Les études sur la combustion d'un écoulement de fluide dans une chambre de combustion ont montré qu'il est bon d'assurer une recirculation interne des produits de combustion trés intense et un ancrage de la flamme de manière à stabiliser la combustion.
Ces conditions étant réalisées, il est alors possible de réduire l'excès d'air pour un indice Bacharach dans les gaz de combustion de niveau acceptable.
Un moyen particulièrement efficace pour assurer cette recirculation conjointement à l'ancrage de la flamme dans la chambre de combustion consiste à introduire le comburant gazeux dans cette chambre en lui communiquant un mouvement hélicoïdal autour de l'axe du conduit d'injection du combustible. Ce mode d'écoulement connu sous la dénomination anglo-saxonne swirl engendre des vortex toroïdaux qui provoquent une forte recirculation interne du mélange de gaz comburant et de combustible pulvérisé et des produits de combustion, augmentant ainsi leur temps de séjour dans la chambre de combustion et assurant un brassage vigoureux de l'ensemble.
Plus le swirl est intense, c'est-à-dire plus le moment cinétique de rotation est important par rapport à la quantité de mouvement axiale, plus le vortex toroldal s'étend en direction de la buse d'injection. Comme ce vortex transporte des particules de combustible non encore complètement brûlées, de la suie ou, dans le cas d'un combustible liquide, du fuel-oil se dépose sur la buse et s'y accumule, provoquant peu à peu l'obstruction de cette buse.
Etant donné que dans un écoulement à swirl la vitesse absolue des particules de l'écoulement est plus importante à proximité de l'axe de l'écoulement qu'à la périphérie de l'écoulement, si le swirl est intense, la vitesse à proximité du centre de l'écoulement dépasse les limites de flammabilité du mélange, de sorte qu'il est difficile d'allumer le mélange de carburant et de comburant.
La présente invention a pour but de remédier, au moins dans une certaine mesure, aux inconvénients qui accompagnent un swirl intense.
A cet effet, la présente invention a pour objet un brûleur pour combustible fluide, comprenant une source de comburant gazeux sous pression, un générateur de swirl alimenté par cette source, une buse d'injection du combustible s'étendant coaxialement à l'ouverture de distribution du générateur de swirl. Ce brûleur est caractérisé par le fait qu'il comprend de plus: une chambre annulaire entourant la buse au moins dans sa
partie adjacente à l'extrémité d'éjection de cette buse; une ouverture annulaire pour faire communiquer cette
chambre avec ladite extrémité; - des moyens pour amener, dans la chambre, une partie de la
masse de comburant délivré par ladite source.
La figure unique du dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du brûleur objet de la présente invention, vu en coupe axiale.
La tête du brûleur 1 comporte une bâche spirale 2 qui reçoit en son centre un porte-buse 3 traversé axialement par une ouverture dans laquelle s'ajuste une buse 4 de pulvérisation de combustible fluide alimentée par une source de fluide sous pression (non représentée). Cette bâche spirale est reliée à la sortie d'un ventilateur 5 qui constitue la source de comburant gazeux sous pression.
La bâche spirale 2 est munie d'un générateur de swirl et présente, à cet effet, un aubage fixe 6, dont les pales sont orientées en fonction de l'intensité ou du nombre de swirl désiré. Cet aubage 6 contrôle l'accès à l'ouverture centrale de distribution de la bâche 2, concentrique à la buse 3. Cette ouverture de distribution fait communiquer la bâche spirale 2 avec un pot de flamme 7 placé à l'entrée de la chambre de combustion dont les limites ne sont pas matérialisées par le dessin.
L'aubage 6 est solidaire d'un disque 8 fixé au porte-buse 3 dont la périphérie présente un rebord 8a qui s'étend sur la face du disque 8 opposée à celle portant l'aubage 6. Ce rebord 8a prend appui contre le carter de la bâche 2 en formant une enceinte annulaire 9 qui communique avec le reste de la bâche 2 par des ouvertures 8b qui traversent le rebord 8a.
Le porte-buse 3 présente des passages radiaux 3a pour faire communiquer un espace annulaire 10 formé autour de la buse 4 par un dégagement ménagé dans le porte-buse 3, d'une part, et par un manchon 11 prolongeant le porte-buse 3 en direction de la chambre de combustion, d'autre part. Ce manchon 11 se termine par un déflecteur annulaire 1 la en forme de tronc de cône, dont le sommet se trouverait situé dans le pot de flamme 7. Toutefois, la présence de ce déflecteur est facultative, des essais ayant démontré que de bons résultats peuvent être obtenus avec un simple manchon cylindrique.
