended for the suction of an air stream F1 dividing downstream of the fan into a primary flow F 2 supplying a heart of the turbojet engine and a secondary flow F3 bypassing this core and intended to provide in principle most of the thrust.
  • the heart of the turbojet engine comprises, in a well known manner, a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 16, a combustion chamber 18 for example of the annular type, a high pressure turbine 20 and a low pressure turbine 22.
  • the turbojet engine is streamlined by a nacelle 24 surrounding the flow space 26 of the secondary flow.
  • the rotors of the turbojet engine are rotatably mounted around a longitudinal axis 28 of the turbojet engine.
  • the invention is nevertheless applicable to any type of turbomachine.
  • the combustion chamber 18 is supplied with fuel by a fuel supply device 100, visible schematically in FIG. 3, comprising fuel injection devices 102 each comprising a fuel ejection channel 104 capable of spraying fuel. in the combustion chamber, for example through corresponding orifices formed in a bottom wall of the combustion chamber.
  • the fuel ejection channels 104 open directly or indirectly into the combustion chamber.
  • the fuel supply device 100 further comprises two fuel distribution ducts, namely a primary distribution duct 110 and a secondary distribution duct 120, which are for example each of annular shape, in a manner known per se. .
  • These two fuel distribution ducts 110, 120 are respectively connected to the primary outlet 4B and the secondary outlet 4C of a fuel distribution device 4 which is for example of the type described above with reference to FIG.
  • each of the fuel injection devices 102 comprises a hydraulic junction 130 comprising a first inlet channel 132 provided with a throat 134 and connected to the primary distribution duct 110, a second lane inlet 136 provided with a check valve 138 and connected to the secondary distribution duct 120, and an outlet channel 140 connecting together respective outlets of the first and second inlet channels 132 and 136 to the fuel ejection channel 104 corresponding.
  • the first respective input channels 132 of the fuel injection devices 102 have respective inputs connected in parallel to the primary distribution duct 110, respectively at different points 150A-150E of this primary distribution duct 110.
  • each fuel ejection channel 104 is for example of tubular shape and comprises for example a nozzle for spraying the pressurized fuel at the outlet of the ejection channel 104 or a simple outlet orifice distributing the fuel at the outlet of the ejection channel 104.
  • Each fuel ejection channel 104 may be delivered directly into the combustion chamber or may for example be arranged in a head of a corresponding injector intended to be received in an injection system. corresponding, or in a corresponding pre-vaporization rod, mounted (e) in the bottom wall of the combustion chamber 18.
  • the injector head and the injection system or the pre-vaporization rod may be of a conventional type and are not described in detail or illustrated in the figures.
  • the junction 130 may be integrated with such an injector.
  • the fuel supply device 100 allows the implementation of a method of supplying fuel to the combustion chamber 18, in which the fuel distribution device 4 supplies only the primary distribution pipe 110 with fuel during operating phases in which the combustion chamber 18 requires a fuel flow rate lower than a predetermined threshold, while the fuel distribution device 4 supplies the secondary distribution pipe 120 or the two primary distribution pipes 110 and secondary 120 to fuel during operating phases in which the combustion chamber 18 requires a fuel flow greater than the predetermined threshold.
  • each throttle 134 makes it possible to increase the pressure drop of the fuel.
  • the constriction 134 thus makes it possible to increase the pressure of the fuel upstream of the constriction 134, in particular within the primary distribution duct 110, while maintaining a low or moderate flow at the outlet of the constriction 134.
  • the fuel circulates in the primary distribution pipe 110 under a sufficiently high pressure so that the hydrostatic pressure is negligible relative to the total pressure.
  • the various fuel injection devices 102 are fed with fuel in a homogeneous manner, even at low flow rates.
  • the non-return valves 138 make it possible to prevent the fuel coming from the respective primary inlet channels 132 of the junctions 130 from entering the secondary distribution duct 120 through the secondary inlet channels 136.
  • the fuel flows in the secondary distribution duct 120 and then in the secondary inlet 136 of each junction 130 undergoing a lower pressure drop than in the air duct. primary input 132, and thus makes it possible to feed the ejection channels 104 with a higher flow rate of fuel.
