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(11) | EP 0 565 441 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Chambre de combustion munie d'un fond générateur de prémélange |
| (57) L'invention est relative à une chambre de combustion pour turbo-machine, dont le
fond permet une prévaporisation du carburant. A cet effet, selon l'invention, le fond comprend au moins deux profilés (5), en V, orientés vers l'amont (10) par rapport à l'enceinte de combustion (7), cependant qu'un premier passage(20) est ménagé entre les extrémités (16) des branches adjacentes de deux profilés successifs (5) et qu'un injecteur de carburant (11-12-13) est contenu à l'intérieur d'un espace délimité par les arêtes (14) et par les extrémités (16) desdites branches adjacentes (5), les axes (12A, 13A) des orifices d'injection (12, 13) intersectant lesdites branches (5). Une application est la réalisation d'une turbo-machine ayant une émission réduite d'oxydes d'azote. |
[0001] On connait des chambres de combustion pour turbo-machines comprenant : un axe de sensible symétrie ; des parois interne et externe annulaires par rapport audit axe ; un fond, qui s'étend transversalement par rapport audit axe et qui, en coopération avec lesdites parois interne et externe, délimite une enceinte de combustion ; des injecteurs de carburant, qui traversent ledit fond ; et, une source de comburant sous pression.
[0002] L'une des préoccupations actuelles majeures des concepteurs de turbo-machines est la réduction des émissions d'oxydes d'azote. On sait que les systèmes d'injection de carburant utilisant le principe du prémélange du carburant avec le comburant, avant la combustion proprement dite, permettent la réduction souhaitée des émissions d'oxydes d'azote.
[0003] La présente invention propose un tel système en prévoyant une constitution particulière du fond de la chambre de combustion.
[0004] Acet effet, selon l'invention, le fond comprend au moins deux premiers profilés ayant chacun une section droite en forme de V, la pointe du V étant orientée vers l'amont par rapport à l'enceinte de combustion, chacun desdits premiers profilés étant disposé sensiblement symétriquement par rapport à un plan radial passant par l'axe de symétrie et contenant l'arête de ce premier profilé passant par la pointe du V de sa section droite, cependant qu'un premier passage est ménagé entre les extrémités des branches adjacentes de deux premiers profilés successifs et qu'au moins un injecteur de carburant est contenu à l'intérieur d'un espace délimité par les arêtes et par les extrémités desdites branches adjacentes des deuxdits premiers profilés successifs et possède des orifices d'injection de carburant munis d'axes d'injections qui intersectent lesdites branches adjacentes.
[0005] Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées :
- ledit injecteur de carburant est contenu à l'intérieur d'un deuxième profilé ayant une section droite en forme de V, la pointe du V étant orientée vers l'aval, ce deuxième profilé ayant deux branches disposées en regard desdites branches adjacentes des deux premiers profilés successifs, respectivement, un deuxième passage étant ménagé entre chaque branche du deuxième profilé et la branche d'un premier profilé disposé en regard, cependant que des orifices sont ménagés dans les branches du deuxième profilé et sont sensiblement coaxiaux des orifices d'injection de carburant dudit injecteur de carburant ;
- chaque deuxième passage est convergent de l'amont vers l'aval ;
- chaque deuxième profilé est indépendant de l'injecteur de carburant qu'il contient ;
- chaque deuxième profilé est soudé sur l'injecteur de carburant qu'il contient ;
- chaque premier profilé comprend une paroi aval, et, une paroi amont qui y est assemblée, en ménageant entre ces parois aval et amont un troisième espace qui communique, par des orifices amont et par des orifices aval traversant la paroi amont, avec l'environnement extérieur dudit premier profilé ;
- lesdits injecteurs de carburant sont du type injecteur-crayon.
[0006] L'avantage principal de l'invention réside dans l'obtention d'une prévaporisation, donc d'un prémélange efficace dans un espace axialement limité.
[0007] L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple.
[0008] Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif.
[0009] Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une coupe axiale schématisée d'une chambre de combustion conforme à l'invention :
- la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 2 ; et,
- la figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3 d'une variante de réalisation d'une chambre de combustion, également conforme à l'invention.
