FR2494778A1 - NOZZLE WITH DOUBLE FUEL INJECTION CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
BUSE NE COMPORTANT PAS DE BOUCLIER D'AIR. ELLE COMPREND UN CIRCUIT SECONDAIRE 32 DISPOSE AUTOUR D'UN CIRCUIT PRIMAIRE 26, AVEC EXTREMITE D'ENTREE ET EXTREMITE DE SORTIE OPPOSEE POUR CHAQUE CIRCUIT, ET DES MOYENS DE DECHARGE 36 ENTOURANT LES DEUX CIRCUITS POUR RECEVOIR UN JET CONJUGUE DE CARBURANT, CES MOYENS DE DECHARGE COMPORTANT UNE PARTIE CONIQUE 38 DEFINISSANT UN ANGLE SOLIDE D'AU MOINS 45. APPLICATION AUX TURBOREACTEURS.NOZZLE WITH NO AIR SHIELD. IT INCLUDES A SECONDARY CIRCUIT 32 HAS AROUND A PRIMARY CIRCUIT 26, WITH INPUT END AND OUTPUT END OPPOSED FOR EACH CIRCUIT, AND DISCHARGE MEANS 36 SURROUNDING THE TWO CIRCUITS TO RECEIVE A CONJUGATE JET OF FUEL, DISCHARGE INCLUDING A CONICAL PART 38 DEFINING A SOLID ANGLE OF AT LEAST 45. APPLICATION TO TURBOREACTORS.
Description
L'invention concerne, d'une manière générale, une buse d'injection deThe invention generally relates to an injection nozzle of
carburant pour turboréacteur; elle a, plus particulièrement trait à une buse sur laquelle ne se forme qu'un faible dépôt de calamine sans qu'il soit nécessaire de prévoir un bouclier d'air. Dans un turboréacteur classique, se trouve une chambre de combustion définissant une zone dans laquelle le carburant et l'air de décharge du compresseur peuvent être brûlés, l'énergie ainsi dégagée étant utilisée pour entraîner les autres parties du moteur. Dans la chambre de turbojet fuel; it relates more particularly to a nozzle on which is formed a small scale deposition without the need to provide an air shield. In a conventional turbojet, there is a combustion chamber defining an area in which the fuel and the discharge air of the compressor can be burned, the energy thus released being used to drive the other parts of the engine. In the room of
combustion, se trouve au moins une buse d'injection de car- combustion, there is at least one fuel injection nozzle.
burant qui alimente cette chambre en carburant. On utilise souvent une buse d'atomisation de carburant sous pression, ce qui signifie que la pression du carburant est utilisée pour former un jet de carburant atomisé dans la chambre, au fuel that supplies this room with fuel. A pressurized fuel atomization nozzle is often used, which means that the fuel pressure is used to form an atomized fuel jet in the chamber,
travers d'un orifice pratiqué en sortie de la partie d'ex- through an orifice made at the exit of the part of ex-
trémité de la buse.tremity of the nozzle.
Pour obtenir un fonctionnement souhaitable du moteur au démarrage, il est souvent nécessaire de prévoir un double circuit de carburant, soit un trajet primaire et un To obtain a desirable operation of the engine at start-up, it is often necessary to provide a dual fuel circuit, ie a primary path and a
trajet secondaire, de la buse à la chambre de combustion. secondary path, from the nozzle to the combustion chamber.
Bien que les buses à double circuit de carburant soient satisfaisantes pour beaucoup d'applications, il est connu que de telles buses peuvent présenter des dépôts de calamine Although dual fuel system nozzles are satisfactory for many applications, it is known that such nozzles may have scale deposits.
non souhaitables sur leur/- surfaces proches de leur sortie. undesirable on their / - surfaces near their exit.