  • the supply of the same series of fuel ejection channels 104 by two distribution ducts 110 and 120, with interposition of respective restrictions 134 between each fuel ejection channel 104 and the one of the distribution ducts 110 makes it possible to cover a wide range of flow levels in the fuel ejection channels while limiting the problems of low flow inhomogeneity in the distribution ducts.
  • the invention makes it possible in particular to maintain a relatively high fuel pressure in the distribution duct concerned even at low fuel flow rates, which considerably limits the harmful effects due to the hydrostatic pressure in the distribution ducts 110, 120.
  • the invention also makes it possible to avoid the aforementioned drawbacks of dual circuit injection devices, i.e. comprising two respective fuel ejection channels.

Abstract

Dispositif d'alimentation en carburant (100) pour alimenter en carburant une chambre de combustion de turbomachine, comprenant des dispositifs d'injection de carburant (102) comprenant chacun un canal d'éjection de carburant(104),un conduit de distribution primaire (110), et un conduit de distribution secondaire (120). Les dispositifs d'injection de carburant (102) comprennent chacun une jonction hydraulique (130) comprenant une première voie d'entrée (132) pourvue d'un étranglement (134), une seconde voie d'entrée (136) pourvue d'un clapet anti-retour (138), et une voie de sortie (140) raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée (132, 136) au canal d'éjection de carburant (140) correspondant. Les premières voies d'entrée (132) sont raccordées respectivement à différents points du conduit de distribution primaire, et les secondes voies d'entrée (136) sont raccordées respectivement à différents points du conduit de distribution secondaire. La pression hydrostatique est ainsi négligeable au sein du conduit de distribution primaire même aux faibles débits de carburant.

Description

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN CARBURANT D'UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE AMÉLIORANT L'HOMOGÉNÉITÉ DE L'ALIMENTATION DES DISPOSITIFS
D'INJECTION DU CARBURANT DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en carburant d'une chambre de combustion de turbomachine, une turbomachine pour aéronef comprenant un tel dispositif, et enfin un procédé pour alimenter en carburant une chambre de combustion dans une telle turbomachine.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
D'une manière générale, une chambre de combustion de turbomachine est alimentée en carburant par des dispositifs d'injection conçus pour pulvériser le carburant dans la chambre et étant eux-mêmes alimentés respectivement par des conduits d'alimentation raccordés en parallèle à différents points d'un conduit de distribution. Ce dernier est généralement de forme annulaire, agencé autour de la chambre de combustion, et alimenté en carburant par une pompe régulée par un calculateur et raccordée au réservoir de carburant de l'aéronef. L'ensemble comprenant les dispositifs d'injection, les conduits d'alimentation et le conduit de distribution forme un dispositif d'alimentation en carburant, dans la terminologie de la présente description.
Les documents antérieurs FR2235274 (US3915387), EP0373984 (US4999996) et EP0833107 (US6035645) décrivent des exemples de dispositifs d'injection de carburant de turbomachine de types connus, tandis que le document EP1719888 (US7757494) décrit un conduit de distribution et des conduits d'alimentation aptes à alimenter en carburant de tels dispositifs d'injection.
Les dispositifs d'injection considérés dans le cadre de la présente invention peuvent être de type mécanique ou de type aéromécanique. Dans les deux cas, la pulvérisation du carburant est au moins en partie imputable à la pression du carburant alimentant le dispositif d'injection.
Or, un problème se pose dans les phases de fonctionnement dans lesquelles un dispositif d'alimentation en carburant de ce type délivre un débit de carburant relativement faible, par exemple en régime de croisière à haute altitude. En effet, à de tels débits de carburant, la pression hydrostatique du carburant (qui varie dans le conduit de distribution en fonction de la hauteur du point considéré) n'est plus négligeable par rapport aux autres composantes de la pression totale du carburant. Il en résulte une inhomogénéité significative de la pression totale du carburant au sein du conduit de distribution, qui se traduit par des différences de débit de carburant d'un dispositif d'injection à l'autre.