[0010] La figure 1 représente une chambre de combustion conforme à l'invention, destinée à une turbo-machine. Cette chambre de combustion comporte :
- une paroi interne 1, annulaire, d'axe de symétrie 2 ;
- une paroi externe 3, également annulaire, d'axe 2 ;
- un fond 4, comportant notamment des premiers profilés 5 et des deuxièmes profilés 6, dont les formes et les emplacements sont définis ci-après, mais qui, d'une manière générale, s'étendent transversalement par rapport à l'axe 2, et délimitent, en coopération avec les parois interne 1 et externe 3, l'enceinte de combustion 7 ;
- une enveloppe interne 8, annulaire, d'axe 2 et une enveloppe externe 9, annulaire, d'axe 2, qui délimitent ensemble un espace 10, à l'intérieur duquel est contenu ladite enceinte de combustion 7 et les parois la délimitant, ledit espace communiquant avec une source de comburant sous pression, schématisée par la flèche F et de préférence constituée par une turbo-soufflante ;
- des conduits de carburant 11, qui s'étendent radialement et comportant chacun deux paires de buses 12, 13 d'injection de carburant, les buses 12, les plus proches de la paroi externe 3, étant destinées à l'alimentation en carburant au régime du ralenti, et, les buses,13, les plus proches de la paroi interne 1, étant destinées à l'alimentation en carburant au régime de pleins gaz. Il est à noter que, de préférence, comme dans les réalisatons représentées, les parties des conduits 11 contenues entre les parois interne 1 et externe 3 et situées en amont du fond 4, à l'extérieur de l'enceinte de combustion proprement dite 7, complétées par les buses 12 et 13, constituent des injecteurs de carburant dits "injecteurs-crayons". Les conduits 11 sont montés sur l'enveloppe externe 9.
[0011] Dans la réalisation des figures 1 à 3, chaque premier profilé 5 est constitué par une plaque sensiblement rectangulaire, pliée le long de sa plus grande médiane de manière à posséder une section droite transversale (figure 3) en forme de V, et une arête 14, qui constitue le sommet de l'angle du dièdre ainsi constitué, d'une part contenue dans un plan radial 15 passant par l'axe 2, d'autre part s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe 2, en étant en outre orientée de manière que la pointe du V soit opposée à l'enceinte de combustion 7. De plus, les branches du V de chaque premier profilé 5 sont disposées sensiblement symétriquement par rapport audit plan radial 15, les arêtes 16 des deux branches adjacentes de deux premiers profilés 5 successifs étant écartées l'une de l'autre et délimitant un premier passage 17 de communication de l'enceinte de combustion 7 avec l'espace 10. Les buses d'injection 12 et 13 sont disposées en regard des faces externes 5Ades premiers profilés 5, de manière que leurs axes d'injection de carburant 12A, 13A intersectent lesdites faces 5A.
[0012] Par ailleurs, les conduits de carburant 11 sont contenus dans des deuxièmes profilés 6. Chaque deuxième profilé 6 est constitué par une plaque sensiblement rectangulaire, pliée le long de sa plus grande médiane de manière à posséder une section droite transversale (figure 3) en forme de V, et une arête 18, qui constitue le sommet de l'angle du dièdre ainsi constitué, d'une part contenue dans un plan radial 19 passant par l'axe 2, d'autre part s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe 2, en étant en outre orientée de manière que la pointe du V soit dirigée vers l'enceinte de combustion 7. De plus, les branches du V de chaque deuxième profilé 6 sont disposées sensiblement symétriquement par rapport audit plan radial 19. Chaque deuxième profilé 6 est sensiblement contenu dans l'espace délimité par les arêtes 14 et 16 des deux branches adjacentes de deux premiers profilés 5 successifs, de manière que les faces externes 6A des branches des deuxièmes profilés 6 soient disposées, chacune, en regard de la face externe 5A d'une branche d'un premier profilé 5, et, qu'un deuxième passage 20 soit défini entre lesdites faces externes 6A et 5A, relie l'espace 10 à la chambre de combustion 7 et soit convergent des arêtes 14 des dièdres des premiers profilés 5 vers les arêtes d'extrémité 16 des branches des premiers profilés 5, c'est-à-dire aussi vers l'enceinte de combustion 7. Enfin, des orifices traversant 21 sont ménagés dans les deuxièmes profilés 6, afin de permettre le passage des buses d'injection de carburant 12, 13, avec un jeu entre chaque buse d'injection de carburant et la lisière délimitant l'orifice 21, afin de ménager un passage de comburant entre lesdites buse d'injection de carburant et lisière. Les orifices 21 sont sensiblement coaxiaux avec les axes 12A, 13A d'injection de carburant.
