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300 m/s
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180 m/s
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24 m/s
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de 890 Cal/m
(1)
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610 Cal/m
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Gene Or Protein
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Etre
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DANS
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Est Gene
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Molecule
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DES
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propane
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Organism
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precis
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516169A1
Family ID 1890608
Probable Assignee Rolls Royce
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title INJECTEUR DE CARBURANT POUR MOTEURS A TURBINES A GAZ
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN INJECTEUR DE CARBURANT GAZEUX POUR UN GROUPE A
MOTEUR A TURBINE A GAZ.
L'INJECTEUR 22 COMPREND UN CONDUIT D'ALIMENTATION EN CARBURANT GAZEUX
24 INTRODUISANT DU CARBURANT DANS UN GENERATEUR DE TURBULENCE 26
RECEVANT EGALEMENT DE L'AIR COMPRIME PROVENANT DU COMPRESSEUR DU
GROUPE, CE GENERATEUR DE TURBULENCE 26 COMPORTANT PLUSIEURS AUBES 32
PLACEES ENTRE UN CARTER EXTERIEUR 34 ET UN CORPS INTERIEUR 36 DE
MANIERE A DELIMITER PLUSIEURS PASSAGES DE SECTION DECROISSANTE DANS LA
DIRECTION D'ECOULEMENT; IL SE PRODUIT UN ECHANGE D'ENERGIE ENTRE LE
CARBURANT GAZEUX, QUI PEUT AVOIR UNE VITESSE COMPRISE ENTRE 24 ET
300MS EN FONCTION DU TYPE DE CARBURANT, ET L'AIR, DE SORTE QUE LE GAZ
ET L'AIR SORTENT DE L'INJECTEUR A DES VITESSES SEMBLABLES, CE QUI
PERMET D'AUGMENTER LE RENDEMENT DE COMBUSTION.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne des injecteurs de carburant pour
moteurs a turbines a gaz et elle a trait plus particulierement a des
injecteurs de carburant concus pour injecter une gamme de carburants
gazeux ayant diffe- rents pouvoirs calorifiques dans la ou les
chambres de combustion d'un moteur industriel a turbine a gaz.
Lorsqu'un tel moteur fonctionne dans la condition de ralenti, le
rendement de combustion (n) varie en fonc- tion de la vitesse du gaz a
la sortie de l'injecteur de carburant La courbe representant le
rendement de combus- tion (n) en fonction de la vitesse de carburant
gazeux (V) comporte un sommet et par consequent de petites variations
de la vitesse de gaz produisent de fortes reductions du rendement de
combustion.
On a trouve que, si les vitesses des differents carburants gazeux et
de l'air decharge par le compresseur sont approximativement adaptees a
l'entree de la chambre de combustion, la courbe (n,V) dans la
condition de ralenti du moteur ne presente pas un tel sommet et le
rendement de combustion est moins sensible a la vitesse du carburant
gazeux La vitesse du carburant gazeux dans le conduit de fourniture de
carburant varie en relation avec le pouvoir calorifique et la densite
du carburant, puisque le moteur doit recevoir la meme quantite de
chaleur entrante par unite de temps, independamment du type de
carburant utilise.
En consequence, le debit ponderal doit varier en fonction du carburant
utilise et, puisque la section du conduit est fixe, la vitesse du gaz
doit varier, de sorte que des gaz de pouvoir calorifique eleves ont
une faible vitesse de decharge a partir du conduit de fourniture de
carburant et que des carburants de pouvoirscalorifiquesfaibles ont une
grande vitesse de decharge La vitesse du carburant gazeux peut varier
entre approximativement 24 m/s et 300 m/s, tandis que la vitesse de
l'air decharge par le compresseur dans la condition de ralenti du
moteur est comprise entre et 180 m/s.
Selon la presente invention, il est propose que les vitesses des
differents carburants gazeux et de l'air de- bite par le compresseur
soient egalisees ou approximative- ment adaptees a l'entree de la ou
des chambres de combus- tion du moteur en etablissant un echange
d'energie entre les ecoulements decarburant et d'air.
