Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Chambre de combustion annulaire pour turbomachine
DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne une chambre de combustion annulaire,
et plus particulièrement une chambre de combustion annulaire comportant
une première paroi annulaire et une deuxième paroi annulaire coaxiales
autour d'un axe, un fond de chambre reliant les première et deuxième
parois, et une pluralité d'injecteurs, la première paroi comportant des
premiers trous d'alimentation en air en aval des injecteurs. Une telle
chambre de combustion peut être une chambre de combustion de
turbomachine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Des chambres de combustion de ce type sont connues, par
exemple du document EP 0 569 300 qui décrit un dispositif de guillotines
permettant de modifier la position axiale d'un organe d'obturation de trous
primaires d'alimentation. Ainsi, la distance entre les passages
d'alimentation en air et le fond de chambre peut être pilotée au cours du
fonctionnement de la chambre de combustion, ce qui permet de réaliser
une chambre de combustion peu polluante.
Cependant, un tel système est complexe et ne permet pas de bien
maîtriser le champ de température en sortie de la chambre de
combustion. Or, ce champ de température est très important pour
s'assurer que les gaz brûlés qui sortent de la chambre de combustion
n'endommagent pas la turbine adjacente à ladite chambre. Il existe donc
un besoin pour un nouveau type de chambre de combustion.
PRÉSENTATION DE L'INVENTION
Ce but est atteint grâce au fait que pour au moins un premier
desdits injecteurs, au moins trois, de préférence au moins quatre, des
premiers trous ayant en commun le premier injecteur comme injecteur le
plus proche sont situés à égale distance du premier injecteur.
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Comme les au moins trois ou quatre premiers trous sont situés à
une même distance de l'injecteur qui leur est le plus proche, à savoir le
premier injecteur, lesdits premiers trous sont disposés sur un arc de cercle
centré sur le premier injecteur. L'arc de cercle est une courbe qui est
strictement convexe en vue radiale et, en l'occurrence, dont la concavité
est tournée vers le premier injecteur. En d'autres termes, la courbe définit,
en projection radiale, une surface strictement convexe, l'injecteur étant
situé dans ladite surface. On rappelle qu'une surface convexe est telle que
quels que soient deux points appartenant à la surface convexe, le
segment de droite reliant ces deux points appartient intégralement à ladite
surface convexe. De plus, une surface est strictement convexe si la courbe
qui la délimite ne contient aucune portion droite.
Ainsi, contrairement à l'approche habituelle qui consiste à
dimensionner la position des premiers trous par rapport au fond de
chambre et à les aligner, le présent exposé propose de dimensionner la
position des premiers trous par rapport à l'injecteur le plus proche desdits
trous. Il s'ensuit une meilleure maîtrise de l'écoulement et du champ de
température dans la chambre de combustion.
Le premier injecteur, et de préférence tous les injecteurs, peut être
placé sur le fond de chambre ou sur l'une des parois annulaires,
notamment sur la première paroi.
On appelle axe de la chambre de combustion, l'axe de symétrie (ou
quasi-symétrie) de celle-ci. La direction axiale correspond à la direction de
l'axe de la chambre de combustion et une direction radiale est une
direction perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion et coupant
cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la
chambre de combustion et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet
axe. Une circonférence s'entend comme un cercle appartenant à un plan
radial et dont le centre appartient à l'axe de la chambre de combustion.
Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à
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une circonférence ; elle est perpendiculaire à l'axe de la chambre de
combustion mais ne passe pas par l'axe.
Dans certains modes de réalisation, les premiers trous peuvent être
des trous primaires, c'est-à-dire des trous configurés pour introduire de
l'air frais, par exemple en provenance du compresseur, de façon à
délimiter par des turbulences, entre les injecteurs et lesdits trous, une
zone d'ancrage de la flamme pour assurer sa stabilité et une bonne
combustion. Cette zone est appelée zone primaire.
Dans certains modes de réalisation, les premiers trous peuvent être
des trous de dilution, c'est-à-dire des trous configurés pour introduire de
l'air frais, par exemple en provenance du compresseur, au coeur de la
chambre de combustion, à distance, en aval, de la flamme de l'injecteur.
Dans certains modes de réalisation, tous les premiers trous ayant
en commun un même injecteur le plus proche sont situés à égale distance
de cet injecteur. Ainsi, dans toute la chambre de combustion, les premiers
trous sont positionnés en fonction de leur distance par rapport à l'injecteur
le plus proche, ce qui permet de contrôler les zones de recirculation et par
conséquent le champ de température dans la chambre de combustion.
Dans certains modes de réalisation, la deuxième paroi comporte
des deuxièmes trous d'alimentation en air en aval des injecteurs. Les
deuxièmes trous peuvent être positionnés de manière similaire aux
premiers trous, ou de manière différente.