La solution actuelle ----ce problème est de réaliser la buse The current solution ---- this problem is to realize the nozzle
avec une structure de bouclier d'air qui en entoure la sor- with an air shield structure that surrounds the
tie. Le bouclier d'air a pour rôle de diriger le flux d'air entrant dans la chambre de combustion et en provenance de la partie compresseur, en un mouvement circulaire qui tend tie. The role of the air shield is to direct the flow of air entering the combustion chamber and coming from the compressor part, in a circular motion which tends
à réduire la formation de dépôts de calamine non souhaita- to reduce the formation of non-desirable carbon deposits
bles. Cette solution a-l'inconvénient de nécessiter une ble. This solution has the disadvantage of requiring a
structure supplémentaire, celle du bouclier d'air. Le bou- additional structure, that of the air shield. The boulevard
clier d'air augmente le poids et le coût de la buse. L'aug- Air separation increases the weight and cost of the nozzle. The in-
mentation de poids est particulièrement indésirable car on sait qu'un poids réduit d'extrémité de buse se traduit par un meilleur diagramme de vibrations; autrement dit, une weighting is particularly undesirable because it is known that a reduced nozzle tip weight results in a better vibration pattern; in other words, a
masse d'extrémité réduite diminue les possibilités de réso- reduced end mass decreases the possibilities of reso-
nance à la fréquence fondamentale de fléchissement, ce qui nance at the fundamental frequency of deflection, which
accroît la durée de vie de la pièce. En outre, pour beau- increases the life of the part. In addition, for
coup d'applications, on prévoit, en sortie de buse, des dispositifs supplémentaires de tourbillonnement et de diffu- sion pour un meilleur mélange du carburant et de l'air dans In addition, at the outlet of the nozzle, additional swirling and diffusion devices are provided for better mixing of the fuel and the air in the air.
la zone primaire de la chambre de combustion. Ces disposi- the primary zone of the combustion chamber. These provisions
tifs sont généralement placés de manière à entourer la sor- are usually placed in such a way as to surround the
tie de la buse; lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec un bouclier d'air, la structure résultante a un diamètre part of the nozzle; when used in combination with an air shield, the resulting structure has a diameter
extérieur beaucoup trop important.outside much too important.
L'invention concerne donc une buse d'injection de carburant à double circuit de carburant pour chambre de combustion d'un turboréacteur. La buse comporte des moyens The invention therefore relates to a dual fuel circuit fuel injection nozzle for a combustion chamber of a turbojet engine. The nozzle has means
constituant un circuit primaire avec axe central longitu- constituting a primary circuit with long central axis
dinal. Le circuit primaire comporte une extrémité d'entrée dinal. The primary circuit has an input end
recevant un écoulement primaire de carburant et une extré- receiving a primary flow of fuel and an
mité de sortie opposée permettant de former un jet de sor- the opposite exit, allowing the formation of a
tie primaire, avec mouvement de rotation prédéterminé à primary section, with a predetermined rotational movement
l'extrémité de sortie. La buse comporte des moyens consti- the exit end. The nozzle comprises means constituting
tuant un circuit secondaire, avec une extrémité d'entrée killing a secondary circuit, with an input end
recevant un écoulement secondaire de carburant et une extré- receiving a secondary fuel flow and an
mité de sortie opposée permettant de former un jet de sor- the opposite exit, allowing the formation of a
tie secondaire. Le jet de sortie secondaire est l'objet secondary tie. The secondary output stream is the object
d'un mouvement de rotation dont le sens correspond prati- rotational movement whose meaning corresponds practically
quement à celui du mouvement de rotation prédéterminé du jet de sortie primaire. Les moyens constituant le circuit secondaire entourent de manière fixe les moyens constituant le circuit primaire; plus précisément, leur extrémité de sortie entoure l'extrémité de sortie des moyens constituant le circuit primaire, de sorte que les jets de sortie de la buse réagissent l'un sur l'autre. Les moyens de décharge de la buse sont disposés autour des extrémités de sortie des moyens constituant les circuits primaire et secondaire, de manière à recevoir le jet conjugué de sortie et former un jet de sortie de buse traité pour pouvoir être utilisé dans la chambre de combustion. Les moyens de décharge de la buse comportent une partie conique avec extrémité d'entrée de diamètre relativement faible s'élargissant le long de l'axe only that of the predetermined rotational movement of the primary output jet. The means constituting the secondary circuit fixedly surround the means constituting the primary circuit; more specifically, their outlet end surrounds the output end of the means constituting the primary circuit, so that the outlet jets of the nozzle react with one another. The discharge means of the nozzle are arranged around the outlet ends of the means constituting the primary and secondary circuits, so as to receive the conjugate outlet jet and form a treated nozzle outlet jet for use in the combustion chamber. . The discharge means of the nozzle comprises a conical portion with a relatively small diameter inlet end widening along the axis
central longitudinal, vers une extrémité de sortie de dia- longitudinal center, towards an exit end of a dia-
mètre relativement important. La partie conique définit un angle solide inclus d'au moins 450 à partir de l'axe cen- relatively large meter. The conical portion defines an included solid angle of at least 450 from the central axis
tral longitudinal du circuit primaire. longitudinal tral of the primary circuit.
