FR2958372A1

FR2958372A1 - Combustion chamber of turbomachine e.g. turbojet, of airplane, has rotating wall including holes that are formed in vicinity of orifice to aerate end of spark plug and deviate fuel pool injected into chamber

Info

Publication number: FR2958372A1
Application number: FR1001297A
Authority: FR
Inventors: Christophe Pieussergues; Denis Jean Maurice Sandelis
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-07
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: FR2958372B1

Abstract

The chamber (41) has a rotating wall (16) comprising a passage orifice that passes an end of a spark plug (38) carried by an external casing (12) enclosing the chamber and defining an air flow path with the chamber. The rotating wall includes holes formed in vicinity of the orifice to aerate the end of the spark plug and deviate a fuel pool injected into the chamber. The holes are formed in a wall zone extended partially around the orifice and toward upstream from an axis of the passage orifice of the spark plug.

Description

CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE La présente invention concerne une chambre annulaire de combustion pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. The present invention relates to an annular combustion chamber for a turbomachine such as an airplane turbojet or turboprop engine.

De manière connue, une chambre annulaire de combustion de turbomachine est agencée entre un compresseur haute pression et une turbine haute pression et comprend deux parois de révolution interne et externe reliées à leur extrémité amont par un fond de chambre annulaire comportant des orifices de passage de têtes d'injecteurs. In a known manner, an annular turbomachine combustion chamber is arranged between a high-pressure compressor and a high-pressure turbine and comprises two walls of internal and external revolution connected at their upstream end by an annular chamber bottom having heads passage holes. injectors.

Au moins une bougie d'allumage est portée par un carter externe entourant la paroi de révolution externe et débouche à son extrémité interne dans un orifice de la paroi de révolution externe. L'air sortant du compresseur haute pression circule à l'intérieur de la chambre de combustion et se mélange au carburant pulvérisé par les injecteurs. Ce mélange air / carburant est ensuite enflammé par le ou les bougies. En fonctionnement, il est possible que le mélange air / carburant vienne au contact des extrémités internes des bougies débouchant à l'intérieur de la chambre, ce qui peut réduire leurs performances d'allumage. En particulier, le mouillage de la bougie s'avère encore plus néfaste lorsque la chambre est équipée de bougies basse tension. En effet, celles-ci comprennent au niveau de la face d'extrémité interne une électrode entourée par un semi-conducteur. Le mouillage du semi-conducteur par du mélange air / carburant peut conduire à des défaillances lors du claquage de la bougie et entraîner une réduction de sa durée de vie. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème tout en évitant les inconvénients précités. At least one spark plug is carried by an outer casing surrounding the outer wall of revolution and opens at its inner end into an orifice of the outer wall of revolution. The air leaving the high-pressure compressor circulates inside the combustion chamber and mixes with the fuel sprayed by the injectors. This air / fuel mixture is then ignited by the candle (s). In operation, it is possible that the air / fuel mixture comes into contact with the inner ends of the spark plugs opening inside the chamber, which can reduce their ignition performance. In particular, the wetting of the candle is even more harmful when the room is equipped with low-voltage candles. Indeed, these include at the inner end face an electrode surrounded by a semiconductor. Wetting the semiconductor by air / fuel mixture can lead to failures during the breakdown of the spark plug and lead to a reduction in its service life. The invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem while avoiding the aforementioned drawbacks.

A cette fin, elle propose une chambre de combustion de turbomachine, comprenant au moins une paroi de révolution comportant un orifice de passage de l'extrémité d'une bougie d'allumage portée par un carter externe entourant la chambre et délimitant avec celle-ci une veine d'écoulement d'air, la paroi de révolution comprenant des perçages au voisinage de l'orifice de manière à ventiler l'extrémité de la bougie et dévier une nappe de carburant injecté dans la chambre. La présence de ces perçages au voisinage de l'orifice de passage de l'extrémité de la bougie permet la formation d'une couche d'air au voisinage de cette extrémité et sur la face interne de la paroi de révolution externe, et une déviation locale de la nappe de carburant vers l'intérieur de la chambre. Ainsi, on évite le mouillage de l'extrémité de la bougie par le mélange air / carburant, ce qui permet de garantir un fonctionnement optimal de la bougie et une augmentation de sa durée de vie. To this end, it proposes a turbomachine combustion chamber, comprising at least one revolution wall comprising a passage opening of the end of a spark plug carried by an outer casing surrounding the chamber and delimiting with it a stream of air flow, the wall of revolution comprising holes in the vicinity of the orifice so as to ventilate the end of the candle and deflect a ply of fuel injected into the chamber. The presence of these holes in the vicinity of the passage opening of the end of the candle allows the formation of a layer of air in the vicinity of this end and on the inner face of the outer wall of revolution, and a deflection local fuel table to the inside of the room. Thus, it avoids wetting the end of the candle by the air / fuel mixture, which ensures optimal operation of the candle and an increase in its life.

