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CHALUMEAU A COMBUSTIBLE LIQUIDE
La présente invention concerne les chalumeaux du genre dans lequel on brûle un mélange d'un combustible et d'oxygène avec production de températures élevées. D'une manière plus spécifique, l'invention intéresse un chalumeau dans lequel on utilise un combustible liquide tel que l'essence, le liquide étant vaporisé dans le chalumeau, et un mélange dtessenoe vaporisée et d'oxygène étant produit et
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brûlé dans le bec habituel.
Le chalumeau selon l*invention est/disposé pour le découpage, et une forme de réttlisation de l'invention prévue pour cet emploi va être représentée et décrite bien qu'il soit bien entendu que le principe de l'invention peut être utilisé de la même façon pour le soudage et les autres opérations de chauffage.
Bien que l'on ait auparavant essayé de réaliser des chalumeaux utilisant comme combustible un liquide vaporisé, ces chalumeaux n'ont pas, en pratique, donné satisfaction. Leur insuccès peut tenir à différentes causes:, mais la raison principale réside indubitablement dans le fait que la vaporisation du liquide et le mélange des vapeurs avec l'oxygène ne se fait pas convenablement .
En outre, on s'est efforcé, dans une certaine mesure, de chauffer préalablement dans ces chalumeaux l'oxygène avant son mé-
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lange avec les vapeurs mais on nta pas obtenu ce résu3.t<Lt qui est de première importance pour le succès des opérations.
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Le chalumeau suivant 1 tïnvent;
1on a'été établi pour éliminer les inconvénients présentés par les chalumeaux du même type construits antérieurement {dans ce chalumeau! ,le '
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combustible liquide est soumis . une. temp4rature élevée de vaporisation et est dirigé dans la zone où règne la chaleur de vaporisation dans des conditions telles que la vaporisation est pratiquement complète si bien qu'il ne pénètre pas de combustible, sous forme liquide, dans la chambre où se fait le mélange de ce combustible avec l'oxygène. L'oxygène
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est de même amené dans la chambre de mélange de telle ma- nière qu'il prend une quantité importante de chaleur dans
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la zone de vaporisation de sorte que, loraquil'se mélange ' il '1:
aux vapeurs, il se produit un mélange combustible.ahaute .'" ,,:1:, J j. >:ft. Jt ,,>'i température qui est amené de suite au bec dn-chalumeau pour
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être brûlé. Le mélange des vapeurs et de 1pxygène se fait dans une chambre de-détente ménagée'dans la tête dans laquelle
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se produisent des tourbillons si bien que l'on obtient un mélange parfait du gaz et des vapeurs.
Dautres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va en être faite avec référence au dessin annexé qui représente schématiquement et à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention.
Sur ce dessins
La fig.l est une coupe longitudinale dtun chalu- meau-coupeur suivant l'invention.
La fig.2 est une vue en élévation latérale représentant le chalumeau avec parties en arrachement.
Les fig. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10, sont des vues en coupe suivant les lignes 3-3, 4-4, 5-5, 6-6, 7-7,8-8, 9-9 et 10-10 de la fig.l .
La fig.ll est une vue en coupe d'une vanne de commande suivant la ligne II-II de la fig.8 .
La fig.12 est une vue analogue à la fig.3 et représente une variante.
La fig.13 est une vue analogue représentant une seconde variante.
Les fig.14, 15 et 16 sont des vues en coupe, à plus grande échelle, du bec réchauffeur.
On constatera sur ce dessin que le chalumeau est constitué par une poignée 20 comportant, à son extrémité arrière, un bloc 21, et à son extrémité avant un second bloc 22 , une enveloppe métallique 23 étant disposée entre ces blocs. On a pratiqué dans le bloc 21 des passages 24 et 25 dont les parois intérieures, à l'extrémité extérieure de ce bloc 21, sont filetées.
Un raccord 26. vissé dans l'extrémité filetée du passage 24, peut être raccordé à une canalisation allant . une source convenable d'oxygène, tandis que l'on a vissé dans l'extrémité du passage 25 une vanne 27 commandant l'arrivée d'un combustible liquide, tel que
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l'essence, provenant d'un récipient approprié maintenu sous pression. Un filtre 28 est monté dans l'orifice à l'extrémité du passage 25 et est maintenu en place par la vanne 27 .
Un.tube 29 allant du bloc 21 au bloc 22 communique avec le passage 24. Un passage transversal 30, pratiqué dans le bloc 21 et communiquant avec le passage 24, va à un tube 31. L'écoulement par le passage transversal est commandé par une vanne à pointeau 32 dont la tige est vissée dans un manchon 33 monté dans le bloc 21. La garniture 33' entourant la tige de la vanne et maintenue en place par un écrou approprié, rend cette vanne hermétique ..
Le tube 31, assujetti au bloc 21, traverse une ouverture appropriée pratiquée dans le bloc 22, et porte à son extrémité supérieure, un manchon 34 maintenu en place par soudure ou autrement et pourvu d'un joint hermétique.
Un tube 35 pénètre dans ce manchon et traverse un presse- étoupe 3,6 vissé dans le manchon, la garniture 37 maintenue par l'écrou 36 formant autour du tube un joint hermétique.
