FR3051844A1 - Chambre entre un embout d'entree et un obturateur, pour injecteur de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un corps d'entrée (3) pour injecteur (1) de fluide pourturbomachine. Le corps d'entrée (3) comprend une enveloppe (30) délimitée par une surface interne (31) et une vanne d'étanchéité (6) logée à l'intérieur de l'enveloppe (30). La vanne (6) comprend un obturateur (20) comprenant un conduit d'admission (27), un conduit interne (23) dans lequel débouche le conduit d'admission (27), et un siège (50) pour l'obturateur. Le siège (50) définit une ouverture (57) sur un chemin de fluide vers le conduit interne (23). Selon l'invention, la surface interne (31) comporte un évidement (70) qui délimite au moins partiellement une chambre (60) communicant avec l'ouverture (57) et avec le conduit d'admission (27).
Description
CHAMBRE ENTRE UN EMBOUT D'ENTREE ET UN OBTURATEUR, POUR INJECTEUR DE
TURBOMACHINE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les injecteurs de fluide pour turbomachine d'aéronef, telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Elle se rapporte notamment aux injecteurs de type aéromécanique.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Des corps d'entrée d'injecteur de carburant pour turbomachine de structure connue comprennent une enveloppe délimitée par une surface interne, une vanne d'étanchéité configurée pour s'ouvrir lorsque la pression de carburant dépasse un premier seuil, la vanne étant logée dans un alésage cylindrique à l'intérieur de l'enveloppe.
La vanne comprend un obturateur dans lequel est réalisé un conduit interne de circulation du carburant. Le corps d'entrée comprend un volume intermédiaire délimité par l'alésage, sur le chemin du carburant qui s'écoule depuis une ouverture à travers le siège de l'obturateur jusqu'au conduit interne.
Des contaminants présents dans le carburant et/ou de la glace sont susceptibles de colmater le corps d'entrée, en bloquant le déplacement de l'obturateur. Un colmatage du corps d'entrée important peut provoquer l'arrêt intempestif de l'alimentation en carburant de la chambre de combustion par l'injecteur.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes de colmatage du corps d'entrée d'injecteur rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet un corps d'entrée pour injecteur de fluide pour turbomachine.
Le corps d'entrée comprend une enveloppe comprenant une surface interne, et une vanne d'étanchéité configurée pour s'ouvrir lorsque la pression de carburant dépasse un premier seuil, la vanne étant logée à l'intérieur de l'enveloppe.
La vanne comprend un obturateur mobile par rapport à l'enveloppe entre une position ouverte et une position fermée, et un siège pour l'obturateur fixe par rapporta l'enveloppe. L'obturateur comprend un conduit interne et au moins un conduit d'admission débouchant dans le conduit interne.
Le siège définit une ouverture de passage de fluide vers le conduit interne, le conduit d'admission étant configuré pour relier fluidiquement le conduit interne à l'ouverture lorsque l'obturateur est en position ouverte. L'obturateur est configuré pour coopérer avec le siège de manière à bloquer le passage du fluide entre l'ouverture et le conduit interne en position fermée.
Selon l'invention, la surface interne comporte un évidement qui délimite au moins partiellement une chambre communicant avec l'ouverture et avec l'au moins un conduit d'admission, en position ouverte de l'obturateur.
Grâce à l'invention, les contaminants et/ou la glace présents dans le carburant sont retenus dans la chambre, au lieu de bloquer l'obturateur.
La chambre est sur le chemin du fluide qui s'écoule depuis l'ouverture jusqu'au conduit interne. En étant délimité par un évidement de la surface interne, elle présente un volume plus important que le volume intermédiaire des solutions connues, et elle limite le colmatage du corps d'entrée.
La chambre selon l'invention permet de limiter la fréquence de remplacement de l'injecteur, en limitant les risques de colmater l'injecteur. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.
Avantageusement, l'évidement comprend une rainure sensiblement annulaire autour d'un axe longitudinal du corps d'entrée.
