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(11) | EP 0 689 006 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé et dispositif pour alimenter en carburant et refroidir l'injecteur de décollage d'une chambre de combustion à deux têtes |
| (57) La présente invention concerne un procédé et dispositif pour alimenter en carburant
et refroidir l'injecteur de décollage (3) d'une chambre de combustion, à deux têtes.
Selon le procédé on fait circuler le carburant d'abord dans l'injecteur de décollage
(3), puis on le dirige vers l'injecteur de ralenti (4). Le dispositif comporte un
premier conduit (11) dirigeant la totalité du carburant vers l'injecteur de décollage
(3), un deuxième conduit (12) pour ramener le carburant vers l'injecteur de ralenti
(4), et un clapet (16) actionné par le carburant circulant dans le premier conduit
(11) et sous contrainte d'un ressort (18), qui assure la commutation des alimentations. |
[0001] La présente invention concerne un procédé et dispositif pour alimenter en carburant et refroidir l'injecteur de décollage d'un double injecteur équipant une chambre de combustion à deux têtes d'une turbomachine, ledit injecteur de décollage présentant des orifices d'injection de carburant.
[0002] En général, il est prévu dans les turboréacteurs modernes, des chambres de combustion à deux têtes alimentées en carburant par un double injecteur qui comporte une première alimentation pour la tête pilote ou tête de ralenti et une deuxième alimentation pour la tête de décollage.
[0003] Dans les chambres de combustion à deux têtes, la tête de ralenti est alimentée en carburant en permanence quel que soit le régime de la turbomachine. En revanche la tête de décollage n'est alimentée en carburant qu'au delà d'un régime minimum déterminé qui correspond à environ 20% du régime maximum. En phase de ralenti il est donc nécessaire de refroidir correctement l'injecteur de décollage afin d'éviter des problèmes de cokéfaction dans le circuit de carburant de cet injecteur.
[0004] Il a déjà été adopté sur le turboréacteur CFM56-5B une solution de refroidissement de la tête de décollage qui consiste à faire circuler le carburant alimentant l'injecteur de ralenti dans l'injecteur de décollage. Cependant, ce système est complexe car, par sa technologie, il impose deux alimentations en carburant et trois tubes de circulation de carburant: un premier tube dans lequel circule, de manière centripète, le carburant alimentant l'injecteur de ralenti, ce premier tube se prolongeant jusqu'à l'extrémité de l'injecteur de décollage; un deuxième tube coaxial au premier tube qui relie l'extrémité de l'injecteur de décollage à l'injecteur de ralenti et dans lequel circule, de manière centrifuge, le carburant alimentant l'injecteur de ralenti; et un troisième tube placé au centre des deux premiers tubes dans lequel circule, de manière centripète, le carburant d'alimentation de l'injecteur de décollage. Dans ce système, il est de plus nécessaire de prévoir des dispositifs complémentaires externes, pour répartir le carburant entre les deux circuits en fonction du régime du turboréacteur.
[0005] FR-2 441 725 prévoit un double injecteur comportant une seule arrivée de carburant dans lequel chaque conduite de dérivation est reliée directement à la buse de l'injection de ralenti, une partie du carburant étant dérivée vers la buse de l'injecteur de décollage au moyen d'une soupape d'arrêt commandée par un dispositif régulateur situé en tête d'injecteur, ledit dispositif régulateur étant commandé par un organe externe. Il est mentionné dans ce document que le carburant à température relativement basse refroidit la tige de soupape et la partie environnante, mais le dispositif proposé par FR-A-2 441 725 ne permet pas de refroidir l'injecteur de décollage jusqu'à son extrémité.
[0006] Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif tels que mentionnés ci-dessus qui permettent un refroidissement énergique de l'injecteur de décollage dans les régimes de ralenti avec un nombre moindre de tubes de circulation de carburant.
[0007] Selon le procédé de l'invention on fait circuler dans l'injecteur de décollage au moins une partie du débit total de carburant alimentant ledit double injecteur quel que soit le régime de la turbomachine, on alimente l'injecteur de décollage, dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage, en prélevant du carburant dans ladite partie de débit, et on évacue le carburant superflu qui transite dans l'injecteur de décollage.
[0008] De préférence, on fait circuler la totalité du débit de carburant alimentant ledit double injecteur dans l'injecteur de décollage quel que soit le régime de la turbomachine, on dirige ensuite ladite totalité de débit vers l'injecteur de ralenti, lorsque le régime de la turbomachine est inférieur au régime minimum d'utilisation de la tête de décollage et on répartit ladite totalité de débit entre l'injecteur de ralenti et l'injecteur de décollage dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage.