Le tube 35 porte un collier 38 vissé dans un bloc 39,le tout disposé de façon telle que, en tournant le collier 38, on puisse faire déplacer en bout le tuyau 35, le presse- étoupe 34-36-37 permettant ce déplacement tout en empêchant les fuites de'gaz. L'oxygène s'écoulant .par le pas-. sage 24, pénètre dans le tube 31 par le passage latéral 30 commandé par la vanne à pointeau 32, et s'écoule par ce tube 31 dans le tube 35. L'oxygène s'écoulant par le passage 24 pénètre également dans le tube 29 allant au bloc 22.
Ce bloc 22 est pourvu d'un passage .transversal 40 communiquant avec le tube. 29 et allant à, une chambre 41 ménagée dans le bloc dans lequel est montée une soupape 42. Cette soupape est appuyée contre un siège, ménagé à
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une extrémité de la chambre, par un ressort 43 maintenu en plaee par un écrou 44, la soupape étant pourvue d'une tige 45 traversant un passage 46 pratiqué dans le bloc 22 et sortant à travers la paroi du bloc, un écrou 47 et une garniture 48 empêchant les fuites de gaz autour delà tige.
Le passage 46 communique, par l'intermédiaire d'un passage transversal 49, avec un tube 50. La soupape 45 est manoeu- vrépar un levier 51 actionné au doigt et articulé sur un axe 52 monté dans une partie du bloc 22; en appuyant sur ce levier, la soupape quitte son siège et permet l'écoule- ment de se faire du tube 29 au tube 50. Le tube 50 traver- sant le bloc 39 et un bloc analogue 53 , va à la tête de brûleur 54 où l'extrémité du tube 50 communique avec un passage 55 pratiqué dans cette tête.
Le combustible liquide s'écoulant par la vanne 27 traverse le passage 25 et pénètre dans le tube 56 ren- fermé dans un tube 56' de plus grand diamètre servant de ' renfort au tube plus petit. Ce tube 56' porte, à chaque extrémité, une plaque de fermeture et le tube 56 est soudé en place entre ces plaques dans lesquelles on a pratiqué des trous correspondants aux orifices de ce tube 56. Les tubes partent du bloc 21, traversent les blocs 22 et 39 pour arriver au bloc 53 où le tube 56 communiqueavec le passage 57. Un tube 58, monté dans le bloc 53, va de ce bloc à la tête de brûleur 54 où l'extrémité du tube est montée sur un bossage 59.
Un tube intérieur 60 est monté à l'intérieur du tube 58, et sa surface porte une rainure hélicoïdale 61 communiquant à sa partie inférieure avec le passage 57 du bloc 53 de telle façon que le combustible liquide s'écoulant par le tube 56 traverse le passage 57 et arrive dans le passage hélicoïdal constitué par la rainure 61 et la paroi intérieure du tube 58. La rainure hélicoïdale 61 est taillée dans la paroi du tube intérieur
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60 de façon à réserver des espaces importants 62 entre les spires voisines, ces espaces appuyant sur la paroi inté- rieuredu tube 58.
A l'extrémité supérieure du tube intérieur
60, la rainure hélicoïdale débouche dans un conduit cir- conférentiel 63, et des ouvertures 64 percées à travers le fond du conduit débouchent dans l'intérieur du tube 60
Le tube à oxygène 35 est prolongé dans le tube intérieur 60 et s'ajuste grossièrement dans la paroi intérieure de ce tube, bien qu'il puisse coulisser longitudinalement sous l'action du collier de réglage 38. L'extrémité libre du tube à oxygène est diminuée en cône, comme représenté en 65, pour former un orifice de petites dimensions et cette extrémité conique pénètre dans une chambre 66 ménagée dans le bossage 59.
La paroi d'extrémité de cette chambre 66 est conformée de façon que lextrémité du tube à oxygène puisse venir appuyer contre elle, et l'extrémité de ce tube et son siège dans la chambre, forment ensemble des moyens de réglage de l'arrivée du combustible à la tête de brûleur, du fait que ce combustible est obligé de traverser la chambre 66 entre l'extrémité conique du tube et la paroi de cette chambre pour arriver à la tête de brûleur par le passage 67. L'oxygène sortant de l'extrémité en forme d'ajutage du tube 35 s'écoule également dans le passage 67 pour arriver à la tête de brûleur, la forme des organes étant prévue de façon que l'écoulement de l'oxygène dans le passage 67 entraîne avec lui le combusti- ble pénétrant dans la chambre par les ouvertures 64 du tube intérieur 60.
La tête de brûleur 54 est pourvue d'une chambre de détente 68 dans laquelle débouche le passage 67, et un tube 69 est vissé dans la paroi arrière de la chambre de détente, le passage ménagé dans le milieu du tube communi-
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quant avec le passage 55 servant pour l'oxygène utilisé au cours du découpage, Le tube 69 sort à travers un bossage fileté 70 à une extrémité de la tête de brûleur et sur ce bossage est monté un bec 71 ,l'extrémité du tube 69 étant pourvue de canaux, comme représenté en 72 (fig.5).
Ces canaux coopèrent avec la surface intérieure du bec 71 pour former un certain nombre d'orifices de sortie du mélange combustible. Le tube 69 est pourvu d'un carré 73 disposé à l'extérieur de la chambre du brûleur, ce carré permettant au moyen d'un outil de visser et de dévisser le tube dans la cavité de la tête de brûleur lorsque le bec 71 est enlevé. Le tube 69 est disposé dans la tête directement en avant du passage 67 et forme , avec la paroi intérieure de la tête de brûleur, une chambre annulaire de mélange 68
Un passage 74 conduit de la chambre de mélange 68 à un bossage 75 dans lequel est vissé un petit bec 76 recevant du mélange combustible provenant de la chambre de mélange 68. Ce bec est placé de telle façon qua la flamme qui en sort vient frapper la paroi extérieure du tube 58.