La suite de la description se réfère aux dessins The rest of the description refers to the drawings
annexés qui représentent: figure 1, une vue schématique, partiellement en arraché, d'un exemple de turboréacteur auquel s'applique l'invention; attached which represent: Figure 1, a schematic view, partially broken away, of an example of turbojet to which the invention applies;
figure 2, une vue en coupe d'une buse de carbu- FIG. 2 is a sectional view of a fuel nozzle.
rant connue; figure 3, une vue en coupe, analogue à celle de known; FIG. 3 is a sectional view similar to that of
la figure 2, d'une buse de carburant conforme à l'invention. Figure 2, a fuel nozzle according to the invention.
Pour plus de clarté, la buse de la figure 3 est représentée For clarity, the nozzle of FIG. 3 is shown
à plus grande échelle que la buse de la figure 2. on a larger scale than the nozzle of Figure 2.
Le turboréacteur 10 représenté figure 1 comporte une partie soufflante 12, une partie compresseur 14, une partie chambre de combustion 16, une partie turbine haute pression 18, une partie turbine basse pression 20, et une partie éjection 22. Dans la partie chambre de combustion 16, se trouvent des buses de carburant 19 qui reçoivent le carburant et forment un jet atomisé de carburant qui doit être enflammé dans la chambre de combustion. Chaque buse 19 est raccordée par une tubulure 21 à une prise d'injection de carburant 23. La prise d'injection de carburant 23 est raccordée pour recevoir le carburant du moteur et règle le transfert de ce carburant à la buse, le carburant étant The turbojet engine 10 represented in FIG. 1 comprises a blower part 12, a compressor part 14, a combustion chamber part 16, a high-pressure turbine part 18, a low-pressure turbine part 20, and an ejection part 22. In the combustion chamber part 16, there are fuel nozzles 19 which receive the fuel and form an atomized jet of fuel which must be ignited in the combustion chamber. Each nozzle 19 is connected by a pipe 21 to a fuel injection port 23. The fuel injection port 23 is connected to receive fuel from the engine and adjusts the transfer of this fuel to the nozzle, the fuel being
atomisé et enflammé par la suite.atomized and inflamed afterwards.
La buse de type connu représentée figure 2, est une buse à double circuit de pulvérisation de carburant sous The known type nozzle shown in FIG. 2, is a dual fuel atomizer nozzle under
pression et comporte une extrémité d'entrée 19A et une extré- pressure and has an inlet end 19A and an end
mité de sortie 19B. La buse 19 comporte un circuit de car- exit 19B. The nozzle 19 has a cartridge circuit
burant primaire 26, avec extrémité d'entrée 26A pour rece- primary burner 26, with an inlet end 26A for receiving
voir l'écoulement primaire de carburant en provenance de la tubulure 21 (non représentée sur la figure 2). Le circuit primaire 26 comporte également une extrémité de sortie axialement opposée 26B. Des fentes 28 sont formées dans le circuit primaire entre les extrémités d'entrée 26A et de see the primary fuel flow from tubing 21 (not shown in Figure 2). The primary circuit 26 also has an axially opposed output end 26B. Slots 28 are formed in the primary circuit between the input ends 26A and
sortie 26B. Les fentes 28 ont pour rôle de diriger l'écou- exit 26B. Slots 28 have the role of directing the listen-
lement primaire de carburant (qui se fait selon les flè- primary fuel (which is done according to the
ches) vers des fentes supplémentaires 29 de rotation. ches) to additional rotation slots 29.