Selon une particularité de réalisation, la surface interne délimite en aval de la chambre un espace sensiblement cylindrique de section circulaire, un rapport de diamètre de la chambre relativement à un diamètre de l'espace étant compris entre 1,15 et 1,25.
Selon une forme de réalisation avantageuse, la chambre est délimitée partiellement par l'obturateur, elle entoure au moins partiellement l'obturateur, au moins en position fermée de l'obturateur.
Selon une autre forme de réalisation avantageuse, l'au moins un conduit d'admission est incliné par rapport à l'axe longitudinal du corps d'entrée. L'invention porte également sur un injecteur de fluide, comprenant un corps d'entrée tel que défini ci-dessus. L'invention se rapporte aussi à une chambre de combustion pour turbomachine comprenant un injecteur tel que défini ci-dessus, l'injecteur étant configuré pour injecter du carburant à l'intérieur de la chambre de combustion.
En outre, l'invention concerne une turbomachine comprenant une chambre de combustion telle que définie ci-dessus et/ou un injecteur tel que défini ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique partielle d'un injecteur de carburant de turbomachine, selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique fonctionnelle de l'injecteur selon le premier mode de réalisation, dans une turbomachine ; la figure 3 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale d'un corps d'entrée de l'injecteurselon le premier mode de réalisation, lorsqu'un obturateur de l'injecteur est en position fermée ; la figure 4 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale d'un corps d'entrée de l'injecteurselon le premier mode de réalisation, lorsque l'obturateur est en position ouverte.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
La figure 1 représente un injecteur 1 de carburant pour turbomachine d'aéronef, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. L'injecteur 1 est alimenté en carburant depuis un réservoir 2 de turbomachine. À son extrémité aval, l'injecteur 1 traverse un fond de chambre de combustion 4, d'une manière connue de l'homme du métier.
Dans le présent document, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction d'écoulement du carburant dans l'injecteur 1 en direction de la chambre de combustion. L'injecteur 1 comprend un corps d'entrée 3, un corps central 5 dans lequel débouche le corps d'entrée 3, une platine de fixation 7 pour fixer l'injecteur 1 à une paroi de la chambre de combustion, une canne d'injection 9, et un nez d'injecteur 11 situé à proximité de l'extrémité distale de la canne d'injection 9. L'injecteur 1 comprend, d'amont en aval, une vanne d'étanchéité 6, un diaphragme 8, un dispositif de dosage 10. Le dispositif 10 comprend une première sortie de carburant 10a et une deuxième sortie de carburant 10b distincte de la première sortie 10a. La première sortie 10a alimente un circuit primaire de carburant 12, tandis que la seconde sortie 10b alimente un circuit secondaire de carburant 14, destiné à la circulation de plus gros débits en direction de la chambre de combustion.
Le circuit primaire 12 comporte une vrille primaire 16, de l'anglais « swirler », pour la mise en rotation du carburant en vue de sa pulvérisation. Le circuit secondaire 14 comporte une vrille secondaire 17.
La vanne d'étanchéité 6, le diaphragme 8, le dispositif de dosage 10, le circuit primaire 12 et le circuit secondaire 14 sont agencés à l'intérieur d'une enveloppe 13 délimitant l'injecteur 1.
En référence conjointe aux figures 3 et 4, le corps d'entrée 3 est sensiblement annulaire autour d'un axe longitudinal X-X.
Dans la suite de l'exposé, une direction parallèle à la direction de l'axe longitudinal X-X est appelée direction axiale, une direction orthogonale à la direction axiale est appelée direction radiale.
Le corps d'entrée 3 est délimité par une enveloppe 30 qui fait partie de l'enveloppe extérieure 13 de l'injecteur 1. L'enveloppe 30 comprend une surface interne 31 et une surface externe 32 opposée à la surface interne 31. La surface externe 32 est sensiblement cylindrique de section circulaire.