[0009] Le dispositif selon l'invention comporte un premier conduit destiné à diriger au moins une partie du débit total de carburant alimentant le double injecteur vers une chambre ménagée dans l'injecteur de décollage quel que soit le régime de la turbomachine, des moyens pour alimenter en carburant les orifices d'injection de l'injecteur de décollage à partir dudit premier conduit dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage, et un deuxième conduit pour évacuer le carburant superflu qui transite dans ladite chambre.
[0010] Avantageusement les moyens pour alimenter en carburant les orifices d'injection de carburant de l'injecteur de décollage à partir du premier conduit comportent un clapet mobile disposé à l'embouchure du premier conduit et pouvant prendre deux positions extrêmes : une position de ralenti dans laquelle il obture les orifices d'injection de carburant dudit injecteur de décollage et une position de décollage dans laquelle les orifices d'injection sont dégagés, et des moyens élastiques 18 agissant à l'encontre des forces des pressions régnant dans ledit premier conduit et ladite chambre et destinés à ramener ledit clapet dans la position de ralenti, lorsque le régime de la turbomachine est inférieur au régime minimum d'utilisation de la tête de décollage,
ledit clapet comportant une première série d'orifices qui met le premier conduit en communication avec ladite chambre au moins dans la position de ralenti.
[0011] Ladite première série d'orifices est obturée par un épaulement formé dans ledit injecteur de décollage dans la position de décollage.
[0012] Selon un premier mode de réalisation, le deuxième conduit évacue le carburant transitant dans la chambre vers l'extérieur du double injecteur, l'injecteur de ralenti ayant son propre circuit d'alimentation en carburant.
[0013] Selon un deuxième mode préféré de réalisation, le clapet comporte une deuxième série d'orifices qui met le premier conduit en communication permanente avec ladite chambre, et
le deuxième conduit évacue le carburant transitant dans ladite chambre vers l'injecteur de ralenti.
[0014] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortent à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une coupe d'un double injecteur pouvant équiper une chambre de combustion à double tête d'une turbomachine, ledit double injecteur étant muni du dispositif de l'invention selon un mode préféré de réalisation,
la figure 2 est une coupe à grande échelle de l'injecteur de décollage lors du fonctionnement en régime ralenti de la turbomachine,
la figure 3 est une coupe de l'injecteur de décollage en fonctionnement au régime de décollage,
la figure 4 est une vue en perspective du clapet équipant la tête de décollage des figures 1 à 3,
la figure 5 montre la courbe représentative de la différence de pression dP qui agit sur le clapet en fonction du débit total Q de carburant qui alimente le double injecteur équipé du dispositif de l'invention,
la figure 6 montre la courbe représentative du déplacement d du clapet en fonction de la différence de pression dP qui agit sur ledit clapet,
la figure 7 montre un schéma de principe de la circulation du carburant en régime de ralenti selon une variante de réalisation de l'invention,
la figure 8 montre un schéma de principe de la circulation du carburant en régime de décollage selon la même variante de réalisation,
la figure 9 montre en perspective le clapet utilisé dans la variante de réalisation montrée sur les figures 7 et 8.
[0015] La référence 1 représente, selon un mode de réalisation préféré, un double injecteur destiné à l'alimentation d'une chambre de combustion annulaire à double tête d'une turbomachine, qui comporte une tête 2, pour sa fixation sur le carter extérieur de la turbomachine, un injecteur de décollage 3, éloigné de la tête 2 et un injecteur de ralenti 4 disposé à mi-distance entre la tête 2 et l'injecteur de décollage 3. L'injecteur de décollage 3 comporte à son extrémité une buse de décollage 5 qui entoure une chambre intérieure 6 et qui comporte sur sa paroi périphérique 7 une rangée annulaire d'orifices 8 d'injection de carburant.
[0016] L'injecteur de ralenti 4 comporte également à son extrémité une buse de ralenti 9 comportant des orifices 9a d'injection de carburant.
[0017] La référence 10 représente, dans la tête, la zone d'arrivée du débit total Q de carburant servant à alimenter l'injecteur de décollage 3 et l'injecteur de ralenti 4.
[0018] Un premier conduit 11 relie la zone 10 à la chambre 6 de la buse de décollage 5. Un deuxième conduit 12 disposé à l'intérieur du premier conduit 11 met en communication la chambre 6 avec une deuxième chambre 13 disposée dans la tête 2 et communiquant avec les orifices 9a de la buse de ralenti 9 par un troisième conduit 14.