Après être passé par les fentes 28 et 29, l'écoulement pri- After passing through the slots 28 and 29, the primary flow
maire de carburant traverse une chambre de rotation pri- fuel mayor passes through a rotating chamber
maire 30, puis est dirigé hors de l'extrémité de sortie mayor 30 and then is headed out of the exit end
primaire 26B. Les fentes 28 et 29 et la chambre de rota- primary 26B. Slots 28 and 29 and the rotational chamber
tion 30 donnent donc au jet primaire de carburant un mouve- 30 therefore give the primary fuel jet a
ment de rotation prédéterminé à partir de la sortie 26B. predetermined rotation from output 26B.
La buse 19 de la figure 2 comporte un circuit The nozzle 19 of Figure 2 comprises a circuit
secondaire de carburant 32 pour recevoir l'écoulement secon- secondary fuel 32 to receive the secondary flow.
daire de carburant en provenance de la tige 21. Le circuit secondaire 32 comporte une extrémité d'entrée 32A et une extrémité de sortie 32B. Le circuit secondaire 32 entoure de manière fixe le circuit primaire 26. L'extrémité de sortie 32B du circuit secondaire 32 est disposé autour de The secondary circuit 32 has an inlet end 32A and an outlet end 32B. The secondary circuit 32 fixedly surrounds the primary circuit 26. The output end 32B of the secondary circuit 32 is arranged around
l'extrémité de sortie 26B du circuit primaire. Dans le cir- the output end 26B of the primary circuit. In the cir-
cuit secondaire 32, se trouvent également un certain nom- secondary 32, there is also a certain number of
bre de lames de tourbillonnement 33 que traverse l'écoule- of swirling blades 33 through which
ment secondaire de carburant avant de pénétrer dans la chambre de rotation secondaire 34. L'écoulement secondaire de carburant, sortant en 32B du circuit secondaire 32, est soumis à un mouvement de rotation dont le sens correspond pratiquement à celui du mouvement de rotation imprimé à secondary fuel flow before entering the secondary rotation chamber 34. The secondary fuel flow exiting 32B secondary circuit 32 is subjected to a rotational movement whose direction corresponds substantially to that of the rotational movement printed at
l'écoulement primaire à la sortie 26B. the primary flow at the outlet 26B.
La buse 19 comporte une partie de décharge 36 The nozzle 19 has a discharge portion 36
disposée autour des sorties primaire 26B et secondaire 32B. arranged around the primary 26B and secondary 32B outputs.
La partie de décharge 36 a pour rôle de recevoir le jet de sortie conjugué provenant des sorties 26B et 32B et de former un jet de carburant approprié pour être brfllé dans la chambre de combustion (non représentée). La partie de décharge 36 comporte une partie conique 38. La partie conique 38 comporte une extrémité d'entrée 39 de diamètre intérieur relativement faible qui s'élargit le long de l'axe central longitudinal, vers une extrémité de sortie 41 de diamètre intérieur relativement important; le plus petit diamètre d peut être de l'ordre de 4 mm et le plus grand diamètre, de l'ordre de 11 mm. La partie conique 38 présente une surface intérieure 40 qui définit un angle solide inclus inférieur à 360 dans l'exemple représenté, à partir de l'axe central longitudinal du circuit primaire The purpose of the discharge portion 36 is to receive the conjugate exit jet from the outlets 26B and 32B and to form a suitable fuel jet for bursting into the combustion chamber (not shown). The discharge portion 36 has a tapered portion 38. The tapered portion 38 has an inlet end 39 of relatively small inside diameter that widens along the longitudinal central axis toward an outlet end 41 of relatively small inner diameter. important; the smallest diameter d may be of the order of 4 mm and the largest diameter, of the order of 11 mm. The conical portion 38 has an inner surface 40 which defines a solid included angle of less than 360 in the example shown, from the longitudinal central axis of the primary circuit
26. La longueur tde la surface intérieure 40 est de l'or- 26. The length of the inner surface 40 is
dre de 4 mm.4 mm.