Lorsque le chalumeau est en fonctionnement , l'oxy- gène s'écoule par le passage 24 et de là, par le passage transversal 30 et la vanne à pointeau 32 va au tube 31, passant de ce tube au tube 35. Un combustible liquide, tel que l'essence, est admis par la vanne 27 et s'écoule par le tube 56, et de là par le passage hélicoïdal formé par la rainure hélicoïdale 61 et la paroi interne du tube 58.
Du fait du passage hélicoïdal, le courant de combustible liquide se trouve gêné dans une certaine mesure et, comme le combustible fait un grand nombre de tours dans ce passage hélicoïdal, il est ramené un grand nombre de fois
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devant la flamme sortant du bec 76. Cette flamme étant pro- duite par la combustion de vapeur d'essence et dtoxygène est, en conséquence, à une température élevée, et le passage répété du liquide dans la partie la plus chaude de la zone de vaporisation fait que tout le liquide se trouve vaporisé.
Les vapeurs continuent par le passage hélicoïdal pour arriver au conduit circonférentiel 63 et de là, 'par les ouver- tures 64, dans la chambre 66 du bossage 59. L'oxygène arri- vant par le tube 35 sort par 1'extrémité'en ajûtage 65, traverse la chambre 66 et pénètre dans le passage 67 où il, se produit un mélange d'oxygène et de vapeurs d'essence.
Ce mélange pénètre alors dans la chambre annulaire 68 de la tête de brûleur où se fait la détente d'où il résulte un mélange intime des vapeurs et de l'oxygène.
Ce mélange s'écoule de la tête de brûleur et pénètre dans le bec en sortant par les canaux 72 pour être brûlé de la façon ordinaire. L'oxygène servant au décou- page traverse le tube 29 et de là passe dans le tube 50 son réglage se faisant par le vanne 42. L'oxygène pénètre dans.le passage 55 ménagé dans la tête et s'écoule par le tube 69 pour sortir par l'ouverture 77 du bec.
Qn constatera que, dans ce chalumeau, la vapori- sation complète du combustible liquide est assurée par suite de l'utilisation du passage hélicoïdal qui fait que tout le liquide est exposé un certain nombre de fois à la partie la plus chaude de la flamme de vaporisation pendant qu'il s'écoule vers la tête de brûleur. L'utilisation d'un pas- sage de ce genre empêche que le liquide ne s'écoule directe- ment au-delà de la flamme de vaporisation, principalement lorsque l'on fait fonctionner le chalumeau dans une position telle que la tête de brûleur se trouve plus bas que .la poi- gnée.
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Dans un grand nombre de chalumeaux utilisés jusqu'ici, et dont la disposition est bien connue, le liqui- de est amené à la tête de brûleur par un passage annulaire droit, qui est ménagé entre un tube extérieur et un tube intérieur par lequel arrive l'oxygène. On place fréquemment de l'amiante, ou une substance analogue, dans ce passage.
La présence de l'amiante est fortement criticable pour la raison que l'amiante se tasse rapidement et, en outre, il est probable qu'il se produit de la carbonisation dans les pores. D'autre part, comme la flamme de chauffage ou de vaporisation ne frappe qu'un seul côté du tube, seule la partie du liquide s'écoulant le long de la surface où la flamme vient frapper, se trouve fortement chauffée. Le liquide qui s'écoule le long d'une partie du passage ne se trouvant pas en contact avec la flamme de chauffage, n'est pas chauffé au même degré de température, et il en résulte que le liquide peut ne pas être complètement vaporisé au moment où il pénètre dans la tête de brûleur.
Dans le chalumeau suivant l'invention, le tube intérieur 60 est en contact direct avec la paroi intérieure du tube extérieur 58, et la chaleur fournie par la flamme de chauffage est prise par le tube intérieur et retourne, par le métal, au tube 35 s'ajustant grossièrement à l'intérieur du tube 58, La chàleur est ainsi conduite, depuis la flamme jusqu'à l'oxygène, et suivant un circuit métallique, et la température de l'oxygène s'écoulant par le tube 35 est portée à un degré élevé. On n'est pas parvenu, dans les chalumeaux bien connus utilisés jusqu'ici, à réchauffer convenablement l'oxygène du fait qu'il n'existe pas de circuit métallique que peut suivre la chaleur produite par la flamme de chauffage pour parvenir à l'oxygène.
Au contraire, dans les chalumeaux où le liquide s'écoule à travers un passage annulaire entourant le tube à oxygène, toute
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la chaleur transmise à l'oxygène doit être amenée par le liquide lui-même ou par ses vapeurs. La présente de l'amiante dans les passages annulaires des chalumeaux utilisés jusqu'ici , ne peut servir à transmettre la chaleur en raison de la faible conductibilité thermique de l'amiante.
En conséquence, l'oxygène n'est pas, dans ces chalumeaux, porté à une température élevée du fait qu'il est effectivement protégé de la flamme de chauffage soit par le combustible liquide, soit par l'amiante à travers lequel circule ce combustible.
