FR2770284A1 - Accroche-flamme carbure et a refroidissement optimise - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un accroche-flamme du type carburé et à refroidissement optimal. Cet accroche-flamme comporte un corps (34) qui s'étend radialement dans le flux primaire constitué d'un dièdre en V présentant deux plaques latérales (35, 36) ayant une arête commune (37), un tube de ventilation (38) disposé entre les deux plaques (35, 36) et au moins un conduit de carburant (44, 45) à l'arrière du tube de ventilation (38). Le tube de ventilation (38) a une section globalement triangulaire et présente, sur sa face aval, une gouttière (42) dans laquelle loge les conduits de carburant (44, 45). Le tube (38) présente des orifices (41, 46) pour refroidir énergiquement les plaques (35, 36) du dièdre et les conduits de carburant (44, 45). Ces derniers comportent des injecteurs aéromécaniques dirigés vers la chambre de postcombustion (23).
Description
On connaît déjà, par exemple par la demande de brevet français publiée
sous le numéro 2 709 342, un dispositif de postcombustion pour turboréacteur à double flux comportant un carter annulaire externe possédant un axe de sensible révolution, un carter d'échappement contenu à l'intérieur dudit carter externe, comprenant une paroi annulaire externe et une paroi annulaire interne, ayant chacune le même axe de révolution que le carter externe, et délimitant avec lui un premier passage pour l'écoulement d'un air secondaire, la paroi annulaire externe et la paroi annulaire interne délimitant entre elles un deuxième passage pour l'écoulement des gaz de combustion, ce dispositif de postcombustion comprenant également une paroi de postcombustion annulaire ayant le même axe de révolution que le carter externe, disposée à l'intérieur du carter externe en étant écartée d'une distance déterminée de manière à ménager un passage d'air de refroidissement et délimitant une chambre de postcombustion en aval des premier et deuxième passages, des bras accroche-flamme s'étendant dans des plans radiaux par rapport audit axe, au moins à l'intérieur du deuxième passage, et étant conformés chacun en un dièdre, délimité par deux plaques externes ayant une arête commune, et ayant une section externe en V dont la pointe est orientée vers l'amont par rapport au sens axial
général d'écoulement desdits gaz de combustion, chaque accroche-
flamme comportant en outre un tube de ventilation multiperforé pour le refroidissement des plaques externes par un air de refroidissement prélevé dans le premier passage et au moins un conduit radial de
carburant muni d'orifices d'injection de carburant.
Le tube de ventilation décrit dans ce document a une section circulaire, est disposé au voisinage de l'arête du dièdre et comporte des orifices pour refroidir les ailes du dièdre. Un écran anti-rayonnement, de section semi-circulaire est disposé en aval du conduit de carburant, entre les bords aval du dièdre, avec prévision de fentes axiales latérales pour l'écoulement du mélange air-carburant dans la chambre de postcombustion. Les orifices d'injection du conduit de carburant sont constitués de trous disposés dans des plans sensiblement radiaux et dirigés vers les parois internes du dièdre. Cet accroche-flamme est dit
carburé.
La demande de brevet français publiée sous le n 2 696 502 montre des accroche-flamme radiaux constitués également de dièdres
et comportant un tube de ventilation pour le refroidissement du dièdre.
Dans ce dernier document l'accroche-flamme ne comporte ni un conduit de carburant, ni un écran anti-rayonnement. Le carburant est ici injecté en amont des accroche-flamme par des conduits de carburant disposés latéralement sur les bras de liaison disposés en alternance entre les accroche-flamme. Le carburant injecté ruisselle sur les parois externes des accroche-flamme. La section du tube de ventilation est plus grande que celle du tube cylindrique de FR 2 709 342, ce qui assure un meilleur refroidissement des parois du dièdre, mais les conduits de carburant sont exposés à la chaleur des gaz de combustion, ce qui peut entraîner des disfonctions par suite des risques de
cokéfaction et de "vapor-lock".
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de postcombustion dans lequel les accroche-flamme sont de type carburé
et allient les qualités des deux définitions précédentes.