Comme on l'a dit précédemment, la buse 19 com- As mentioned above, the nozzle 19 com-
porte une structure de bouclier d'air 42 pourvue de fentes 43. Le bouclier 42 est disposé autour de la buse 19 et a pour rôle de recevoir et diriger l'air entrant selon les flèches dans la chambre de combustion, par l'intermédiaire carries an air shield structure 42 provided with slots 43. The shield 42 is disposed around the nozzle 19 and has the role of receiving and directing the incoming air according to the arrows in the combustion chamber, via
des fentes 43, de manière à réduire la formation de cala- slots 43 so as to reduce the formation of
mine sur la surface intérieure conique 40. mine on the conical inner surface 40.
La buse conforme à l'invention, dont une forme de réalisation est représentée figure 3, porte la référence générale 50; elle est analogue sous certains aspects à celle de la figure 2, et on a utilisé les mêmes références The nozzle according to the invention, an embodiment of which is represented in FIG. 3, has the general reference 50; it is similar in some respects to that of FIG. 2, and the same references have been used.
pour désigner, lorsque c'est possible, les mêmes éléments. to designate, where possible, the same elements.
La buse 50 de la figure 3 diffère de la buse 19 de la fi- The nozzle 50 of FIG. 3 differs from the nozzle 19 of the FIG.
gure 2 au moins sous deux aspects. La partie de décharge de la buse 50 est différente, et cette buse ne comporte pas at least two aspects. The discharge portion of the nozzle 50 is different, and this nozzle does not have
de bouclier d'air.of air shield.
Plus précisément, la partie de décharge 36 de la buse 50 conforme à l'invention comporte une partie conique 38 dont la surface intérieure 40 définit un angle solide d'au moins 45 à partir de l'axe central longitudinal. Cet angle est, de préférence, compris entre 50 et 650, et il est recommandé de lui donner une valeur de 60 . La longueur longitudinale 1 de la surface 40 est de l'ordre de 2 mm, et les diamètres intérieurs d et D sont de l'ordre de 4,5 mm et 10 mm, respectivement. La buse comporte, de préférence, More specifically, the discharge portion 36 of the nozzle 50 according to the invention comprises a conical portion 38 whose inner surface 40 defines a solid angle of at least 45 from the longitudinal central axis. This angle is preferably between 50 and 650, and it is recommended to give it a value of 60. The longitudinal length 1 of the surface 40 is of the order of 2 mm, and the inner diameters d and D are of the order of 4.5 mm and 10 mm, respectively. The nozzle preferably comprises
un revêtement de protection 52 le long de sa partie exté- a protective coating 52 along its outer portion
rieure exposée pour la protéger de l'effet du frottement qu elle subit dans la pièce de la chambre de combustion exposed to protect it from the effect of friction in the combustion chamber
dans laquelle elle est insérée. Le revêtement de protec- in which it is inserted. The protective coating
tion 52 est constitué par un matériau classique résistant aux températures élevées. Il peut s'agir, par exemple, d'un revêtement de carbure de chromé dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,4 mm. Mais il est entendu que les dimen- sions ont été données à titre d'exemple, d'autres dimensions 52 is a conventional high temperature resistant material. This may be, for example, a chromium carbide coating whose thickness is of the order of 0.4 mm. But it is understood that the dimensions have been given as an example, other dimensions
pouvant être choisies en fonction de l'application. can be chosen according to the application.