Cet echange d'energie peut etre etabli par melange du carburant gazeux
et de l'air dans un generateur de turbulence place au centre dans la
culasse de chaque chambre de combustion Le generateur de turbulence
peut comprendre un certain nombre d'aubes de turbulence et une broche
centrale qui delimitent ensemble un certain nombre de passages
incurves de section decroissante dans la direction d'ecoulement Ces
passages recoivent de l'air sortant du compresseur du moteur et du
carburant gazeux provenant d'un conduit d'alimentation en carburant,
dont la sortie est placee dans une position adjacente ou en
chevauchement par rapport a l'extremite d'amont de la broche, de
maniere que le carburant gazeux penetre ini- tialement dans les
parties radialement interieures des passages de turbulence, puis se
melange avec l'air prove- nant du compresseur sur le reste de la
longueur de chaque passage Un echange d'energie entre les deux
ecoulements se produit de maniere qu'il se manifeste, en fonction de
la difference de vitesse entre les ecoulements, une ten- dance a
l'augmentation de la vitesse de gaz, une tendance a l'augmentation ou
a la reduction de la vitesse de l'air, ou bien une combinaison desdits
effets L'effet resultant consiste en ce que, a la sortie des passages
de turbulence, qui constituent l'entree de la chambre de combustion,
le gaz et l'air se deplacent a des vitesses semblables et soient
melanges, au moins partiellement.
Cet agencement peut egalement comporter une man- chette destinee a
ameliorer le profil d'ecoulement dans la zone primaire qui est pourvue
de parois paralleles et qui s'etend depuis la culasse de la chambre de
combustion, en correspondance au diametre exterieur du generateur de
turbulence, sur une courte distance dans la chambre de combustion La
manchette peut comporter une ou plusieurs rangees de trous radiaux
repartis autour de sa circonfe- rence Ce type de manchette a ete
decrit et revendique dans le brevet du Royaume Uni No 1 595 224,
depose par la Demanderesse et qui correspond a la demande de brevet
deposee aux Etats-Unis d'Amerique sous le No 123 260.
D'autres avantages et caracteristiques de l'inven- tion apparaitront a
la lecture de la suite de la descrip- tion, donnee a titre d'exemple
non limitatif, et sur les dessins annexes dans lesquels:- la Fig 1
represente un groupe de propulsion a moteur a turbine a gaz comportant
un ou plusieurs injecteurs de carburant, conformement a la presente
invention; la Fig 2 represente de facon plus detaillee un des
injecteurs de carburant de la Fig 1; la Fig 3 est une vue faite dans
la direction de la fleche "A" de la Fig 2; la Fig 4 est une vue en
elevation laterale detaillee d'une partie de l'ensemble a generateur
de turbulence et a broche de l'injecteur de carburant represente sur
la Fig 2; la Fig 5 est une representation graphique donnant le
rendement de combustion (n) en fonction de la vitesse du carburant
gazeux (V) a la sortie de l'injecteur de carburant dans des conditions
de ralenti du moteur et sans Utilisation d'un injecteur de carburant
conforme a la presente invention; la Fig 6 est une representation
graphique donnant n en fonction de V pour une chambre de combustion,
dans des conditions de ralenti du moteur et lors de l'utilisation d'un
injecteur de carburant conforme a la presente inven- tion. En
reference aux figures, un groupe de propulsion a moteur a turbine a
gaz comprend un compresseur 12, alimentant en air comprime un certain
nombre de chambres de combustion 14 reparties circonferentiellement,
une turbine d'entrainement de compresseur entrainee par les gaz de
combustion provenant des chambres 14 et une turbine de propulsion-18
assurant l'entrainement d'une charge 20, la turbine de propulsion
etant entrainee par l'energie residuelle contenue dans les gaz
d'echappement - sortant de la turbine 16.