Une solution à ce problème pourrait consister à modifier la configuration des dispositifs d'injection pour accroître la pression du carburant aux plus bas débits. Toutefois, le niveau de pression de carburant qui serait alors requis aux plus forts débits imposerait de sur-dimensionner l'ensemble du dispositif d'alimentation en carburant, ce qui ne serait pas souhaitable.
Une autre solution à ce problème consiste à utiliser des dispositifs d'injection à double circuit, c'est-à-dire comportant chacun un canal d'éjection de carburant primaire raccordé à un circuit primaire de carburant et un canal d'éjection de carburant secondaire raccordé à un circuit secondaire de carburant, comme illustré par exemple par le document EP2026002, et comme schématisé sur la figure 1. Le circuit primaire 1 est alimenté lors d'un fonctionnement à faible débit, tandis que le circuit secondaire 2, ou l'ensemble des deux circuits 1 et 2, est alimenté lors d'un fonctionnement à fort débit. Chacun des circuits primaire 1 et secondaire 2 comporte son propre conduit de distribution 1A, 2A et ses propres conduits d'alimentation 1B, 2B. Le canal d'éjection primaire 1C de chaque dispositif d'injection est configuré de manière à générer une perte de charge plus importante que le canal d'éjection secondaire 2C, de sorte que la différence entre les pressions de carburant respectivement utilisables à faible débit et à fort débit est moindre que dans le cas des dispositifs à simple circuit décrits ci- dessus. À cet effet, les canaux d'éjection 1C et 2C comportent par exemple des gicleurs assurant la pulvérisation du carburant et tels que le gicleur du canal d'éjection primaire 1C présente une section de sortie de diamètre inférieur au diamètre de la section de sortie du gicleur du canal d'éjection secondaire 2C. L'alimentation en carburant des circuits primaire 1 et secondaire 2 dans les différentes phases de fonctionnement est assurée par un dispositif de répartition 4 présentant une admission de carburant 4A, une sortie primaire 4B raccordée au circuit primaire 1, et une sortie secondaire 4C raccordée au circuit secondaire 2.
Toutefois, les dispositifs d'injection à double circuit présentent l'inconvénient d'un encombrement élevé à cause de la présence de deux canaux d'éjection dans un tel dispositif, ce qui oblige à adapter en conséquence les dimensions générales de la chambre de combustion et de son environnement. Une telle contrainte n'est pas toujours souhaitable. De plus, les dispositifs d'injection à double circuit présentent un coût relativement élevé.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème, permettant d'éviter au moins en partie les inconvénients précités.
Elle propose à cet effet un dispositif d'alimentation en carburant pour alimenter en carburant une chambre de combustion de turbomachine, comprenant : - des dispositifs d'injection de carburant comprenant chacun un canal d'éjection de carburant,
- un conduit de distribution primaire, et
- un conduit de distribution secondaire.
Selon l'invention, les dispositifs d'injection de carburant comprennent chacun une jonction hydraulique comprenant :
- une première voie d'entrée pourvue d'un étranglement respectif,
- une seconde voie d'entrée pourvue d'un clapet anti-retour, et
- une voie de sortie raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée au canal d'éjection de carburant correspondant. De plus, les premières voies d'entrée respectives des dispositifs d'injection de carburant sont raccordées respectivement à différents points du conduit de distribution primaire, tandis que les secondes voies d'entrée respectives des dispositifs d'injection de carburant sont raccordées respectivement à différents points du conduit de distribution secondaire.
Chaque étranglement permet d'accroître la perte de charge du carburant et ainsi d'augmenter la pression du carburant en amont de l'étranglement, en particulier au sein du conduit de distribution primaire, tout en conservant un débit faible ou modéré en sortie de l'étranglement, pour alimenter le canal d'éjection correspondant.
Ainsi, le conduit de distribution primaire peut être utilisé dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant relativement faible. Le carburant peut alors circuler dans le conduit de distribution primaire sous une pression suffisamment élevée pour que la pression hydrostatique soit négligeable par rapport à la pression totale. De ce fait, les différents dispositifs d'injection de carburant sont alimentés en carburant de manière homogène, même aux faibles débits. De plus, les clapets anti-retour permettent d'éviter qu'une partie du carburant provenant des voies d'entrée primaires respectives des jonctions ne pénètre dans le conduit de distribution secondaire en passant par les voies d'entrées secondaires, ce qui pénaliserait l'homogénéité de la pression du carburant en sortie des jonctions.