[0019] L'extrémité 15 du deuxième conduit 12, située dans la chambre intérieure 6 de la buse de décollage 5 porte un clapet annulaire 16 dont la paroi radiale 17 obture l'embouchure du premier conduit 11. Ce clapet 16 est monté coulissant sur l'extrémité 15 et est relié à la paroi interne du deuxième conduit par un ressort 18. La paroi radiale 17 comporte une première série d'orifices axiaux 19 et une deuxième série d'orifices axiaux 20. Les orifices 19 et 20 sont répartis circonférentiellement autour de l'axe 21 de la buse de décollage 5, les orifices 19 étant plus éloignés de l'axe 21 que les orifices 20.
[0020] En l'absence de débit de carburant dans le premier conduit 11, le ressort 18 applique la paroi radiale 17 du clapet 16 contre l'extrémité 15 du deuxième conduit 12. Dans cette position, dite de ralenti, représentée sur la figure 2, la surface périphérique de la paroi radiale 17 obture les orifices 8 d'injection de carburant de la buse de décollage 5. La force de rappel du ressort 18 est calculée de telle manière que le clapet 16 reste dans la position de ralenti, lorsque le débit total de carburant Q est inférieur au débit Qo correspondant au régime minimum d'utilisation de la tête de décollage de la chambre de combustion.
[0021] Au régime de ralenti la totalité du carburant Q introduit dans la zone d'arrivée 10, circule dans le premier conduit 11, traverse les orifices axiaux 19 et 20 du clapet 16 pour pénétrer dans la chambre intérieure 6 de la buse de décollage 5 puis va alimenter l'injecteur de ralenti 4 en passant successivement par le deuxième conduit 12, la deuxième chambre 13 et le troisième conduit 14. Ainsi au régime de ralenti, la totalité du carburant Q circule dans la chambre intérieure 6 de l'injecteur de décollage 3 et permet un refroidissement énergique de ce dernier. Cette circulation de carburant frais dans les conduits 11 et 12 empêche la cokéfaction de l'injecteur de décollage 3.
[0022] Les orifices 19 et 20 du clapet 16 provoquent une différence de pression dP sur les deux faces de la paroi radiale 17, cette différence de pression dP étant fonction du débit total de carburant Q selon la courbe représentée sur la figure 5.
[0023] Lorsque le débit total de carburant Q est supérieur au débit Qo correspondant au régime minimum d'utilisation de la tête de décollage, la différence de pression dP agit sur le clapet 16, à l'encontre de la force du ressort 18 et déplace le clapet 16 vers l'aval d'une distance do. Dans cette position dite position de décollage, représentée sur la figure 3, le clapet 16 est en butée sur un épaulement annulaire de butée 22 de la buse de décollage 5, ledit épaulement 22 étant formé dans la chambre intérieure 6 en regard de la première série d'orifices 19 du clapet 16, les orifices 8 d'injection de carburant sont dégagés en amont de la paroi radiale 17 et les orifices 19 sont obturés.
[0024] Dans cette configuration, une première partie Q1 du carburant total Q fourni par le premier conduit 11 est injectée dans la chambre de combustion par les orifices 8 d'injection de carburant de la buse de décollage 5, et la deuxième partie Q2 de carburant traverse la deuxième série d'orifices 20 du clapet 16 et est dirigé vers l'injecteur de ralenti 4 par le deuxième conduit 12, la deuxième chambre 13 et le troisième conduit 14.
[0025] La figure 5 montre la répartition du carburant entre l'injecteur de décollage 3 et l'injecteur de ralenti 4 au delà du débit minimum Qo en fonction de la pression d'alimentation. Lors de la montée en régime, le clapet 16 se déplace vers l'aval, lorsque le débit Q est légèrement supérieur au débit minimum Qo, inversement, lors de la descente en régime, le clapet 16 se déplace vers l'amont, lorsque le débit Q est légèrement inférieur au débit de commutation Qo. Ceci provient du fait que dans les positions extrêmes du clapet 16, la paroi radiale 17 est en butée sur la face frontale du deuxième conduit 12, en régime de ralenti, et est en butée sur l'épaulement annulaire 22 en régime de décollage. Cette disposition permet d'éviter les battements du clapet 16 au voisinage du régime de commutation correspondant au débit minimum Qo.
[0026] Le déplacement maximum do du clapet 16 peut être faible. Pour un déplacement do de1mm, une répartition de carburant de 40% sur la tête de ralenti, et un débit de commutation de 37 kg/h, le nombre N et le diamètre D des différents orifices 8, 9a, 19, 20 de l'injecteur de décollage 3 peuvent être les suivants :
[0030] Dans le mode préféré de réalisation de l'invention décrite ci-dessus, le double injecteur 1 ne comporte qu'une seule alimentation de carburant dans la zone 10.