L'invention atteint son but en optimisant le dispositif de
refroidissement aérodynamique de chaque accroche-flamme.
A cet effet, selon l'invention, le tube de ventilation est de section globalement triangulaire et comporte deux faces latérales sensiblement parallèles aux plaques externes et une face aval qui présente une gouttière radiale dans laquelle loge le conduit de carburant, une pluralité d'orifices supplémentaires dirigés vers le conduit du carburant étant ménagés dans la paroi de ladite gouttière afin d'assurer la ventilation du conduit de carburant, ce dernier injectant le carburant
vers l'aval.
Grâce à cette disposition, la section d'écoulement du tube de ventilation est supérieure à la section circulaire du tube de ventilation décrit dans FR 2 709 342. Le débit d'air de refroidissement est augmenté et les plaques externes du dièdre sont refroidies par impact par l'air traversant les orifices débouchant sur les faces latérales du tubes de ventilation. Les orifices de la gouttière soufflent de l'air sur le conduit de carburant dans toutes les plages de fonctionnement du
turboréacteur, ce qui prévient les risques de cokéfaction et de "vapor-
lock", et favorise la tenue thermique du conduit de carburant en régime sec, c'est-à-dire en cas de non-fonctionnement de la chambre de postcombustion. La position des orifices, mais aussi la forme du tube de ventilation de l'accroche-flamme sont adaptées au mieux pour assurer
une bonne ventilation des parois du dièdre et du conduit de carburant.
Avantageusement, le conduit de carburant est équipé d'injecteurs aéromécaniques. Cette disposition permet d'obtenir une bonne qualité de pulvérisation et de maîtriser l'ampleur du cône de diffusion des gouttelettes de carburant et ceci afin d'éviter tout risque d'impact sur les
plaques externes du dièdre du système de réchauffe.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront 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 1 d'un accroche-flamme carburé de l'art antérieur; la figure 2 est une coupe d'un accroche-flamme non carburé de l'art antérieur; la figure 3 est une demi-coupe axiale partielle d'un turboréacteur à double flux comportant un dispositif de post- combustion conforme à l'invention; la figure 4 est une section selon la ligne IV-IV de la figure 3;
la figure 5 est une vue partielle en perspective de l'accroche-
flamme selon l'invention;
la figure 6 est une vue en perspective du conduit de carburant.
La figure 1 montre en coupe un accroche-flamme de type carburé, semblable à celui décrit dans la demande de brevet publiée sous le n0 FR 2 709 342, disposé radialement dans la veine des gaz chauds circulant d'amont en aval dans le sens de la flèche G, qui comprend une tôle pliée sous forme d'un dièdre en V afin de présenter deux plaques latérales 2, 3 reliées par une arête arrondie 4 disposée en amont par rapport au sens général de l'écoulement des gaz chauds G, et qui comprend en outre un tube de ventilation 5 multiperforé de section circulaire disposée entre les plaques latérales 2, 3 au voisinage de l'arête 4, un conduit de carburant 6 en aval du tube de ventilation 5 et un écran anti- rayonnement 7 qui présente une surface concave vers l'aval et qui relie les bords 8, 9 aval des plaques latérales 2 et 3 en ménageant des
fentes latérales 10, 11 pour l'évacuation du mélange air-carburant.
Le tube de ventilation 5 comporte des orifices 12 pour insuffler
de l'air frais issu de la soufflante vers les plaques 2, 3 et l'arête 4.
Les orifices 13 du conduit de carburant 6 injectent un débit de
carburant 14 vers les fentes latérales 10, 11.