Le conduit de distribution secondaire peut être utilisé dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant supérieur au seuil précité. Le carburant circulant dans le conduit de distribution secondaire puis dans la voie d'entrée secondaire de chaque jonction subit dans cette voie d'entrée secondaire une perte de charge moindre que dans la voie d'entrée primaire, et permet ainsi d'alimenter les canaux d'éjection de carburant avec un débit supérieur de carburant.
L'invention permet ainsi de réduire la différence entre les niveaux de pression du carburant en entrée du dispositif, respectivement dans les phases à faible débit et dans les phases à fort débit. L'invention permet ainsi de conserver une pression de carburant relativement élevée même aux faibles débits de carburant, ce qui permet de limiter considérablement les effets néfastes dus à la pression hydrostatique dans les conduits de distribution.
De plus, les dispositifs d'injection ne requièrent chacun qu'un unique canal d'éjection de carburant, ce qui permet d'éviter les inconvénients inhérents aux dispositifs d'injection à double circuit.
L'invention concerne également une turbomachine pour aéronef, comprenant :
- une chambre de combustion,
- un dispositif d'alimentation en carburant du type décrit ci-dessus, et
- un dispositif de répartition de carburant comportant :
I. une admission de carburant,
II. une sortie primaire raccordée au conduit de distribution primaire du dispositif d'alimentation en carburant, et
III. une sortie secondaire raccordée au conduit de distribution secondaire du dispositif d'alimentation en carburant,
dans laquelle les canaux d'éjection de carburant respectifs des dispositifs d'injection de carburant du dispositif d'alimentation en carburant débouchent dans la chambre de combustion,
et dans laquelle le dispositif de répartition de carburant est configuré pour alimenter uniquement le conduit de distribution primaire lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant inférieur à un seuil prédéterminé, et pour alimenter uniquement le conduit de distribution secondaire ou les deux conduits de distribution primaire et secondaire lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé.
L'invention concerne enfin un procédé pour alimenter en carburant une chambre de combustion dans une turbomachine du type décrit ci-dessus, dans lequel le dispositif de répartition de carburant alimente uniquement le conduit de distribution primaire en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant alimente le conduit de distribution secondaire ou les deux conduits de distribution primaire et secondaire en carburant lors des phases de fonctionnement da ns lesquelles la chambre de combustion requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation en carburant d'un type connu, utilisant des dispositifs d'injection à double circuit ;
- la figure 2 est une vue schématique en section axiale d'une turbomachine pour aéronef selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation en ca rburant de la chambre de combustion de la turbomachine de la figure 2.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ
La figure 2 illustre une turbomachine, par exemple un turboréacteur à double flux 10 pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air Fl se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 alimentant un cœur du turboréacteur et un flux secondaire F3 contournant ce cœur et destiné à fournir en principe la majeure partie de la poussée.
Le cœur du turboréacteur comporte, de manière bien connue, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18 par exemple du type annulaire, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le turboréacteur est caréné par une nacelle 24 entourant l'espace d'écoulement 26 du flux secondaire. Les rotors du turboréacteur sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 du turboréacteur. L'invention est néanmoins applicable à tout type de turbomachine.
La chambre de combustion 18 est alimentée en carburant par un dispositif d'alimentation en carburant 100, visible schématiquement sur la figure 3, comprenant des dispositifs d'injection de carburant 102 comprenant chacun un canal d'éjection de carburant 104 apte à pulvériser du carburant dans la chambre de combustion, par exemple au travers d'orifices correspondants ménagés dans une paroi de fond de la chambre de combustion. À cet effet, les canaux d'éjection de carburant 104 débouchent directement ou indirectement dans la chambre de combustion.
Le dispositif d'alimentation en carburant 100 comprend en outre deux conduits de distribution de carburant, à savoir un conduit de distribution primaire 110 et un conduit de distribution secondaire 120, qui sont par exemple chacun de forme annulaire, d'une manière connue en soi. Ces deux conduits de distribution de carburant 110, 120 sont respectivement raccordés à la sortie primaire 4B et à la sortie secondaire 4C d'un dispositif de répartition de carburant 4 qui est par exemple du type décrit ci-dessus en référence à la figure 1.