Au lieu de faire passer le combustible liquide dans la zone de vaporisation en lui faisant suivre un passage hélicoïdal, on peut utiliser dtautrea dispositifs tels que, par exemple, celui représenté sur la fig.12. Dans la disposition représentée sur cette figure, .Il tube 58 entoure un tube 78 dans la paroi extérieure duquel est pratiqué un conduit 79 allant depuis le bloc 53 jusqu'auprès du conduit circonférentiel 63 à l'extrémité avant du tube 78.
Le passage 79 revient alors sur lui-même pour ramener le combustible vers l'arrière par le conduit 80 qui communique avec un autre conduit 81 conduisant le liquide vers l'avant à la rainuré circonférentiel.le 63 d'où il passe, par les orifices 64, dans la chambre 66. Le tube 78 est disposé de façon que les conduits 79, 80 et 81 traversent directement la zone où la flamme provenant du bec 76 frappe la surface extérieure du tube 58. Les parois des passages formés par la surface intérieure du tube 58 et les conduits ménagés dans le tube 78 forment une plaque chaude sur laquelle mle cobustible liquida s'écoule pour se vaporiser rapidement.
Dans la disposition représentée sur la fig.12, la chaleur est transmise, de la. flamme de chauffage, à l'oxygène par le tube 58, le tube .78 et le tube à oxygène 35, la transmission de -la .chaleur se faisant
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ainsi par un circuit métallique.
Au lieu d'un tube intérieur tels que ceux dési- gnés par 60 et 78,on peut utiliser un tube enroulé tel que celui représenté sur la fig.13. Ce tube enroulé est monté, à une extrémité, dans le bloc 53, et à l'autre extrémité, dans un brossage 82 de la tête de brûleur 54. Un passage 83 ménagé dans ce bossage conduit à un passage cir- oonférentiel 84 dans lequel sont ménagés des orifices 85 allant à une chambre 66 Les spires du tube 81 sont en contact étroit avec la paroi extérieure du tube 35 et également en contact avec la paroi intérieure(du tube 58 si bien que, dans cette disposition également, la chaleur de la flamme de chauffage est transmise, de la flamme à l'oxygène, par du, métal.
Le chalumeau est de préférence en laiton, l'assemblage des pièces étant fait par brasage, ou analogue. Le tube 56 par exemple est brasé, à une extrémité dans le bloc 21 et à l'autre extrémité ,dans le bloc 53. Le tube 50 est, de la même manière, brasé à une extrémité dans la tête de brûleur 54, et à l'autre extrémité, dans le bloc 22. Ce genre de construction est utilisé dans le chalumeau partout où il convient. On utilise également des presse-étoupe partout où il est nécessaire de le faire, par exemple, un presse-étoupe 86 est vissé dans un orifice approprié ménagé dans l'extrémité du tube intérieur 60 et serre une garniture 87 qui empêche les fuites en retour entre le tube 35 et le tube 66.
Parmi les particularités importantes du chalumeau suivant l'invention, il y a lieu de remarquer les différents dispositifs de commande. On constatera que le courant d'oxygène allant à la flamme de découpage est commandé par la vanne 42, et l'arrivée de l'oxygène utilisé à la combustion est commandée,par une vanne à pointeau 32, cette vanne à
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pointeau permettant de régler avec précision l'arrivée de l'oxygène pour les besoins du chauffage. L*arrivée du combustible brûlé dans ce chalumeau est réglée ,tant sous forme de liquide que sous forme de vapeur. Le combustible sous forme de liquide, traverse la vanne 27 avant de pénétrer dans le chalumeau, et on peut régler cette vanne afin d'obtenir un premier réglage .
Le réglage promis de l'arrivée du combustible est obtenu au moyen de la vanne formée par l'extrémité conique du tube à oxygène 35 et son siège ménagé dans la chambre 66. Cette vanne règle le combustible sous forme de vapeur et, en déplagant le tube 35 en bout au moyen du collier de commande 38,on obtient un réglage précis. Le tube à oxygène 35'se déplace au moyen d'un dispositif de réglage disposé à l'extérieur du passage des vapeurs de combustible, et ces vapeurs qui pénètrent dans la chambre 66 s'écoulent dans le passage 67 autour de l'extérieur de l'extrémité en ajutage du tube 35 sans autre, obstacle que celui formé par les parties constituant la vanne.
Il est emportant qu'il n'y ait pas de montage à vis sur le tube à oxygène près de la tête . de brûleur pour la raison que, à ce pointa les pièces sont. soumises à une température élevée et on a constaté par la pratique que, lorsqu'il existe à cet endroit un montage vissé, comme dans certains chalumeaux utilisés précédemment , les filets se brûlent et le fonctionnement du chalumeau se trouve grandement gêné.
On constatera que,, dans le chalumeau suivant l'invention, on évite l'écoulement rapide du combustible dans la zone de vaporisation, ce qui peut provoquer l'arrivée de combustible non vaporisé dans le brûleur, et que tout le liquide arrive en dessous de la flamme de vaporisation dans des conditions telles que l'on obtient'une vaporisation parfaite. Dans les chalumeaux où le liquide traverse
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de l'amiante placé dans la zone de vaporisation) on a pour résultats non seulement une vaporisation imparfaite, mais encore une obstruction variable à l'écoulement du combustible causée par les différents états de l'amiante, provoquant des variations de pression du mélange combustible.
Du fait qu'il n'arrive au bec réchauffeur ou de vaporisation qutune partie du mélange combustiblee des variations de pression peuvent provoquer l'extinction de la flamme du bec et, chaque fois que le fait se produit, on doit suspendre l'opération et rallumer la flamme de chauffage. Dans le chalumeau suivant l'invention ,on a éliminé les variations de pression dans le brûleur si bien que la flamme de chauffage continue à brûler de façon pratiquement indéfinie sauf dans le cas d'extinction par courants d'air, ou analogues.