Avantageusement, les perçages sont formés dans une zone de la paroi s'étendant au moins en partie autour de l'orifice et vers l'amont depuis l'axe de l'orifice de passage de la bougie. De cette manière, au moins la partie amont de l'orifice est entourée par des perçages, ce qui permet de garantir la formation d'un flux d'air protecteur autour de l'extrémité de la bougie. Dans une réalisation particulière de l'invention, les perçages sont formés dans une zone de la paroi s'étendant sur une distance axiale au moins égale au diamètre de l'orifice de passage de la tête de la bougie, cette zone s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de l'orifice sur une distance au moins égale au diamètre de cet orifice. Selon une autre caractéristique de l'invention, les perçages sont inclinés vers l'aval par rapport à la normale à la paroi de révolution en direction axiale et cette inclinaison est comprise entre 0° et 20°. Dans un mode de réalisation préféré, les perçages ont un diamètre d'environ 0,5 à 0,6 millimètre et la zone de la paroi comportant ces perçages a une perméabilité d'environ 2 à 3%. Advantageously, the bores are formed in an area of the wall extending at least partly around the orifice and upstream from the axis of the passage opening of the spark plug. In this way, at least the upstream portion of the orifice is surrounded by holes, which ensures the formation of a protective air flow around the end of the candle. In a particular embodiment of the invention, the bores are formed in an area of the wall extending over an axial distance at least equal to the diameter of the passage opening of the head of the candle, this zone extending circumferentially on either side of the orifice over a distance at least equal to the diameter of this orifice. According to another characteristic of the invention, the bores are inclined downstream relative to the normal to the wall of revolution in the axial direction and this inclination is between 0 ° and 20 °. In a preferred embodiment, the bores have a diameter of about 0.5 to 0.6 millimeters and the area of the wall with these bores has a permeability of about 2 to 3%.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de révolution comprend des multiperforations de refroidissement en amont des perçages et les perçages ont sensiblement les mêmes dimensions et la même répartition que les multiperforations, telle que par exemple une répartition en rangées selon la direction circonférentielle et en quinconce les unes par rapport aux autres. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant une chambre de combustion telle que décrite précédemment. According to another characteristic of the invention, the wall of revolution comprises multiperforations of cooling upstream of the bores and the bores have substantially the same dimensions and the same distribution as the multiperforations, such as for example a distribution in rows in the circumferential direction and in staggered relation to each other. The invention also relates to a turbomachine, such as an airplane turbojet or turboprop, comprising a combustion chamber as described above.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une chambre annulaire de combustion selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique partielle de la partie amont d'une chambre annulaire de combustion selon l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique des perçages de la paroi externe de la chambre de combustion de la figure 2 ; la figure 4 est une vue selon le plan de coupe AA de la figure 3 ; la figure 5 est une représentation schématique de la déviation de la nappe de carburant dans une coupe transversale passant par l'axe d'une bougie montée dans une chambre de combustion selon l'invention. The invention will be better understood and other details, advantages and features of the invention will appear on reading the following description given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. schematic view in axial section of an annular combustion chamber according to the prior art; Figure 2 is a partial schematic view of the upstream portion of an annular combustion chamber according to the invention; Figure 3 is a schematic representation of the holes in the outer wall of the combustion chamber of Figure 2; Figure 4 is a view along the sectional plane AA of Figure 3; Figure 5 is a schematic representation of the deviation of the fuel ply in a cross section through the axis of a candle mounted in a combustion chamber according to the invention.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une chambre annulaire de combustion 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, agencée entre un compresseur haute pression en amont et une turbine haute pression en aval. La chambre de combustion 10 est montée à l'intérieur d'un carter externe 12 et comprend deux parois de révolution interne 14 et externe 16 reliées à leur extrémité amont à un fond de chambre annulaire 18 comportant des orifices 20 alignés avec des orifices 22 d'un carénage annulaire 24 s'étendant vers l'amont et fixé sur le fond de chambre 18. Des têtes d'injecteurs 26 sont montées entre le carénage 24 et le fond de chambre 18 et sont alignées avec les orifices 20 du fond de chambre 18. Referring firstly to Figure 1 which shows an annular combustion chamber 10 of a turbomachine such as a turbojet or an airplane turboprop, arranged between a high pressure compressor upstream and a high pressure turbine downstream . The combustion chamber 10 is mounted inside an outer casing 12 and comprises two walls 14 of internal revolution and external 16 connected at their upstream end to an annular chamber bottom 18 having orifices 20 aligned with orifices 22. an annular fairing 24 extending upstream and fixed to the chamber bottom 18. Injector heads 26 are mounted between the fairing 24 and the chamber bottom 18 and are aligned with the openings 20 of the chamber floor 18.