Le carburant d'alimentation du groupe 10 comprend une gamme de
carburants gazeux ayant differents pouvoirs calorifiques et chaque
chambre de combustion 14 comporte un injecteur de carburant gazeux 22
En considerant plus particulierement les Fig 2, 3 et 4, on voit que
chaque injecteur de carburant 22 comprend un conduit d'alimenta- tion
en carburant gazeux 24 et un ensemble forme d'un generateur de
turbulence et d'une broche 26, qui est fixe pour des raisons pratiques
dans une ouverture centrale 28 de la culasse 30 de la chambre de
combustion L'ensemble
26 pourrait etre fixe sur le conduit 24 mais un tel agen- cement
necessiterait de prevoir des ouvertures excessi- vement grandes dans
le carter du moteur et, en outre, le positionnement precis par rapport
a la combustion serait difficile. L'ensemble 26 comprend un ensemble
d'aubes incurvees 32 espacees de distance egale et s'etendant entre un
carter exterieur ou manchon 34 et un moyeu ou broche centrale 36.
Les aubes sont incurvees d'un angle d'environ 30,l bien qu'on puisse
utiliser d'autres angles en fonction du degre de turbulence
necessaire, et le manchon 34 constitue un prolongement de la partie
centrale de la culasse.
En variante, le manchon peut constituer une piece separee de la
culasse et il peut etre fixe sur celle-ci par tout moyen approprie,
par exemple par brasage -
Les aubes 32, le manchon 34 et la broche 36 defi- nissent un certain
nombre de passages 38 ayant une sec- tion droite qui diminue dans la
direction d'ecoulement, indiquee par la fleche B, et qui provoque, a
cause de la courbure des aubes 32, une variation de la direction
d'ecoulement. La sortie 40 du conduit d'alimentation 24 est coaxiale a
l'ensemble 26 et l'extremite de ladite sortie est placee dans des
fentes 42 menagees dans les extremites, situees radialement en amont,
de chacune des aubes 32, de sorte que l'extremite de la sortie 40
chevauche l'ex- tremite d'amont de la broche 36.
Le groupe 10 est agence pour fonctionner avec une gamme de carburants
gazeux ayant differents pouvoirs ca- lorifiques et densites Pour que
la chaleur entrant par unite de temps soit maintenue a une valeur
constante pour n'importe quelle condition particuliere du moteur, les
debits ponderaux des differents carburants gazeux passant dans le
conduit 24 sont modifies, de meme que par consequent les vitesses dans
la sortie, pour les differents carburants La variation de vitesse est
gene- ralement comprise entre environ 24 m/s et 300 m/s, les
carburants de grand pouvoir calorifique s'ecoulant a des vitesses
inferieures, tandis que les carburants de faible pouvoir calorifique
s'ecoulent aux vitesses superieures.
La vitesse de l'air fourni par le compresseur 12 a l'en- tree de
l'ensemble 26 est de l'ordre de 120 a 180 m/s dans la condition de
ralenti du moteur.
La Fig 5 represente une courbe typique donnant n en fonction de V;
cette courbe montre que, si V n'est mas place dans une position proche
du point B et est situe dans la zone des points A ou C, le rendement
de combustion est faible Pour atteindre le rendement optimal, la sec-
tion de sortie de l'injecteur de gaz doit etre modifiee en adaptation
aux valeurs correspondantes du pouvoir calorifique et de la densite du
gaz.
Dans l'agencement considere, les vitesses du carbu- rant gazeux et de
l'air sortant du compresseur sont adaptees ou etroitement adaptees
dans ou immediatement a cote de l'extremite d'aval de l'ensemble 26
forme par le generateur de turbulence et la broche En reference a la
Fig 2, le carburant gazeux, qui a une vitesse comprise entre environ
24 et 300 m/s en fonction de son pouvoir calorifique et de sa densite,
sort de l'orifice de sortie 40 et penetre dans la partie radialement
interieure de l'extremite d'amont de chaque passage 38, tandis que
l'air sortant du compresseur penetre dans la partie radialement
exterieure de l'extremite d'amont de chaque passage 38 a une vitesse
comprise entre 120 et 180 m/s.