Dans le but dtéviter cet inconvénient, on monte un allumeur formé par un cordon d'amiante 88 ou analogue, dans une pince appropriée 89, sur le tube 58 près du brûleur , la pince se trouvant en dehors de la zone de la température de vaporisation. Ce 'cordon est disposé sous le bec de façon qu'il soit maintenu à une température élevée par la flamme de chauffage si bien que, si cette flamme vient à s'éteindre, le cordon la fait ommédiatement se rallumer.
Etant donné que le bon fonctionnement du chalumeau dépend de la vaporisation convenable du combustible liquide et que la flamme de chauffage doit brûler de façon continue à un degré convenable pendant tout le temps où le chalumeau est utilisé, il est très important que l'on établisse le bec de réchauffage 76 de façon que la flamme ait la grandeur voulue et soit protégée du vent. Dans le chalumeau suivant l'invention, on a établi le bec de façon à remplir ces conditions. Ce bec peut être de formes variées et les fig.
14, 15 et 16 en représentent trois. Comme on le voit, ce bec comporte un emmanchement 90 pourvu de filets 91 permettant
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de monter le bec dans l'ouverture pratiquée dans le bossage 75, et d'un épaulement 92 avec côtés plats permettant, au moyen d'un outil, de mettre le bec en prise' pour l'intro- duire ou le sortir.
Dans le bec représenté sur la fig.14, l'emmanchement est foré afin de ménager un passage 93 sur la longueur de cet emmanchement . Ce passage aboutit près dé 1+extrémité arrière où se trouve une ouverture 94 de petit diamètre. Le passage 93 se prolonge jusqu'à un point placé au-delà de l'épaulement 92 et,à l'intérieur de l'extrémité 95 du bec, le passage augmente de diamètre, comme représenté en 96.
La partie 96 se prolonge dans une partie de l'extrémité 95 et aboutit à une autre partie 97 de diamètre encore plus grand. Grâce à cette disposition, le mélange combustible* arrivant par le passage 74 pénètre dans le bec par l'orifice 94 de petit diamètre à travers lequel le gaz passe à une pression considérable. Le gaz se détend dans le passage 93 à l'extrémité duquel s'allume la flamme.
Les gaz enflammés se détendent alors dans les parties 96 et 97 et la longueur de ces parties est établie de façon que, en fonctionnement normal, le cône de la flamme ne fasse pas saillie au-delà de l'extrémité du bec, tandis que les gaz enflammée de l'enveloppe remplissent les parties de l'extrémité creuse du bec qui ne sont pas remplies par le cône, l'enveloppe faisant saillie au-delà de l'extrémité du bec afin de frap- per contre la surface du tube 58.
La fig.15 représente une légère variante dans laquelle l'emmanchement 90 est pourvu d'un passage 98 sur toute sa longueur , ce passage communiquant avec l'extrémité ouverte 99 du bec par un passage 100 de petit diamètre.
Cette extrémité ouverte 99 a son diamètre agrandi en. trois étages désignés par 101, 102 et 103 respectivement. Par suite
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de cette disposition, le cône de la flamme semble commen- cer au point où l'étage 101 se raccorde à l'étage 102, le cône se trouvant enfermé complètement à l'intérieur de la chambre à l'extrémité du bec, de façon à être protégé par les parois du bec.
Sur la fig.169 l'emmanchement 90 est pourvu à son extrémité arrière d'un orifice 94 de petit diamètre et, partant de cet orifice, commence un passage 104 de diamètre légèrement plus grand. Ce passage débouche dans une chambre 105 dont la surface transversale augmente progressivement au fur et à mesure que l'on approche de l'extrémité du bec.
Cette disposition est tout à fait analogue à celle représentée sur la fig.15 sauf que le diamètre de la chambre augmente progressivement au lieu d'augmenter par étages.
Dans tous les becs représentés, le gaz s'écoulant de la tête de brûleur traverse un orifice de petit diamètre au-delà duquel le gaz peut se détendre . Dans chaque bec, le cône de la flamme de chauffage est protégé dans une grande mesure, ce cône faisant saillie légèrement seulement en dehors de l'extrémité du bec, ou ne faisant pas saillie du tout, tandis que l'enveloppe entourant le cône remplit l'espace à l'extrémité du bec. On a constaté que, dans la pratique, ce genre de bec est d'un rendement élevé et donne d'excellents résultats, du fait que le bec ne peut être que très difficilement éteint.
Par suite de l'utilisation du circuit métallique pour transmettrela chaleur de la zone de chauffage directe- ment à l'oxygène s'écoulant par le tube 35, les deux constituants du mélange combustible arrivant dans la tête de brûleur, pénètrent dans la chambre de détente de cette tête à une température élevée procurant les meilleures conditions de combustion à l'extrémité du bec 71 du brûleur.
Le tube 56 a son diamètre intérieur relativement
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LIQUID FUEL TORCH
The present invention relates to torches of the type in which a mixture of fuel and oxygen is burned with the production of high temperatures. More specifically, the invention relates to a torch in which a liquid fuel such as gasoline is used, the liquid being vaporized in the torch, and a mixture of vaporized essenoe and oxygen being produced and
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burnt in the usual beak.