La figure 2 montre une coupe d'un accroche-flamme 1', de type non carburé, tel que décrit dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 696 502. L'accroche-flamme 1' se présente également sous la forme d'un dièdre ayant deux plaques latérales 2', 3' reliées par une arête arrondie 4' orientée vers l'amont par rapport au sens axial général G de l'écoulement des gaz chauds. Un tube de ventilation 5' axial est disposé entre les plaques latérales 2', 3'. Ce tube 5' présente une section globalement triangulaire dont les faces latérales 15, 16 sont parallèles et voisines des plaques latérales 2', 3' et comportent des orifices 12' qui insufflent de l'air frais prélevé dans le passage de l'air secondaire issu de la soufflante en tête du tube de ventilation 5' contre les faces internes du dièdre. La face aval du tube de ventilation 5' est concave et présente des orifices 18 pour injecter de l'air frais vers l'aval
dans la chambre de postcombustion 19.
Le turboréacteur à double flux et postcombustion représenté partiellement sur la figure 3 comprend un carter externe 20 annulaire, d'axe de révolution 21, un carter d'échappement 22 des gaz de combustion ayant traversé les aubages du turbo-réacteur et circulant d'amont en aval dans le sens de la flèche G, et une chambre de
postcombustion 23 en aval du carter d'échappement 22.
Le carter d'échappement 22 est contenu à l'intérieur du carter externe 20 et délimite, avec ce dernier, un premier passage 24 dans
lequel s'écoule de l'air secondaire S issu de la soufflante.
Le carter d'échappement 22 est constitué par une paroi annulaire externe 25 d'axe 21 et une paroi annulaire interne 26 également d'axe 21. Le carter d'échappement 22, la paroi externe 25 et la paroi interne 26 sont reliées entre eux par des biellettes ou par des bras de liaison
radiaux non représentés sur le dessin.
La paroi externe 25 et la paroi interne 26 délimitent entre elles un
deuxième passage 27 pour l'écoulement des gaz issus de la combustion.
Une paroi annulaire 28 de postcombustion d'axe 21, qui est radialement plus éloignée de l'axe 21 que la paroi externe 25, est disposée à proximité du carter externe 20 et délimite avec la paroi
interne 26 la chambre de postcombustion 23.
Des bras accroche-flamme 30, qui s'étendent radialement obliquement vers la chambre de combustion 20 sont disposés à la limite du carter d'échappement 22 et de la chambre de postcombustion 23. Chaque bras accroche-flamme 30 s'étend sensiblement dans un plan
radial contenant l'axe 21.
Chaque bras accroche-flamme 30 présente une partie de tête 31 qui traverse le premier passage 24 et qui supporte en aval un anneau brûleur 32 de forme annulaire d'axe 21 relié par une conduite de carburant 33 à une alimentation en carburant 33a, et un corps principal 34 qui s'étend à l'intérieur du deuxième passage 27 et qui fait l'objet de
la présente invention.
Ainsi que cela est montré sur les figures 4 à 6, le corps principal 34 est conformé selon un dièdre ayant une section en V dont le sommet de l'angle est orienté vers l'amont, les branches du V étant orientées vers l'aval par rapport au sens général G de l'écoulement des gaz chauds. Il comprend deux plaques externes 35, 36 ayant une arête commune 37 de
forme arrondie.
Un tube de ventilation 38 s'étend sur toute la hauteur du corps principal 34. Ce tube 38 est ouvert à son extrémité éloignée de l'axe 21 afin de permettre un prélèvement d'un débit d'air de refroidissement R dans le premier passage 24, et est obturé à son extrémité inférieure. Il présente sur toute sa longueur une pluralité d'orifices pour l'évacuation
de l'air prélevé hors du tube 38.
Ce tube de ventilation 38 a une section globalement triangulaire, et il comporte deux parois latérales 39, 40 sensiblement parallèles aux plaques externes 35, 36, disposées à peu de distance de ces dernières afin de refroidir énergiquement les plaques externes 39, 40 par les orifices 41. La face aval 42 du tube de ventilation qui est dirigée vers l'intérieur de la chambre de postcombustion 23 a une forme convexe et elle présente une gouttière 43, de section en U ouvert dans laquelle sont disposés deux conduits de carburant 44, 45 radiaux, alimentés en carburant. Dans la paroi délimitant la gouttière 42 sont ménagés des orifices 46 qui insufflent de l'air de refroidissement vers les conduits de
carburant 44, 45.