Dans certains modes de réalisation, les deuxièmes trous, de
préférence tous les deuxième trous, ayant en commun un même injecteur
le plus proche sont situés à égale distance de cet injecteur. Ainsi, la
position des deuxièmes trous peut également être contrôlée non pas par
rapport au fond de chambre, mais par rapport aux injecteurs qui leur sont
respectivement les plus proches. En outre, la position des deuxièmes trous
peut être contrôlée indépendamment de la position des premiers trous.
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Dans certains modes de réalisation, les premiers trous et les
deuxièmes trous ayant en commun un même injecteur le plus proche sont
situés à égale distance de cet injecteur. Cela permet d'avoir un champ de
température radialement homogène.
Dans certains modes de réalisation, tous les premiers et/ou
deuxièmes trous sont respectivement situés à une même distance de
l'injecteur qui leur est le plus proche. Grâce à ces dispositions, le champ
de température est à symétrie de révolution autour de l'axe de la chambre
de combustion. Il est donc plus stable et plus facile à contrôler.
Dans certains modes de réalisation, les premiers trous et/ou les
deuxièmes trous sont disposés selon des arcs de cercles centrés sur les
injecteurs respectivement les plus proches.
Dans certains modes de réalisation, la première paroi est une paroi
radialement externe et la deuxième paroi est une paroi radialement
interne. L'inverse est également possible.
Le présent exposé concerne également une turbomachine
comprenant une chambre de combustion annulaire telle que
précédemment décrite.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la
description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention
donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description se réfère aux
dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une section longitudinale d'un secteur d'une
chambre de combustion ;
- la figure 2 est une vue radiale d'une partie de la première paroi
selon un premier mode de réalisation, dans la direction II de la figure 1;
- la figure 3 représente schématiquement une section longitudinale
d'un secteur d'une chambre de combustion ;
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- la figure 4 est une vue radiale d'une partie de la première paroi
selon un deuxième mode de réalisation, dans la direction IV de la figure 3.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La figure 1 montre une section longitudinale d'un secteur d'une
5 chambre de combustion 10 d'une turbomachine aéronautique. La chambre
de combustion 10 est annulaire d'axe longitudinal X. Elle est délimitée par
une première paroi 12 sensiblement annulaire autour de l'axe X, ici une
paroi radialennent externe, par une deuxième paroi 13 sensiblement
annulaire autour de l'axe X, ici une paroi radialement interne, et par un
fond de chambre 14 qui relie une extrémité de la première paroi 12 et
l'extrémité en regard de la deuxième paroi 13 de façon à fermer
l'extrémité amont de la chambre de combustion 10. Le fond de chambre
14 est ici annulaire.
La chambre de combustion annulaire 10 comprend en outre
plusieurs injecteurs 16 de carburant qui injectent le carburant dans la
chambre de combustion 10. Les injecteurs 16 sont répartis autour de l'axe
longitudinal X. Dans le présent mode de réalisation, les injecteurs sont
disposés à travers le fond de chambre 14. Chaque injecteur 16 définit une
direction d'injection I.
L'air pénètre dans la chambre de combustion 10 par le fond de
chambre 14, par des premiers trous primaires 18, éventuellement des
premiers trous de dilution 20, et des trous de refroidissement (non
représentés), tous ces trous étant sur la première paroi 12, ainsi que par
des deuxièmes trous primaires 19, éventuellement des deuxièmes trous de
dilution 21 et des trous de refroidissement (non représentés), tous ces
trous étant sur la deuxième paroi 13. En d'autres termes, la première
paroi 12 comprend des premiers trous formés par les premiers trous
primaires 18 et éventuellement les premiers trous de dilution 20. La
deuxième paroi 13 comprend des deuxièmes trous formés par les
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deuxièmes trous primaires 19 et éventuellement les deuxièmes trous de
dilution 21.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2,
pour au moins un premier injecteur 16, au moins trois, de préférence au
moins quatre des premiers trous 18 ayant en commun le premier injecteur
16 comme injecteur le plus proche sont situés le long d'une courbe C
strictement convexe, en vue radiale, la concavité de la courbe C étant
tournée vers le premier injecteur 16. Ces premiers trous 18 peuvent être
des trous consécutifs, adjacents les uns aux autres, en particulier dans
une direction circonférentielle. Plus précisément, on a représenté ici six
premiers trous 18, qui sont dans cet exemple des premiers trous primaires
18, disposés le long de la courbe C strictement convexe. Dans cet
exemple, la courbe C est un arc de cercle, en l'occurrence centré sur le
premier injecteur 16 et typiquement sur le point d'injection A dudit
premier injecteur 16. Ainsi, les premiers trous 18 ayant en commun le
même injecteur le plus proche, à savoir le premier injecteur 16, sont
situés à égale distance D de cet injecteur.
Grâce à ces dispositions, la flamme 24 est stabilisée par la zone de
recirculation 26 et alimentée par le carburant en suspension 22.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 par rapport à
l'orientation du fond de chambre, la direction d'injection I est coplanaire
avec l'axe X de la chambre de combustion.