Les têtes d'injecteurs 26 sont reliées à des conduits 28 d'amenée de carburant passant dans les orifices 22 du carénage 24 et portés par le carter externe 12. Des systèmes d'injection 30 sont disposés autour de chaque tête d'injecteur 26 dans les orifices 20 du fond de chambre. Les extrémités aval des parois de révolution interne 14 et externe 16 sont reliées à des brides 32, 34 de fixation sur un carter interne 36 et sur le carter externe 12, respectivement. Au moins une bougie d'allumage 38 est portée par le carter externe 12 et est engagée dans des moyens de guidage 37 portés par la paroi de révolution externe 16. L'extrémité interne de la bougie 38 débouche à l'intérieur de la chambre à travers un orifice 40 de la paroi de révolution externe 16. En fonctionnement, l'air sortant du compresseur haute pression se divise en un flux d'air entrant à l'intérieur de la chambre de combustion 10 et mélangé au carburant (flèche A) et en un flux d'air de contournement (flèches B) de la chambre 10. Le flux d'air de contournement s'écoule entre le carter interne 36 et la paroi de révolution interne 14 d'une part et entre le carter externe 12 et la paroi de révolution externe 16 d'autre part. En fonctionnement, on observe que l'extrémité interne de la bougie 38 peut être mouillée par le mélange air / carburant injecté à l'intérieur de la chambre de combustion 10. II s'ensuit une diminution des performances d'allumage de la bougie 38, laquelle est plus importante lorsque la bougie est du type à basse tension comprenant une électrode centrale entourée par un semi-conducteur comme expliqué précédemment. Pour éviter le mouillage de l'extrémité interne de la bougie 38, la paroi de révolution externe 16 de la chambre de combustion 41 selon l'invention comprend des perçages 42 (dont seuls les axes 44 sont représentés en figure 2) formés au voisinage amont de l'orifice de passage 40 de l'extrémité interne de la bougie 38. Comme représenté en figure 3, les perçages 42 sont formés dans une zone amont s'étendant au moins en partie autour de l'orifice 40, depuis un plan transverse passant par l'axe 46 de l'orifice 40 jusqu'en amont de l'orifice 40. Cette zone s'étend axialement sur une distance sensiblement égale au diamètre de l'orifice de passage 40 de la bougie 38. Elle s'étend en direction circonférentielle de part et d'autre de l'orifice 40 et sur une distance circonférentielle sensiblement égale au double du diamètre de l'orifice 40. Dans une réalisation de l'invention (figure 4), la paroi de révolution externe 16 comprend des multiperforations (dont seuls les axes 48 sont représentés) en amont des perçages 42 de manière à refroidir la paroi de révolution externe par la formation d'une couche d'air sur sa face interne. The injector heads 26 are connected to fuel supply conduits 28 passing through the orifices 22 of the fairing 24 and carried by the outer casing 12. Injection systems 30 are arranged around each injector head 26 in the orifices 20 of the chamber bottom. The downstream ends of the walls of internal revolution 14 and outer 16 are connected to flanges 32, 34 for fixing on an inner casing 36 and on the outer casing 12, respectively. At least one spark plug 38 is carried by the outer casing 12 and is engaged in guiding means 37 carried by the outer wall of revolution 16. The inner end of the candle 38 opens into the chamber. through an orifice 40 of the outer wall of revolution 16. In operation, the air leaving the high pressure compressor is divided into a flow of air entering inside the combustion chamber 10 and mixed with the fuel (arrow A) and a bypass air flow (arrows B) of the chamber 10. The bypass air flow flows between the inner casing 36 and the internal wall of revolution 14 on the one hand and between the outer casing 12 and the outer wall of revolution 16 on the other hand. In operation, it is observed that the inner end of the candle 38 can be wetted by the air / fuel mixture injected inside the combustion chamber 10. It follows a decrease in the ignition performance of the candle 38 , which is greater when the spark plug is of the low voltage type comprising a central electrode surrounded by a semiconductor as explained above. To avoid wetting the inner end of the spark plug 38, the outer wall of revolution 16 of the combustion chamber 41 according to the invention comprises bores 42 (of which only the pins 44 are shown in FIG. 2) formed in the upstream neighborhood. of the through-hole 40 of the inner end of the spark plug 38. As shown in FIG. 3, the bores 42 are formed in an upstream zone extending at least partly around the orifice 40, from a transverse plane. passing through the axis 46 of the orifice 40 upstream of the orifice 40. This zone extends axially over a distance substantially equal to the diameter of the passage opening 40 of the spark plug 38. It extends in the circumferential direction on either side of the orifice 40 and over a circumferential distance substantially equal to twice the diameter of the orifice 40. In one embodiment of the invention (FIG. 4), the outer wall of revolution 16 comprises multiperforations (of which only the ax 48 are shown) upstream of the holes 42 so as to cool the outer wall of revolution by the formation of an air layer on its inner face.