Des ailettes radiales 1 lob font saillie sur la face externe du manchon 11 à son extrémité adjacente au déflecteur 1 la. Ces ailettes 1 lob ne s'étendent que sur une portion de la section de l'ouverture de distribution de la bâche 2.
Lorsque le ventilateur 5 alimente la bâche spirale 2 en air ou en un mélange d'air et de gaz de combustion ou en tout autre comburant gazeux approprié, la majeure partie de ce comburant passe à travers l'aubage fixe 6 qui forme l'écoulement swirl autour de la buse 4. La partie centrale de cet écoulement de comburant rencontre les ailettes 1 lob qui ont pour effet de briser le swirl de cette partie centrale, correspondant à l'endroit où la vitesse de l'écoulement est la plus grande. En brisant la partie centrale de cet écoulement, on abaisse par conséquent sa vitesse jusque dans les limites de flammabilité du mélange de combustible et de comburant. Cette mesure permet, au centre de l'écoulement, de s'enflammer malgré l'intensité du swirl, de sorte que la flamme s'accroche au brûleur.
Une partie de l'écoulement de comburant gazeux sous pression est prélevée dans la bâche spirale 2 grâce au chemin formé par les ouvertures 8b, les passages radiaux 3a et l'espace annulaire 10, qui se termine par le déflecteur annulaire 1 la. La partie du comburant gazeux sous pression déviée par ce chemin a pour but de former une aération de l'extrémité de la buse 4 en vue d'empêcher les particules de carburant non brûlées ou toutes autres particules entraînées dans le vortex toroldal engendré par le swirl de se déposer à la surface de la buse 4 et de l'encrasser.
Les essais réalisés ont démontré l'efficacité des mesures préconisées.
REVENDICATION
Brûleur pour combustible fluide, comprenant une source de comburant gazeux sous pression, un générateur de swirl alimenté par cette source, une buse d'injection du combustible s'étendant coaxialement à l'ouverture de distribution du générateur de swirl,
caractérisé par le fait qu'il comprend de plus: - une chambre annulaire entourant la buse au moins dans sa
partie adjacente à l'extrémité d'éjection de cette buse; - une ouverture annulaire pour faire communiquer cette
chambre avec ladite extrémité; - des moyens pour amener, dans la chambre, une partie de la
masse de comburant délivré par ladite source.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Brûleur selon la revendication, caractérisé par le fait qu'un déflecteur s'étend sur une partie au moins de ladite ouverture annulaire.
2. Brûleur selon la revendication, caractérisé par le. fait que
ladite chambre est formée entre la buse et un manchon dont la
face extérieure porte des ailettes radiales réparties à des distances
angulaires sensiblement égales et s'étendant sur une portion de la
section de l'ouverture de distribution du générateur de swirl.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Studies on the combustion of a fluid flow in a combustion chamber have shown that it is good to ensure very intense internal recirculation of combustion products and flame anchoring in order to stabilize combustion.
These conditions being met, it is then possible to reduce the excess air for a Bacharach index in the combustion gases of an acceptable level.
A particularly effective means of ensuring this recirculation together with the anchoring of the flame in the combustion chamber consists in introducing the gaseous oxidant into this chamber by imparting to it a helical movement around the axis of the fuel injection duct. This flow mode known by the Anglo-Saxon name swirl generates toroidal vortices which cause a strong internal recirculation of the mixture of oxidizing gas and pulverized fuel and combustion products, thus increasing their residence time in the combustion chamber and ensuring vigorous mixing of the whole.
The more intense the swirl, that is, the greater the angular momentum of rotation relative to the axial momentum, the more the toroldal vortex extends towards the injection nozzle. As this vortex carries fuel particles not yet completely burned, soot or, in the case of liquid fuel, fuel oil settles on the nozzle and accumulates there, gradually causing the obstruction of the nozzle. this nozzle.
Since in a swirl flow the absolute velocity of the particles in the flow is greater near the axis of the flow than at the periphery of the flow, if the swirl is intense, the velocity near the center of the flow exceeds the flammability limits of the mixture, so that it is difficult to ignite the mixture of fuel and oxidizer.
The object of the present invention is to remedy, at least to some extent, the drawbacks which accompany intense swirling.