Le corps d'entrée 3 loge la vanne d'étanchéité 6 à l'intérieur de l'enveloppe 30. La vanne 6 comporte un obturateur 20, un ressort 28 et un embout d'entrée 50. L'obturateur 20 comprend un corps 21 et un conduit interne 23 à l'intérieur du corps 21, et des conduits d'admission 27 qui débouchent dans le conduit interne 23. L'obturateur 20 est mobile à l'intérieur de l'enveloppe 30. Il est configuré pour être ouvert lorsque la pression du carburant est supérieure à un premier seuil. Il est configuré pour être fermé si la pression du carburant est inférieure à ce premier seuil. L'obturateur 20 forme une soupape pour l'admission de carburant dans le corps central 5 de l'injecteur 1. Il est également connu sous le nom de « clapet d'entrée ». En particulier, l'obturateur 20 est de type « tout ou rien » : il comporte seulement une seule position stable en position ouverte et une seule position stable en position fermée.
Le corps 21 de l'obturateur 20 comprend une paroi annulaire 22, une paroi de fond 24, et un rebord de contact 26.
La paroi de fond 24 ferme l'obturateur 20 vers l'amont. Cette paroi de fond 24 est entourée par le rebord de contact 26 annulaire.
Le rebord de contact 26 est destiné à venir en contact d'un joint d'étanchéité 56 de l'embout d'entrée 50, en position fermée de l'obturateur 20.
La paroi annulaire 22 est sensiblement cylindrique de section circulaire. Elle délimite avec la surface interne 31 une cavité annulaire de logement 29 du ressort 28. Cette cavité 29 est délimitée selon la direction axiale par une première butée 29a formée par la paroi annulaire 22 et par une deuxième butée 29b formée par l'enveloppe 30.
Le ressort 28 est un ressort de compression qui est configuré pour solliciter l'obturateur 20 en direction de sa position fermée. Le ressort 28 est par exemple un ressort hélicoïdal.
Le conduit interne 23 est réalisé à l'intérieur du corps 21. Il est situé dans la partie centrale du corps 21. Il sert à faire passer du carburant à travers l'obturateur 20, en direction du nez d'injecteur 11.
Les conduits d'admission 27 sont répartis angulairement à travers le corps 21 de l'obturateur 20. Les conduits d'admission 27 sont chacun inclinés vers l'aval par rapporta la direction longitudinale pour faciliter l'écoulement de carburant en direction de la chambre de combustion.
Chaque conduit d'admission 27 prend la forme d'un canal qui s'étend entre un premier orifice 27a qui débouche sur une surface latérale extérieure 64 de l'obturateur 20 dans une chambre 60 et un deuxième orifice 27b qui débouche dans le conduit interne 23.
La chambre 60 sert à relier fluidiquement l'embout d'entrée 50 à l'obturateur 20, en position ouverte de l'obturateur 20. Elle sera décrite ci-après. L'embout d'entrée 50 comprend un corps annulaire 52 qui est traversé à ses deux extrémités opposées selon la direction axiale par une entrée 51 et une sortie 57. L'entrée 51 de l'embout d'entrée 50 débouche sur l'extérieur de l'injecteur 1. La sortie 57 de l'embout d'entrée 50 débouche dans la chambre 60. L'embout d'entrée 50 comporte un conduit central 53 qui s'étend depuis son entrée 51 jusqu'à sa sortie 57, le long de la direction longitudinale.
Le corps 52 comprend un rebord annulaire 54 à proximité de la sortie 57. Ce rebord 54 comprend une gorge 55 pour loger un joint d'étanchéité 56. Ce joint 56 est par exemple un joint torique.
Le joint 56 est destiné à venir en contact du rebord de contact 26 de l'obturateur 20 en position fermée de l'obturateur 20, pour empêcher l'écoulement de carburant entre la sortie 57 et le conduit interne 23. L'embout d'entrée 50 joue de ce fait le rôle de siège de l'obturateur 20, en position fermée de l'obturateur 20.