La perméabilité des perçages 42, c'est-à-dire le rapport entre la section totale des perçages sur la surface de la zone sur laquelle ils sont formés, est déterminée pour être sensiblement identique à la perméabilité des multiperforations. Les multiperforations débouchent dans la chambre vers l'aval et leurs axes 48 sont compris dans un plan passant par l'axe 50 de la chambre 41. L'inclinaison des multiperforations est en général de l'ordre de 60° par rapport à la normale à la paroi de révolution externe. Les perçages 42 débouchent dans la chambre vers l'aval et leurs axes sont contenus dans un plan passant par l'axe 50 de la chambre de combustion 41. L'inclinaison des axes 44 des perçages 42 par rapport à la normale à la paroi de révolution externe 16 est inférieure à 20° et de préférence compris entre 10° et 20°. Selon l'invention, les perçages 42 permettent de ventiler l'extrémité interne de la bougie 38 qui affleure la face interne de la paroi de révolution externe 16, et de repousser la nappe de carburant 52 pour la dévier vers l'intérieur de la chambre 41 (figure 4). Cette déviation radiale d est de l'ordre de 2 à 3 millimètres par rapport à la nappe de carburant 54 d'une chambre de combustion 10 de la technique antérieure. Notons que la déviation d de la nappe de carburant est inférieure à la longueur de l'étincelle produite par la bougie 38, qui est par exemple de 10 mm environ. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les perçages 42 de la paroi de révolution externe ont un diamètre compris entre 0,5 et 0,6 millimètre et la perméabilité de la zone perforée entourant l'extrémité de la bougie est d'environ 2 à 3%. The permeability of the holes 42, that is to say the ratio between the total section of the holes on the surface of the zone on which they are formed, is determined to be substantially identical to the permeability of the multiperforations. The multiperforations open into the chamber downstream and their axes 48 are included in a plane passing through the axis 50 of the chamber 41. The inclination of the multiperforations is generally of the order of 60 ° relative to the normal to the outer wall of revolution. The holes 42 open into the chamber downstream and their axes are contained in a plane passing through the axis 50 of the combustion chamber 41. The inclination of the axes 44 of the bores 42 relative to the normal to the wall of the external revolution 16 is less than 20 ° and preferably between 10 ° and 20 °. According to the invention, the holes 42 make it possible to ventilate the inner end of the spark plug 38 which is flush with the internal face of the outer wall of revolution 16, and to push the fuel ply 52 to deflect it towards the inside of the chamber. 41 (Figure 4). This radial deviation d is of the order of 2 to 3 millimeters with respect to the fuel ply 54 of a combustion chamber 10 of the prior art. Note that the deviation d of the fuel ply is less than the length of the spark produced by the candle 38, which is for example about 10 mm. In a preferred embodiment of the invention, the holes 42 of the outer wall of revolution have a diameter of between 0.5 and 0.6 millimeters and the permeability of the perforated zone surrounding the end of the candle is about 2 to 3%.