Selon une particularité de la présente invention, chacun des dispositifs d'injection de carburant 102 comporte une jonction hydraulique 130 comprenant une première voie d'entrée 132 pourvue d'un étranglement 134 et raccordée au conduit de distribution primaire 110, une seconde voie d'entrée 136 pourvue d'un clapet anti-retour 138 et raccordée au conduit de distribution secondaire 120, et une voie de sortie 140 raccordant conjointement des sorties respectives des première et seconde voies d'entrée 132 et 136 au canal d'éjection de carburant 104 correspondant.
Les premières voies d'entrée 132 respectives des dispositifs d'injection de carburant 102 présentent des entrées respectives raccordées en parallèle au conduit de distribution primaire 110, respectivement en différents points 150A-150E de ce conduit de distribution primaire 110.
Les secondes voies d'entrée 136 respectives des dispositifs d'injection de carburant 102 présentent des entrées respectives raccordées en parallèle au conduit de distribution secondaire 120, respectivement en différents points 160A-160E du conduit de distribution secondaire 120. D'une manière connue en soi, chaque canal d'éjection de carburant 104 est par exemple de forme tubulaire et comporte par exemple un gicleur assurant la pulvérisation du carburant sous pression en sortie du canal d'éjection 104 ou un simple orifice de sortie distribuant le carburant en sortie du canal d'éjection 104. Chaque canal d'éjection de carburant 104 peut débiter directement dans la chambre de combustion ou être par exemple agencé dans une tête d'un injecteur correspondant destinée à être reçue dans un système d'injection correspondant, ou dans une canne de prévaporisation correspondante, monté(e) dans la paroi de fond de la chambre de combustion 18. La tête d'injecteur et le système d'injection ou la canne de prévaporisation peuvent être d'un type conventionnel et ne sont pas décrits en détail ni illustrés sur les figures. De plus, la jonction 130 peut être intégrée à un tel injecteur.
Le dispositif d'alimentation en carburant 100 permet la mise en œuvre d'un procédé d'alimentation en carburant de la chambre de combustion 18, dans lequel le dispositif de répartition de carburant 4 alimente uniquement le conduit de distribution primaire 110 en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant inférieur à un seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant 4 alimente le conduit de distribution secondaire 120 ou les deux conduits de distribution primaire 110 et secondaire 120 en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé.
Ainsi, dans les phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, le carburant circule dans le conduit de distribution primaire 110 puis dans la voie d'entrée primaire 132 de chaque jonction 130, où le carburant rencontre l'étranglement 134, puis dans la voie de sortie 140 et dans le canal d'éjection 104 correspondants. En revanche, dans des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion 18 requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé, du carburant circule dans le conduit de distribution secondaire 120 puis dans la voie d'entrée secondaire 136 de chaque jonction 130, où le carburant circule normalement au travers du clapet anti- retour 138, puis dans la voie de sortie 140 et dans le canal d'éjection 104 correspondants. Dans les phases de fonctionnement à faible débit, chaque étranglement 134 permet d'accroître la perte de charge du carburant. L'étranglement 134 permet ainsi d'augmenter la pression du carburant en amont de l'étranglement 134, en particulier au sein du conduit de distribution primaire 110, tout en conservant un débit faible ou modéré en sortie de l'étranglement 134.
Ainsi, dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant inférieur au seuil précité, le carburant circule dans le conduit de distribution primaire 110 sous une pression suffisamment élevée pour que la pression hydrostatique soit négligeable par rapport à la pression totale. De ce fait, les différents dispositifs d'injection de carburant 102 sont alimentés en carburant de manière homogène, même aux faibles débits. De plus, les clapets anti-retour 138 permettent d'éviter que le carburant provenant des voies d'entrée primaires 132 respectives des jonctions 130 ne pénètre dans le conduit de distribution secondaire 120 en passant par les voies d'entrées secondaires 136.