[0013] La réalisation de la figure 4 est proche de la précédente. Elle s'en distingue, d'une part, par la fixation, par soudure (22), des deuxièmes profilés 6 directement sur les conduits de carburant 11, et non sur les parois interne 1 et externe 3, d'autre part, par la constitution des premiers profilés par des parois doubles 105-205 ménageant entre elles un espace 123 de circulation de comburant, enfin, par la suppression des buses d'injection de carburant 12, 13 et leur remplacement par des trous d'injection de carburant 112, 113 ménagés dans le conduit de carburant 11, dont les axes d'injection 112A, 113A intersectent les faces externes 105A des parois amont 105 des premiers profilés. Les autres dispositions sont conservées et ne sont donc pas de nouveau décrites. Un premier passage 117 est ménagé entre les arêtes d'extrémité 116 des branches des premiers profilés 105-205, et, un deuxième passage 120 est ménagé entre les faces 6A et 105Aet converge vers l'enceinte de combustion 7. L'espace 123 interne de chaque premier profilé 102-205 communique avec le passage 120, d'une part, par des orifices traversant 124 ménagés dans la paroi 105 à proximité de l'arête 114 du dièdre 105-205, en amont des zones d'intersection des axes 112A, 113A et des faces 105A, d'autre part, par des orifices 125 ménagés dans la paroi 105 à proximité des arêtes 116 d'extrémité des branches des premiers profilés 105-205, en aval desdits points d'intersection. Dans cette deuxième réalisation, les premiers profilés 105-205, comme ceux, 5, de la première réalisation décrite, sont fixés (soudés) sur les parois interne 1 et externe 3.
[0015] Selon la réalisation des figures 1 à 3, le carburant provenant des buses d'injection de carburant 12, 13 est projeté sur les faces 5A. Celles-ci, délimitant l'enceinte de combustion 7, sont chaudes, ce qui provoque une vaporisation du carburant. Par ailleurs, le comburant provenant de l'espace 10, d'une part, traverse les passages 20 et 17, et réalise son mélange, sans combustion, avec le carburant vaporisé. Il y a réalisation d'un prémélange carburant/comburant, dans un espace axialement limité. D'où la possibilité de réaliser des chambres de combustion compactes, et par conséquent légères, bien qu'également efficaces en ce qui concerne la réduction des émissions d'oxydes d'azotes, notamment au régime de pleins gaz. Bien entendu, le comburant qui pénètre à l'intérieur des V des deuxièmes profilés 6 et en ressort par les orifices 21 contribue à améliorer l'entrainement du carburant vaporisé dans le courant principal de comburant qui s'écoule dans chaque deuxième passage 20 vers l'enceinte de combustion 7. La convergence desdits deuxièmes passages 20 renforce l'efficacité de l'entrainement du carburant et du prémélange.
[0016] La réalisation de la figure 4 bénéficie des avantages qui viennent d'être mentionnés. De plus, la fixation des deuxièmes profilés 6 directement sur les conduits de carburant 11 permet à la fois d'améliorer la compacité axiale, et, de réduire le poids de la fixation. Par ailleurs, le comburant qui pénètre dans les espaces 123 des premiers profilés 105-205 par les orifices 124 et en ressort par les orifices 125 réalise une réfrigération desdits premiers profilés 105-205, favorable à l'amélioration de leur durée de vie, et, là aussi en ressortant par les orifices 125, complètent l'effet d'entraînement du carburant réalisé par le flux principal de comburant qui traverse les deuxièmes passages 120 et s'écoule vers l'enceinte de combustion 7.
[0017] Il y a lieu de noter que la seule présence des premiers profilés 5 ; 105-205 suffit à réaliser la vaporisation du carburant avant l'enceinte de combustion 7 et son mélange avec le comburant avant réalisation de la combustion.
[0018] Bien entendu, la présence des deuxièmes profilés permet de réaliser des passages 20 ; 120 convergents, de plus orientés, et de parfaire à la fois l'efficacité du mélange et celle de son entraînement vers l'enceinte de combustion 7, avec notamment l'obtention d'une accélération du mélange à la traversée des premiers passages 17 ; 117, propice à éliminer les risques d'auto-inflammation.