To this end, the present invention relates to a burner for fluid fuel, comprising a source of pressurized gaseous oxidant, a swirl generator supplied by this source, a fuel injection nozzle extending coaxially with the opening of distribution of the swirl generator. This burner is characterized by the fact that it further comprises: an annular chamber surrounding the nozzle at least in its
part adjacent to the ejection end of this nozzle; an annular opening to communicate this
chamber with said end; - means to bring, into the room, part of the
mass of oxidizer delivered by said source.
The single figure of the appended drawing illustrates, schematically and by way of example, an embodiment of the burner which is the subject of the present invention, seen in axial section.
The head of the burner 1 comprises a spiral sheet 2 which receives in its center a nozzle holder 3 crossed axially by an opening in which fits a nozzle 4 for spraying fluid fuel supplied by a source of pressurized fluid (not shown). . This spiral tarpaulin is connected to the outlet of a fan 5 which constitutes the source of gaseous oxidizer under pressure.
The spiral tarpaulin 2 is provided with a swirl generator and has, for this purpose, a fixed vane 6, the blades of which are oriented according to the intensity or the number of swirls desired. This vane 6 controls access to the central distribution opening of the tarpaulin 2, concentric with the nozzle 3. This distribution opening communicates the spiral tarpaulin 2 with a flame pot 7 placed at the entrance to the chamber. combustion, the limits of which are not shown in the drawing.
The blading 6 is integral with a disc 8 fixed to the nozzle holder 3, the periphery of which has a flange 8a which extends over the face of the disc 8 opposite to that carrying the blading 6. This flange 8a bears against the casing of the tarpaulin 2 forming an annular enclosure 9 which communicates with the rest of the tarpaulin 2 through openings 8b which pass through the rim 8a.
The nozzle holder 3 has radial passages 3a to communicate an annular space 10 formed around the nozzle 4 by a clearance provided in the nozzle holder 3, on the one hand, and by a sleeve 11 extending the nozzle holder 3 towards the combustion chamber, on the other hand. This sleeve 11 ends in an annular deflector 1 la in the form of a truncated cone, the apex of which is located in the flame pot 7. However, the presence of this deflector is optional, tests having shown that good results can be obtained. be obtained with a simple cylindrical sleeve.
Radial fins 1 lob protrude from the outer face of the sleeve 11 at its end adjacent to the deflector 1 la. These fins 1 lob extend only over a portion of the section of the distribution opening of the tarpaulin 2.
When the fan 5 supplies the spiral tarpaulin 2 with air or a mixture of air and combustion gas or any other suitable gaseous oxidant, the major part of this oxidizer passes through the fixed blading 6 which forms the flow swirl around nozzle 4. The central part of this oxidizer flow meets the 1 lob fins which have the effect of breaking the swirl of this central part, corresponding to the place where the flow velocity is greatest. By breaking the central part of this flow, its velocity is consequently lowered to within the limits of the flammability of the mixture of fuel and oxidizer. This measure allows, in the center of the flow, to ignite despite the intensity of the swirl, so that the flame clings to the burner.
Part of the flow of gaseous oxidizer under pressure is taken from the spiral sheet 2 through the path formed by the openings 8b, the radial passages 3a and the annular space 10, which ends with the annular deflector 1 la. The part of the pressurized gaseous oxidizer deflected by this path is intended to form an aeration of the end of the nozzle 4 in order to prevent unburned fuel particles or any other particles entrained in the toroldal vortex generated by the swirl. deposit on the surface of the nozzle 4 and foul it.
The tests carried out have demonstrated the effectiveness of the recommended measures.
CLAIM
Burner for fluid fuel, comprising a source of pressurized gaseous oxidant, a swirl generator supplied by this source, a fuel injection nozzle extending coaxially with the distribution opening of the swirl generator,
characterized by the fact that it further comprises: - an annular chamber surrounding the nozzle at least in its
part adjacent to the ejection end of this nozzle; - an annular opening to communicate this
chamber with said end; - means to bring, into the room, part of the
mass of oxidizer delivered by said source.
SUB-CLAIMS
1. Burner according to claim, characterized in that a deflector extends over at least part of said annular opening.
2. Burner according to claim, characterized by the. make that
said chamber is formed between the nozzle and a sleeve whose
outer face carries radial fins distributed at distances
substantially equal angular and extending over a portion of the
section of the distribution opening of the swirl generator.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.