The torch according to the invention is / arranged for cutting, and one form of rettlisation of the invention intended for this use will be shown and described, although it will be understood that the principle of the invention can be used from the same point of view. same way for welding and other heating operations.
Although attempts have previously been made to produce torches using a vaporized liquid as fuel, these torches have not, in practice, been satisfactory. Their failure can be due to different causes :, but the main reason undoubtedly lies in the fact that the vaporization of the liquid and the mixing of the vapors with the oxygen does not take place properly.
In addition, an attempt has been made to a certain extent to preheat the oxygen in these torches before it is released.
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mix with the vapors but this result was not obtained, which is of prime importance for the success of the operations.
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The following torch 1 tïnvent;
1on was established to eliminate the drawbacks presented by torches of the same type built previously {in this torch! ,the '
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liquid fuel is subject. a. temperature of vaporization and is directed into the zone where the heat of vaporization prevails under conditions such that vaporization is practically complete so that no fuel, in liquid form, enters the chamber where the mixture of this fuel with oxygen. Oxygen
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is likewise brought into the mixing chamber in such a way that it takes up a large quantity of heat in
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the vaporization zone so that, loraquil'se mixes 'il' 1:
to the vapors, a high combustible mixture is produced. '",,: 1 :, J j.>: ft. Jt ,,>' i temperature which is immediately brought to the torch nozzle to
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to be burnt. The vapors and the oxygen are mixed in a de-expansion chamber arranged in the head in which
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vortices occur so that a perfect mixture of gas and vapors is obtained.
Other advantages and particularities of the invention will emerge from the description which will be given with reference to the appended drawing which represents schematically and by way of example one embodiment of the invention.
On this drawings
Fig.l is a longitudinal section of a torch-cutter according to the invention.
Fig. 2 is a side elevational view showing the torch with parts broken away.
Figs. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, are sectional views along lines 3-3, 4-4, 5-5, 6-6, 7-7,8-8, 9- 9 and 10-10 of fig.l.
Fig.ll is a sectional view of a control valve along line II-II of fig.8.
Fig.12 is a view similar to Fig.3 and shows a variant.
Fig.13 is a similar view showing a second variant.
Figs. 14, 15 and 16 are sectional views, on a larger scale, of the heating nozzle.
It will be seen in this drawing that the torch is constituted by a handle 20 comprising, at its rear end, a block 21, and at its front end a second block 22, a metal casing 23 being arranged between these blocks. Passages 24 and 25 have been made in block 21, the inner walls of which, at the outer end of this block 21, are threaded.
A connector 26. screwed into the threaded end of the passage 24, can be connected to a pipe going. a suitable source of oxygen, while a valve 27 controlling the arrival of a liquid fuel, such as
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gasoline from a suitable container maintained under pressure. A filter 28 is mounted in the orifice at the end of passage 25 and is held in place by valve 27.
Un.tube 29 going from block 21 to block 22 communicates with passage 24. A transverse passage 30, formed in block 21 and communicating with passage 24, goes to a tube 31. The flow through the transverse passage is controlled by a needle valve 32, the stem of which is screwed into a sleeve 33 mounted in the block 21. The gasket 33 'surrounding the stem of the valve and held in place by a suitable nut, makes this valve airtight.
The tube 31, secured to the block 21, passes through a suitable opening made in the block 22, and carries at its upper end, a sleeve 34 held in place by welding or otherwise and provided with a hermetic seal.
A tube 35 enters this sleeve and passes through a gland 3.6 screwed into the sleeve, the gasket 37 held by the nut 36 forming a hermetic seal around the tube.
The tube 35 carries a collar 38 screwed into a block 39, the whole arranged in such a way that, by turning the collar 38, the tube 35 can be moved at the end, the gland 34-36-37 allowing this entire movement. by preventing gas leaks. The oxygen flowing .by the pass-. sage 24, enters the tube 31 through the side passage 30 controlled by the needle valve 32, and flows through this tube 31 into the tube 35. The oxygen flowing through the passage 24 also enters the tube 29 going to block 22.
This block 22 is provided with a .transversal passage 40 communicating with the tube. 29 and going to, a chamber 41 formed in the block in which is mounted a valve 42. This valve is pressed against a seat, formed in
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one end of the chamber, by a spring 43 held in place by a nut 44, the valve being provided with a rod 45 passing through a passage 46 made in the block 22 and exiting through the wall of the block, a nut 47 and a gasket 48 preventing gas leakage around the rod.
The passage 46 communicates, by means of a transverse passage 49, with a tube 50. The valve 45 is operated by a lever 51 actuated by the finger and articulated on a pin 52 mounted in a part of the block 22; by pressing this lever, the valve leaves its seat and allows the flow to be made from tube 29 to tube 50. Tube 50 passing through block 39 and a similar block 53, goes to burner head 54 where the end of the tube 50 communicates with a passage 55 made in this head.
Liquid fuel flowing through valve 27 passes through passage 25 and enters tube 56 enclosed in a larger diameter tube 56 'serving as a reinforcement for the smaller tube. This tube 56 'carries, at each end, a closure plate and the tube 56 is welded in place between these plates in which holes have been made corresponding to the orifices of this tube 56. The tubes leave from block 21, pass through the blocks. 22 and 39 to arrive at block 53 where the tube 56 communicates with the passage 57. A tube 58, mounted in the block 53, goes from this block to the burner head 54 where the end of the tube is mounted on a boss 59.