Les conduits de carburant 44, 45 comportent des injecteurs aéromécaniques 47 qui injectent du carburant en aval vers la chambre de postcombustion 23. Les injecteurs aéromécaniques 47 permettent d'obtenir une bonne qualité de pulvérisation et de maîtriser l'ampleur du cône de diffusion des gouttelettes de carburant et ceci afin d'éviter tout
risque d'impact sur le dièdre en V de l'accroche-flamme 30.
Le tube de ventilation 38 de l'accroche-flamme 30 fait office de noyau structural et de conduit d'alimentation d'un débit d'air R provenant de la soufflante. L'alimentation du débit d'air R est réalisée dans toute la plage de fonctionnement du turboréacteur afin de prévenir les risques de cokéfaction et de vapor-lock aussi bien en régime de
réchauffe qu'en fonctionnement sec.
La forme du tube de ventilation 38 ainsi que la position des orifices 41 et 46 sont adaptées au mieux pour assurer l'intégrité
thermique des injecteurs.
La disposition proposée par l'invention permet ainsi d'assurer l'intégralité thermique des parois du dièdre et du système de carburation tant en fonctionnement sec qu'avec la réchauffe. Elle permet également de supprimer les organes d'injection placés dans le flux primaire dans le cas de l'utilisation d'accroche-flamme du type non carburé, d'o une plus grande sûreté de fonctionnement par prévention des risques de retour de flammes. La solution proposée permet également d'utiliser des
matériaux composites pour réaliser le dièdre, d'o un gain de masse.
Claims (3)
1. Dispositif de postcombustion pour turboréacteur à double flux comportant un carter annulaire externe (20) possédant un axe (21) de sensible révolution, un carter d'échappement (22) contenu à l'intérieur dudit carter externe (20), comprenant une paroi annulaire externe (25) et une paroi annulaire interne (26), ayant chacune le même axe de révolution que le carter externe (20) et délimitant avec lui un premier passage (24) pour l'écoulement d'un air secondaire, la paroi annulaire externe (25) et la paroi annulaire interne (26) délimitant entre elles un deuxième passage (27) pour l'écoulement des gaz de combustion, ce dispositif de postcombustion comprenant également une paroi de postcombustion annulaire (28) ayant le même axe de révolution que le carter externe (20), disposée à l'intérieur du carter externe en étant écartée d'une distance déterminée de manière à ménager un passage d'air de refroidissement et délimitant une chambre de postcombustion (23) en aval des premier (24) et deuxième (27) passages, des bras accroche- flamme (30) s'étendant dans des plans radiaux par rapport audit axe (21), au moins à l'intérieur du deuxième passage (27), et étant conformés chacun en un dièdre, délimité par deux plaques externes (35, 36) ayant une arête commune (37), et ayant une section externe en V dont la pointe est orientée vers l'amont par rapport au sens axial
général d'écoulement (G) desdits gaz de combustion, chaque accroche-
flamme (30) comportant en outre un tube de ventilation (38) multiperforé pour le refroidissement des plaques externes (35, 36) par un air de refroidissement prélevé dans le premier passage (24) et au moins un conduit radial de carburant(44, 45) muni d'orifices d'injection de carburant, caractérisé par le fait que le tube de ventilation (38) a une section globalement triangulaire et comporte deux faces latérales (39, 40) sensiblement parallèles aux plaques externes (35, 36) et une face aval (42) qui présente une gouttière radiale (43), dans laquelle loge le conduit de carburant (44, 45), une pluralité d'orifices supplémentaires (46) dirigés vers le conduit du carburant étant ménagés dans la paroi (42) de ladite gouttière (43) afin d'assurer la ventilation du conduit de
carburant, ce dernier injectant le carburant vers l'aval.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit de carburant (44, 45) est équipé d'injecteurs aéromécaniques (47).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,
caractérisé par le fait que chaque accroche-flamme (30) comporte deux conduits de carburant (44, 45)
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