En référence à la figure 3, l'obturateur 20 est logé dans un espace de logement 33 délimité par la surface interne 31 de l'enveloppe 30, et l'embout d'entrée 50 est situé dans un espace de logement 35 délimité par la surface interne 31. L'espace de logement 33 de l'obturateur a la forme d'un alésage cylindrique de section circulaire et de rayon di. Le rayon di correspond à la distance entre l'axe longitudinal X-X du corps d'entrée 3 et la surface interne 31. L'espace de logement 35 de l'embout d'entrée 50 a la forme d'un alésage cylindrique de section circulaire, de rayon sensiblement identique à celui de l'espace de logement 33 de l'obturateur.
La chambre 60 est située entre l'espace de logement 35 de l'embout d'entrée et l'espace de logement de l'obturateur 33, selon la direction longitudinale. En particulier, la chambre 60 est située en grande partie, sinon totalement, entre la sortie 57 de l'embout d'entrée 50 et les conduits d'admission 27, en position ouverte de l'obturateur 20.
La surface interne 31 délimite la chambre 60 radialement vers l'extérieur. La surface interne 31 comprend une rainure annulaire 70 au niveau de la chambre 60. L'évidement laissé par la rainure 70 sert à accroître le volume de la chambre 60.
La rainure 70 comprend une première paroi latérale 74 et une deuxième paroi latérale 76 opposée à la première paroi latérale 74 et sensiblement parallèle à la première paroi latérale 74. La première paroi latérale 74 délimite sensiblement l'amont de la chambre 60, tandis que la deuxième paroi latérale 76 délimite sensiblement l'aval de la chambre 60. La première paroi latérale 74 s'étend sensiblement radialement.
La rainure 70 est délimitée radialement vers l'extérieur par une paroi longitudinale 12 qui relie les deux parois latérales 74, 76 selon la direction longitudinale. La paroi longitudinale 72 s'étend sensiblement selon la direction longitudinale.
La rainure 70 prend la forme d'un alésage sensiblement cylindrique de section circulaire centré sur l'axe longitudinal X-X, et de rayon d2. Le rayon d2 correspond à la distance entre l'axe longitudinal X-X du corps d'entrée 50 et la surface interne 31.
La rainure 70 est par exemple réalisée par usinage de la surface interne 31 de l'enveloppe 30.
Le rapport entre le rayon d2 de la chambre sur le rayon di de l'espace de logement 33 de l'obturateur est compris entre 1,15 et 1,25.
La chambre 60 est délimitée radialement vers l'intérieur par la surface latérale extérieure 64 de l'obturateur 20, en position fermée de l'obturateur. Elle est délimitée seulement partiellement radialement vers l'intérieur par l'obturateur 20 en position ouverte de l'obturateur 20.
Le déplacement de l'obturateur 20 est maintenant expliqué ci-dessous en référence aux figures 3 et 4. A la figure 3, l'obturateur 20 est en position fermée. La pression du carburant sur la paroi de fond 24 de l'obturateur est inférieure au seuil d'ouverture de l'obturateur 20, dit premier seuil.
Le rebord de contact 26 de l'obturateur 20 est en contact mécanique du joint d'étanchéité 56. La chambre 60 est intégralement fermée radialement vers l'intérieur par la paroi annulaire 22 de l'obturateur 20. L'obturateur 20 empêche le carburant arrivant selon le flux Fi dans l'injecteur 1 de s'écouler jusqu'à la chambre 60. A la figure 4, l'obturateur 20 est en position ouverte. La pression du carburant sur la paroi de fond 24 de l'obturateur est supérieure au premier seuil.
Le rebord de contact 26 est à distance de l'embout d'entrée 50, en étant dépourvu de contact mécanique direct avec le joint d'étanchéité 56. La chambre 60 est seulement partiellement obturée radialement vers l'intérieur par la paroi annulaire 22.