Les figures 3 et 4 sont des vues respectivement analogues à celles
des figures 1 et 2, dans un deuxième mode de réalisation. Sur ces figures,
les éléments correspondant ou identiques à ceux du premier mode de
réalisation recevront le même signe de référence, au chiffre des centaines
près, et ne seront pas décrits à nouveau.
Dans le deuxième mode de réalisation, les injecteurs 116 ne sont
pas disposés sur le fond de chambre 114. En l'occurrence, les injecteurs
116 sont disposés sur la première paroi 112. Les injecteurs 116 sont en
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outre en aval du fond de chambre 114. Par ailleurs, comme il ressort de la
figure 3 par rapport à l'orientation du fond de chambre, la direction
d'injection I est non-coplanaire avec l'axe X de la chambre de combustion.
Ainsi, la direction d'injection I possède une composante non-nulle dans la
direction circonférentielle autour de l'axe X. Par ailleurs, la direction
d'injection I possède une composante axiale en direction du fond de
chambre 114.
Dans une chambre de combustion selon le deuxième mode de
réalisation, on a représenté le flux d'air par des flèches. L'air provient
d'une sortie 130 d'un compresseur et entre dans la chambre de
combustion 110 par les injecteurs 116, les premiers trous primaires 118,
les deuxièmes trous primaires 119, les premiers trous de dilution 120 et
les deuxièmes trous de dilution 121. Les gaz de combustion sont évacués
vers l'entrée 132 d'une turbine.
Dans ce mode de réalisation, comme le montre la figure 4, pour au
moins un premier injecteur 116, au moins trois, de préférence au moins
quatre des premiers trous 118 ayant en commun le premier injecteur 116
comme injecteur le plus proche sont situés le long d'une courbe C
strictement convexe, en vue radiale, la concavité de la courbe C étant
tournée vers le premier injecteur 116. Plus précisément, on a représenté
ici six premiers trous 118, qui sont dans cet exemple des premiers trous
primaires 118, dont quatre sont disposés le long de la courbe C
strictement convexe. Les trois premiers trous 118 représentés dans le coin
inférieur droit de la figure 4 étant alignés, ils ne peuvent se trouver tous
les trois sur une même courbe strictement convexe.
Grâce à ces dispositions, la localisation des amenées d'air (ici les
premiers trous 118) est optimisée, les premiers trous étant positionnés en
cohérence avec les phénomènes physiques au sein de la chambre de
combustion 110. Ainsi, malgré l'orientation désaxée de l'injecteur 116, la
flamme 124 est stabilisée par la zone de recirculation 126 et alimentée par
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le carburant en suspension 122. La position des trous primaires 118 le
long d'une courbe strictement convexe et dont la concavité est tournée
vers le premier injecteur 116, telle que la courbe C sur la figure 4, permet
de stopper la zone de recirculation 126 et assure une meilleure
recirculation des gaz brûlés ainsi qu'une homogénéisation du champ de
température dans la chambre de combustion 110.
Bien que les modes de réalisation décrits aient été détaillés dans le
cas d'un seul injecteur 16, 116 et pour les premiers trous 18, 118 de la
première paroi 12, 112, des exemples similaires pourraient décrire la
répartition des deuxièmes trous sur la deuxième paroi. Comme indiqué
précédemment, les deuxièmes trous 19, 119 ayant en commun un même
injecteur 16, 116 le plus proche peuvent être situés à égale distance de
cet injecteur. Cette distance peut être différente de la distance D qui
sépare les premiers trous 18, 118 de l'injecteur 16, 116, ou bien égale
comme cela est représenté sur la figure 1. En outre, la distance entre les
premiers et/ou deuxièmes trous et leur injecteur le plus proche peut varier
d'un injecteur à l'autre, ou être identique pour tous les injecteurs. On
comprend également que la distance entre les premiers et/ou deuxièmes
trous et leur injecteur le plus proche peut varier en fonction du type de
trous, par exemple être différente pour les premiers trous primaires 18,
118 et les premiers trous de dilution 20, 120 qui ont pourtant le même
injecteur 16, 116 le plus proche.
Bien que l'agencement des premiers trous 18 selon le premier
mode de réalisation ait été décrit en référence à une chambre de
combustion du type de la figure 1 et que l'agencement des premiers trous
118 selon le deuxième mode de réalisation ait été décrit en référence à
une chambre de combustion du type de la figure 3, le premier mode de
réalisation pourrait s'appliquer à une chambre de combustion du type de
la figure 3 ayant des injecteurs situés sur l'une des parois annulaires, et le
deuxième mode de réalisation pourrait s'appliquer à une chambre de
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combustion du type de la figure 1 ayant des injecteurs situés sur le fond
de chambre.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des
exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être
apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention
telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques
individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés
peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par
conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un
sens illustratif plutôt que restrictif.