An inner tube 60 is mounted inside the tube 58, and its surface carries a helical groove 61 communicating at its lower part with the passage 57 of the block 53 so that the liquid fuel flowing through the tube 56 passes through the tube. passage 57 and arrives in the helical passage formed by the groove 61 and the inner wall of the tube 58. The helical groove 61 is cut in the wall of the inner tube
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60 so as to reserve large spaces 62 between the neighboring turns, these spaces pressing on the interior wall of the tube 58.
At the upper end of the inner tube
60, the helical groove opens into a circumferential duct 63, and openings 64 drilled through the bottom of the duct open into the interior of the tube 60
The oxygen tube 35 is extended into the inner tube 60 and fits roughly into the inner wall of this tube, although it can slide longitudinally under the action of the adjustment collar 38. The free end of the oxygen tube is diminished in a cone, as shown at 65, to form an orifice of small dimensions and this conical end enters a chamber 66 formed in the boss 59.
The end wall of this chamber 66 is shaped so that the end of the oxygen tube can come to press against it, and the end of this tube and its seat in the chamber, together form means for adjusting the arrival of the oxygen. fuel at the burner head, because this fuel is forced to pass through the chamber 66 between the conical end of the tube and the wall of this chamber to reach the burner head through the passage 67. The oxygen leaving the The nozzle-shaped end of the tube 35 also flows through the passage 67 to arrive at the burner head, the shape of the members being provided such that the flow of oxygen through the passage 67 carries with it the. fuel entering the chamber through openings 64 of inner tube 60.
The burner head 54 is provided with an expansion chamber 68 into which the passage 67 opens, and a tube 69 is screwed into the rear wall of the expansion chamber, the passage formed in the middle of the communal tube.
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As for the passage 55 serving for the oxygen used during cutting, the tube 69 comes out through a threaded boss 70 at one end of the burner head and on this boss is mounted a nozzle 71, the end of the tube 69 being provided with channels, as shown at 72 (fig.5).
These channels cooperate with the interior surface of the nozzle 71 to form a number of outlets for the fuel mixture. The tube 69 is provided with a square 73 disposed outside the burner chamber, this square allowing by means of a tool to screw and unscrew the tube in the cavity of the burner head when the nozzle 71 is removed. The tube 69 is disposed in the head directly in front of the passage 67 and forms, with the inner wall of the burner head, an annular mixing chamber 68
A passage 74 leads from the mixing chamber 68 to a boss 75 into which is screwed a small spout 76 receiving combustible mixture from the mixing chamber 68. This spout is placed so that the flame coming out of it hits the spout. outer wall of tube 58.
When the torch is in operation, oxygen flows through passage 24 and thence through transverse passage 30 and needle valve 32 goes to tube 31, passing from this tube to tube 35. Liquid fuel , such as gasoline, is admitted through valve 27 and flows through tube 56, and from there through the helical passage formed by helical groove 61 and the inner wall of tube 58.
Due to the helical passage, the flow of liquid fuel is impeded to a certain extent and, since the fuel makes a large number of revolutions in this helical passage, it is returned a large number of times.
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in front of the flame coming out of the nozzle 76. This flame being produced by the combustion of gasoline vapor and oxygen is, therefore, at a high temperature, and the repeated passage of the liquid in the hottest part of the zone of vaporization causes all the liquid to vaporize.
The vapors continue through the helical passage to arrive at the circumferential duct 63 and thence, through the openings 64, into the chamber 66 of the boss 59. The oxygen arriving through the tube 35 exits through the end. nozzle 65, passes through chamber 66 and enters passage 67 where there is a mixture of oxygen and gasoline vapors.
This mixture then enters the annular chamber 68 of the burner head where the expansion takes place from which an intimate mixture of the vapors and the oxygen results.
This mixture flows from the burner head and enters the spout exiting through channels 72 to be burned in the ordinary manner. The oxygen used for cutting passes through the tube 29 and from there passes into the tube 50, its adjustment being made by the valve 42. The oxygen enters the passage 55 formed in the head and flows through the tube 69 to exit through the opening 77 of the spout.
It will be seen that in this torch the complete vaporization of the liquid fuel is ensured by the use of the helical passage which causes all the liquid to be exposed a number of times to the hottest part of the flame of the flame. vaporization as it flows to the burner head. The use of such a passage prevents liquid from flowing directly past the vaporization flame, mainly when operating the torch in a position such as the burner head. is lower than the handle.
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In a large number of torches used hitherto, and the arrangement of which is well known, the liquid is brought to the burner head by a straight annular passage, which is formed between an outer tube and an inner tube through which arrives. oxygen. Asbestos, or the like, is frequently placed in this passage.
The presence of asbestos is strongly criticized for the reason that asbestos settles quickly and, moreover, it is probable that charring occurs in the pores. On the other hand, as the heating or vaporizing flame strikes only one side of the tube, only the part of the liquid flowing along the surface where the flame strikes is strongly heated. The liquid flowing along a part of the passage which is not in contact with the heating flame is not heated to the same degree of temperature, and as a result the liquid may not be completely vaporized. as it enters the burner head.
In the torch according to the invention, the inner tube 60 is in direct contact with the inner wall of the outer tube 58, and the heat supplied by the heating flame is taken by the inner tube and returns, through the metal, to the tube 35 coarsely fitting inside the tube 58, the heat is thus conducted, from the flame to the oxygen, and following a metallic circuit, and the temperature of the oxygen flowing through the tube 35 is raised to a high degree. In the well-known torches used heretofore, it has not been possible to properly heat the oxygen because there is no metallic circuit which the heat produced by the heating flame can follow to reach the oxygen. 'oxygen.