Le carburant qui arrive selon le flux Fi dans l'injecteur 1 traverse le conduit central 53, il s'écoule à travers la sortie 57 de l'embout d'entrée 50 jusque dans la chambre 60 selon le flux F2.
Le carburant dans la chambre 60 continue de s'écouler vers l'aval à travers les conduits d'admission 27 jusque dans le conduit interne 23 selon le flux F3. Le carburant dans le conduit interne 23 s'écoule enfin vers l'aval selon le flux F4 en direction du dispositif de dosage 10 de l'injecteur 1.
La chambre 60 présente un volume important du fait de l'évidement en forme de rainure 70 réalisée dans la surface interne 31. Les contaminants présents dans le carburant, tels que des résidus métalliques ou bien la glace présente dans le carburant sont retenus dans la chambre 60, ce qui limite les risques de colmatage des conduits d'admission 27.
En particulier, la glace qui serait présente dans le carburant tend davantage à fondre dans la chambre 60 sous l'effet de la pression de l'écoulement de carburant à travers la chambre 60.
La chambre 60 permet ainsi de limiter la fréquence de remplacement de l'injecteur 1 au sein de la turbomachine, tout en étant simple à réaliser, par exemple par usinage de la surface interne 31 de l'enveloppe 30.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Corps d'entrée (3) pour injecteur (1) de fluide pour turbomachine, comprenant : une enveloppe (30) comprenant une surface interne (31), une vanne d'étanchéité (6) configurée pour s'ouvrir lorsque la pression de carburant dépasse un premier seuil, la vanne (6) étant logée à l'intérieur de l'enveloppe (30) et comprenant : un obturateur (20) mobile par rapport à l'enveloppe (30) entre une position ouverte et une position fermée, l'obturateur (20) comprenant un conduit interne (23) et au moins un conduit d'admission (27) débouchant dans le conduit interne (23), et un siège (50) pour l'obturateur, fixe par rapport à l'enveloppe (30), le siège (50) définissant une ouverture (57) de passage de fluide vers le conduit interne (23), le conduit d'admission (27) étant configuré pour relier fluidiquement le conduit interne (23) à l'ouverture (57) lorsque l'obturateur (20) est en position ouverte, l'obturateur (20) étant configuré pour coopérer avec le siège (50) de manière à bloquer le passage du fluide entre l'ouverture (57) et le conduit interne (23) en position fermée, caractérisé en ce que la surface interne (31) comporte un évidement (70) qui délimite au moins partiellement une chambre (60) communicant avec l'ouverture (57) et avec l'au moins un conduit d'admission (27) en position ouverte de l'obturateur (20).
- 2. Corps d'entrée (3) selon la revendication précédente, dans lequel l'évidement comprend une rainure (70) sensiblement annulaire autour d'un axe longitudinal (X-X) du corps d'entrée (3).
- 3. Corps d'entrée (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface interne (31) délimite en aval de la chambre (60) un espace (33) sensiblement cylindrique de section circulaire, un rapport de diamètre de la chambre (d2) relativement à un diamètre de l'espace (di) étant compris entre 1,15 et 1,25.
- 4. Corps d'entrée (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chambre (60) est délimitée partiellement par l'obturateur (20), en entourant au moins partiellement l'obturateur (20), au moins en position fermée de l'obturateur (20).
- 5. Corps d'entrée (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins un conduit d'admission (27) est incliné par rapport à l'axe longitudinal (X-X) du corps d'entrée (3).
- 6. Injecteur (1) de fluide, comprenant un corps d'entrée (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 7. Chambre de combustion pour turbomachine comprenant un injecteur (1) selon la revendication précédente, l'injecteur (1) étant configuré pour injecter du carburant à l'intérieur de la chambre de combustion.
- 8. Turbomachine comprenant une chambre de combustion selon la revendication précédente et/ou un injecteur (1) selon la revendication 6.
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