Dans les phases de fonctionnement nécessitant un débit de carburant supérieur au seuil précité, le carburant circule dans le conduit de distribution secondaire 120 puis dans la voie d'entrée secondaire 136 de chaque jonction 130 en subissant une perte de charge moindre que dans la voie d'entrée primaire 132, et permet ainsi d'alimenter les canaux d'éjection 104 avec un débit plus élevé de carburant.
D'une manière générale, l'alimentation d'une même série de canaux d'éjection de carburant 104 par deux conduits de distribution 110 et 120, avec interposition d'étranglements respectifs 134 entre chaque canal d'éjection de carburant 104 et l'un des conduits de distribution 110, permet de couvrir une large plage de niveaux de débits dans les canaux d'éjection de carburant tout en limitant les problèmes d'inhomogénéité à faible débit dans les conduits de distribution. L'invention permet en particulier de conserver une pression de carburant relativement élevée dans le conduit de distribution concerné même aux faibles débits de carburant, ce qui permet de limiter considérablement les effets néfastes dus à la pression hydrostatique dans les conduits de distribution 110, 120. L'invention permet en outre d'éviter les inconvénients précités des dispositifs d'injection à double circuit, c'est-à-dire comprenant deux canaux d'éjection de carburant respectifs.
Documents cités dans la description : - FR2235274 (équivalent à US3915387)
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- EP0833107 équivalent à US6035645)
- EP1719888 (équivalent à US7757494)
- EP2026002 (équivalent à US2009038312)

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'alimentation en carburant (100) pour alimenter en carburant une chambre de combustion (18) de turbomachine, comprenant :
- des dispositifs d'injection de carburant (102) comprenant chacun un canal d'éjection de carburant (104),
- un conduit de distribution primaire (110), et
- un conduit de distribution secondaire (120),
caractérisé en ce que les dispositifs d'injection de carburant (102) comprennent chacun une jonction hydraulique (130) comprenant :
- une première voie d'entrée (132) pourvue d'un étranglement respectif (134),
- une seconde voie d'entrée (136) pourvue d'un clapet anti-retour respectif (138), et
- une voie de sortie (140) raccordant conjointement les première et seconde voies d'entrée (132, 136) au canal d'éjection de carburant (140) correspondant,
les premières voies d'entrée (132) respectives des dispositifs d'injection de carburant (102) étant raccordées respectivement à différents points (150A-150E) du conduit de distribution primaire (110), et
les secondes voies d'entrée (136) respectives des dispositifs d'injection de carburant (102) étant raccordées respectivement à différents points (160A-160E) du conduit de distribution secondaire (120).
2. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant :
- une chambre de combustion (18),
- un dispositif d'alimentation en carburant (100) selon la revendication 1, et
- un dispositif de répartition de carburant (4) comportant :
i. une admission de carburant (4A),
ii. une sortie primaire (4B) raccordée au conduit de distribution primaire (110) du dispositif d'alimentation en carburant (100), et iii. une sortie secondaire (4C) raccordée au conduit de distribution secondaire (120) du dispositif d'alimentation en carburant (100),
dans laquelle les canaux d'éjection de carburant (104) respectifs des dispositifs d'injection de carburant (102) du dispositif d'alimentation en carburant (100) sont agencés de manière à pulvériser du carburant dans la chambre de combustion (18),
et dans laquelle le dispositif de répartition de carburant (4) est configuré pour alimenter uniquement le conduit de distribution primaire (110) lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant inférieur à un seuil prédéterminé, et pour alimenter uniquement le conduit de distribution secondaire (120) ou les deux conduits de distribution primaire (110) et secondaire (120) lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé.
3. Procédé pour alimenter en carburant une chambre de combustion (18) dans une turbomachine (10) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de répartition de carburant (4) alimente uniquement le conduit de distribution primaire (110) en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant inférieur au seuil prédéterminé, tandis que le dispositif de répartition de carburant (4) alimente le conduit de distribution secondaire (120) ou les deux conduits de distribution primaire (110) et secondaire (120) en carburant lors des phases de fonctionnement dans lesquelles la chambre de combustion (18) requiert un débit de carburant supérieur au seuil prédéterminé.
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