Claims

REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (41) de turbomachine, comprenant au moins une paroi de révolution (16) comportant un orifice de passage (40) de l'extrémité d'une bougie d'allumage (38) portée par un carter externe (12) entourant la chambre (41) et délimitant avec celle-ci une veine d'écoulement d'air, caractérisée en ce que la paroi de révolution (16) comprend des perçages (42) au voisinage de l'orifice (40) destinés à ventiler l'extrémité de la bougie (38) et dévier une nappe de carburant injecté dans la chambre. REVENDICATIONS1. Turbomachine combustion chamber (41), comprising at least one wall of revolution (16) having a passage opening (40) of the end of a spark plug (38) carried by an outer casing (12) surrounding the chamber (41) and delimiting therewith an airflow vein, characterized in that the wall of revolution (16) comprises bores (42) in the vicinity of the orifice (40) for ventilating the air end of the candle (38) and divert a ply of fuel injected into the chamber.

2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les perçages (42) sont formés dans une zone de la paroi s'étendant au moins en partie autour de l'orifice (40) et vers l'amont depuis l'axe (46) de l'orifice (40) de passage de la bougie (38). 2. Chamber according to claim 1, characterized in that the bores (42) are formed in an area of the wall extending at least partly around the orifice (40) and upstream from the axis ( 46) of the orifice (40) for passage of the spark plug (38).

3. Chambre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les perçages (42) sont formés dans une zone de la paroi s'étendant sur une distance axiale au moins égale au diamètre de l'orifice de passage (40) de la tête de la bougie (40), cette zone s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de l'orifice et sur une distance circonférentielle au moins égale au double du diamètre de cet orifice (40). 3. Chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the bores (42) are formed in an area of the wall extending over an axial distance at least equal to the diameter of the passage opening (40) of the head of the candle (40), this zone extending circumferentially on either side of the orifice and over a circumferential distance at least equal to twice the diameter of this orifice (40).

4. Chambre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les perçages (42) sont inclinés vers l'aval par rapport à la normale à la paroi de révolution (16) en direction axiale. 4. Chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the holes (42) are inclined downstream relative to the normal to the wall of revolution (16) in the axial direction.

5. Chambre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'inclinaison des perçages (42) est comprise entre 0° et 20°. 5. Chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inclination of the bores (42) is between 0 ° and 20 °.

6. Chambre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les perçages (42) ont un diamètre d'environ 0,5 à 0,6 millimètre et la zone de la paroi (16) comportant ces perçages (42) a une perméabilité d'environ 2 à 3%. 6. Chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the bores (42) have a diameter of about 0.5 to 0.6 millimeters and the area of the wall (16) having these bores (42) has a permeability of about 2 to 3%.

7. Chambre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de révolution (16) comprend des mutliperforations derefroidissement en amont des perçages (42) et en ce que les perçages (42) ont sensiblement les mêmes dimensions et la même répartition que les multiperforations. 7. Chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the wall of revolution (16) comprises mutliperforations cooler upstream of the holes (42) and in that the holes (42) have substantially the same dimensions and the same distribution as multiperforations.

8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur 5 d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 7. 8. Turbomachine, such as a jet engine or an airplane turboprop, characterized in that it comprises a combustion chamber according to one of claims 1 to 7.