En cour.s de fonctionnement, l'écoulement primaire dans le circuit primaire donne lieu, à la sortie 26B, à un jet primaire atomisé 60 qui ne vient pas en contact avec la surface intérieure conique 40. L'écoulement secondaire dans le circuit secondaire 32 donne lieu, à la sortie 32B, à un jet secondaire atomisé 62. La partie extérieure 62A du jet secondaire 62 longe la surface conique 40. Mais, During operation, the primary flow in the primary circuit gives rise, at the outlet 26B, to an atomized primary jet 60 which does not come into contact with the conical inner surface 40. The secondary flow in the secondary circuit 32 gives rise, at the outlet 32B, to an atomized secondary jet 62. The outer portion 62A of the secondary jet 62 runs along the conical surface 40. However,
comme précédemment mentionné, la configuration particu- as previously mentioned, the particular configuration
lière de la partie de décharge 36, avec un angle solide d'au moins 450, se traduit par une formation moindre de calamine sur cette surface 40. En fait, la configuration donnée à la buse 50 de la figure 3 évite le besoin d'une 20. structure de bouclier d'air supplémentaire, telle que celle représentée en 42 figure 2. Et le diamètre extérieur de la buse 50 de la figure 3 peut être du même ordre de grandeur que celui de la buse de la figure 2 moins le bouclier However, the configuration given to the nozzle 50 of FIG. 3 avoids the need for the discharge portion 36, with a solid angle of at least 450, resulting in a lower scale formation on this surface 40. In fact, the configuration given to the nozzle 50 of FIG. an additional air shield structure, such as that shown in FIG. 2, and the outside diameter of the nozzle 50 of FIG. 3 can be of the same order of magnitude as that of the nozzle of FIG. shield
d'air 42.air 42.
Pour certaines applications, il peut être souhai- For some applications, it may be desirable
table d'utiliser la buse conforme à l'invention en combi- to use the nozzle according to the invention in combination with
naison avec des éléments supplémentaires conduisant à de with additional elements leading to
meilleurs conditions de brûlage dans la chambre de combus- better burning conditions in the combustion chamber
tion. On peut prévoir à cette fin des disques soufflants, tion. Blowing discs can be provided for this purpose.
des boucliers de diffusion et des dispositifs de tourbil- diffusion shields and tourbillon devices
lonnement secondaires. De telles structures sont repré- secondarily. Such structures are represented
sentées dans le brevet des E.U.A. no 4 198 815. in the U.S. Patent. No. 4,198,815.
On a représenté la buse conforme à l'invention The nozzle according to the invention is represented
avec un axe central longitudinal linéaire et des extrémi- with a linear longitudinal central axis and
tés opposées axialement alignées; mais on peut bien entendu, opposite temples axially aligned; but we can of course,
en fonction de l'application, envisager d'autres configura- depending on the application, consider other configurations
tions. L'axe central longitudinal peut être, par exemple, curviligne. On remarquera, de plus, que la buse conforme à l'invention peut être utilisée avec d'autres appareils que le turboréacteur décrit. En fait, cette buse peut être utilisée pour tout turboréacteur, tel qu'un turboréacteur ne comportant qu'une partie compresseur, une partie cham- tions. The central longitudinal axis may be, for example, curvilinear. It will be noted, moreover, that the nozzle according to the invention can be used with other apparatuses than the turbojet described. In fact, this nozzle can be used for any turbojet engine, such as a turbojet engine having only a compressor part, a diesel engine part,
bre de combustion et une partie d'éjection. combustion chamber and ejection part.
On a donc décrit une buse sans bouclier d'air, We have therefore described a nozzle without an air shield,
avec formation réduite de calamine. Cette buse est relati- with reduced scale formation. This nozzle is relatively
vement simple à fabriquer. Elle peut être aisément insérée en position de fonctionnement dans la chambre de combustion, et ôtée, sans qu'il soit nécessaire d'ôter d'autres pièces de la chambre de combustion. Son poids est relativement easy to manufacture. It can be easily inserted into the operating position in the combustion chamber, and removed, without the need to remove other parts of the combustion chamber. Its weight is relatively
faible et sa durée de vie est correcte. low and its life is correct.
Claims (8)
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