[0031] Mais il est possible d'avoir une alimentation séparée des deux injecteurs, c'est-à-dire une alimentation directe de l'injecteur de ralenti 4 et une alimentation directe de l'injecteur de décollage 3, comme cela est représenté sur les figures 7, 8 et 9. L'injecteur de ralenti 4 est alimenté directement par le troisième conduit 14 à partir d'un distributeur extérieur. L'injecteur de décollage 3 est alimenté directement par le premier conduit11. Le clapet 16 ne comporte alors qu'une seule série d'orifices 19 qui sont obturés par l'épaulement annulaire 22 au régime de décollage. Le deuxième conduit 12 évacue vers l'extérieur le carburant qui transite par la chambre intérieure 6 de la buse de décollage 5, au régime de ralenti, ce qui permet de refroidir l'injecteur de décollage 3.
1. Procédé pour alimenter en carburant et refroidir l'injecteur de décollage (3)d'un
double injecteur (1) équipant une chambre de combustion à deux têtes d'une turbomachine,
caractérisé en ce qu'on fait circuler dans l'injecteur de décollage (3) au moins une
partie du débit total de carburant (Q) alimentant ledit double injecteur (1) quel
que soit le régime de la turbomachine, en ce qu'on alimente l'injecteur de décollage
(3), dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage, en prélevant du carburant
dans ladite partie de débit, et en ce qu'on évacue le carburant superflu qui transite
dans l'injecteur de décollage (3).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait circuler la totalité
du débit de carburant (Q) alimentant ledit double injecteur (1) dans l'injecteur de
décollage (3) quel que soit le régime de la turbomachine, en ce qu'on dirige ensuite
ladite totalité de débit (Q) vers l'injecteur de ralenti, (4) lorsque le régime de
la turbomachine est inférieur au régime minimum d'utilisation de la tête de décollage
et en ce qu'on répartit ladite totalité de débit (Q) entre l'injecteur de ralenti
(4) et l'injecteur de décollage (3) dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage.
3. Dispositif pour alimenter en carburant et refroidir l'injecteur de décollage (3) d'un
double injecteur (1) équipant une chambre de combustion à deux têtes d'une turbomachine,
ledit injecteur de décollage (3) présentant des orifices (8) d'injection de carburant,
caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit (11) destiné à diriger au moins
une partie du débit total (Q) de carburant alimentant le double injecteur (1) vers
une chambre (6) ménagée dans l'injecteur de décollage(3) quel que soit le régime de
la turbomachine, des moyens (16, 17, 18) pour alimenter en carburant les orifices
(8) d'injection de l'injecteur de décollage (3) à partir dudit premier conduit (11)
dans les régimes d'utilisation de la tête de décollage, et un deuxième conduit (12)
pour évacuer le carburant superflu qui transite dans ladite chambre (6).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (16, 17, 18)
pour alimenter en carburant les orifices (8) d'injection de carburant de l'injecteur
de décollage (3) à partir du premier conduit comportant un clapet (16) mobile disposé
à l'embouchure du premier conduit (11) et pouvant prendre deux positions extrêmes
: une position de ralenti dans laquelle il obture les orifices (8) d'injection de
carburant dudit injecteur de décollage (3) et une position de décollage dans laquelle
les orifices (8) d'injection sont dégagés, et des moyens élastiques (18) agissant
à l'encontre des forces des pressions régnant dans ledit premier conduit (11) et ladite
chambre (6) et destinés à ramener ledit clapet (16) dans la position de ralenti, lorsque
le régime de la turbomachine est inférieur au régime minimum d'utilisation de la tête
de décollage (3),
ledit clapet (16) comportant une première série d'orifices (19) qui met le premier conduit (11) en communication avec ladite chambre (6) au moins dans la position de ralenti.
ledit clapet (16) comportant une première série d'orifices (19) qui met le premier conduit (11) en communication avec ladite chambre (6) au moins dans la position de ralenti.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première série d'orifices
(19) est obturée par un épaulement (22) formé dans ledit injecteur de décollage (3)
dans la position de décollage dudit clapet (16).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième conduit (12)
évacue le carburant transitant dans la chambre (6) vers l'extérieur du double injecteur
(1), l'injecteur de ralenti (4) ayant son propre circuit (14) d'alimentation en carburant.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le clapet
(16) comporte une deuxième série d'orifices (20) qui met le premier conduit (11) en
communication permanente avec ladite chambre (6).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le deuxième conduit (12)
évacue le carburant transitant dans ladite chambre (6) vers l'injecteur de ralenti
(4).
9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le premier
conduit (11) et le deuxième conduit (12) sont coaxiaux au moins au voisinage de l'injecteur
de décollage (3), ledit premier conduit (11) entourant le deuxième conduit (12).