Le carburant gazeux a tendance a rejoindre l'ecoule- ment d'air dans
chaque passage et il se manifeste, dans l'ecoulement progressant dans
chaque passage, une tendance generale a l'augmentation de la vitesse a
cause de la diminution de section de chaque passage Il se produit
egalement un echange d'energie entre le carburant et l'air de sorte
que, en fonction de la difference de vitesse initiale, la vitesse du
carburant augmente, la vitesse de l'air augmente, la vitesse de l'air
augmente ou diminue, ou bien il se produit une combinaison desdits
effets.
En utilisant un injecteur de carburant du type defini ci-dessus, on a
trouve que la courbe donnant N en fonction de V dans la condition de
ralenti du moteur ne presente pas un sommet comme indique sur la
Figure 5 et est bien plus aplati, comme le montre typiquement la Fig
6.
Cette caracteristique, qui existe pour une large gamme de carburants
gazeux allant d'un gaz derive du charbon, d'un pouvoir calorifique de
890 Cal/m 3, jusqu'au propane, d'un pouvoir calorifique de 20 610
Cal/m 3, signifie que des rendements de combustion acceptables sont
plus aise- ment obtenus a partir d'un seul standard de conception.
Une manchette 44, comportant ou non une ou plusieurs rangees de trous
46, peut etre incorporee au generateur de turbulence 26 afin
d'ameliorer le profil d'ecoulement dans la zone primaire Une telle
manchette a ete decrite et revendiquee dans le brevet du Royaume Uni
No 1 595 224 depose par la Demanderesse et correspondant a la demande
de brevet deposee aux Etats-Unis d'Amerique sous le No.
123 260.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Injecteur de carburant gazeux pour un groupe de propulsion a moteur
a turbine a gaz, caracterise en ce qu'il comprend un conduit
d'alimentation en carburant gazeux ( 24) agence pour decharger du
carburant gazeux dans un ensemble generateur de turbulence ( 26)
agence de maniere a recevoir un ecoulement d'air comprime provenant du
compresseur ( 12) du groupe ( 10), en ce que l'ensemble generateur de
turbulence ( 26) comprend plusieurs aubes de turbulence ( 32) qui sont
placees entre un carter exterieur ( 34) et un moyeu interieur ( 36),
les aubes, le moyeu et le carter definissant plusieurs passages ( 38)
dont la section diminue dans la direction d'ecoulement (B), le
carburant gazeux etant injecte dans les parties d'amont, radialement
interieures, desdits passages, tandis que l'air comprime penetre dans
les parties d'amont,radialement exterieures, desdits passages ( 38).
2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caracterise en ce
que le carter exterieur comprend une manchette a parois paralleles (
44) et en ce que le moyeu comprend une broche ( 36) qui augmente de
section versl'aval, en se terminant par une base renflee.
3. Injecteur selon la revendication 1, caracterise en ce que la sortie
( 40) du conduit d'alimentation en carburant gazeux ( 24) est situee
dans un certain nombre de fentes ( 42), lesdites fentes etant formees
sur lesbords d'amont des aubes ( 32) du generateur de turbulence.
4. Injecteur de carburant selon la revendication 1,caracterise en ce
que l'ensemble de generateur de turbu-lence ( 26) fait partie
integrante de, ou est fixe sur la ou les chambres de combustion ( 14)
du groupe ( 10) et en ce que le conduit d'alimentation en carburant
gazeux ( 24) est monte independamment de l'ensemble generateur
deturbulence ( 26).
5. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caracterise en ce
qu'il comprend une manchette a parois 1 paralleles ( 44) s'etendant a
partir de l'extremite d'aval de la peripherie exterieure de l'ensemble
generateur de turbulence ( 26) de maniere que, en service, la
manchette penetre dans la zone primaire d'une chambre de combustiondu
groupe ( 10).
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