On the contrary, in torches where the liquid flows through an annular passage surrounding the oxygen tube, any
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the heat transmitted to the oxygen must be brought by the liquid itself or by its vapors. The presence of asbestos in the annular passages of torches used up to now cannot be used to transmit heat because of the low thermal conductivity of asbestos.
Consequently, the oxygen is not, in these torches, brought to a high temperature because it is effectively protected from the heating flame either by the liquid fuel or by the asbestos through which this fuel circulates. .
Instead of passing the liquid fuel in the vaporization zone by making it follow a helical passage, it is possible to use other devices such as, for example, the one shown in fig. 12. In the arrangement shown in this figure, .Il tube 58 surrounds a tube 78 in the outer wall of which is formed a duct 79 going from the block 53 to near the circumferential duct 63 at the front end of the tube 78.
The passage 79 then returns on itself to return the fuel to the rear through the conduit 80 which communicates with another conduit 81 leading the liquid forward to the circumferential groove. The 63 from where it passes, through the orifices 64, in chamber 66. Tube 78 is arranged so that conduits 79, 80 and 81 directly pass through the area where the flame from nozzle 76 strikes the outer surface of tube 58. The walls of the passages formed by the surface interior of tube 58 and the conduits formed in tube 78 form a hot plate on which mle cobustible liquida flows to vaporize rapidly.
In the arrangement shown in fig.12, heat is transmitted from the. heating flame, with oxygen through tube 58, tube .78 and oxygen tube 35, the transmission of heat taking place
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thus by a metallic circuit.
Instead of an inner tube such as those designated 60 and 78, a coiled tube such as that shown in fig.13 can be used. This coiled tube is mounted, at one end, in the block 53, and at the other end, in a brush 82 of the burner head 54. A passage 83 formed in this boss leads to a circumferential passage 84 in which openings 85 going to a chamber 66 are formed. The turns of the tube 81 are in close contact with the outer wall of the tube 35 and also in contact with the inner wall (of the tube 58 so that, in this arrangement also, the heat of the heating flame is transmitted from the flame to the oxygen through metal.
The torch is preferably made of brass, the parts being assembled by brazing, or the like. The tube 56 for example is brazed, at one end in the block 21 and at the other end, in the block 53. The tube 50 is, in the same way, brazed at one end in the burner head 54, and at the other end, in block 22. This type of construction is used in the torch wherever it is appropriate. Cable glands are also used wherever it is necessary to do so, for example, a cable gland 86 is screwed into a suitable hole in the end of the inner tube 60 and clamps a packing 87 which prevents back leakage. between tube 35 and tube 66.
Among the important features of the torch according to the invention, the different control devices should be noted. It will be noted that the flow of oxygen going to the cutting flame is controlled by the valve 42, and the arrival of the oxygen used for combustion is controlled, by a needle valve 32, this valve with
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needle allowing to regulate with precision the arrival of oxygen for the needs of the heating. The arrival of the fuel burnt in this torch is regulated, both in liquid form and in vapor form. The fuel in liquid form passes through valve 27 before entering the torch, and this valve can be adjusted in order to obtain a first adjustment.
The promised adjustment of the arrival of the fuel is obtained by means of the valve formed by the conical end of the oxygen tube 35 and its seat formed in the chamber 66. This valve regulates the fuel in the form of vapor and, by displacing the gas. tube 35 at the end by means of the control collar 38, a precise adjustment is obtained. The oxygen tube 35 'moves by means of an adjustment device disposed outside the passage of the fuel vapors, and these vapors which enter the chamber 66 flow into the passage 67 around the exterior of the fuel. the nozzle end of the tube 35 without any other obstacle than that formed by the parts constituting the valve.
It is important that there is no screw mounting on the oxygen tube near the head. burner for the reason that at this point the parts are. subjected to a high temperature and it has been found by practice that, when there is a screwed assembly at this location, as in certain torches used previously, the threads burn and the operation of the torch is greatly hampered.
It will be noted that ,, in the torch according to the invention, the rapid flow of fuel in the vaporization zone is avoided, which can cause the arrival of non-vaporized fuel in the burner, and that all the liquid arrives below. vaporization flame under conditions such that a perfect vaporization is obtained. In the torches where the liquid crosses
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of asbestos placed in the vaporization zone) the result is not only imperfect vaporization, but also a variable obstruction to the flow of the fuel caused by the different states of the asbestos, causing variations in the pressure of the fuel mixture .
Due to the fact that only part of the combustible mixture reaches the heating or vaporization nozzle, variations in pressure can cause the flame of the nozzle to go out and, whenever this occurs, the operation must be suspended and relight the heating flame. In the torch according to the invention, the pressure variations in the burner have been eliminated so that the heating flame continues to burn practically indefinitely except in the case of extinguishing by air currents, or the like.
In order to avoid this drawback, an igniter formed by an asbestos bead 88 or the like is mounted in a suitable clamp 89 on the tube 58 near the burner, the clamp being outside the vaporization temperature zone. . This cord is arranged under the spout so that it is maintained at a high temperature by the heating flame so that, if this flame is extinguished, the cord immediately causes it to re-ignite.
Since the proper functioning of the torch depends on proper vaporization of the liquid fuel and the heating flame must burn continuously to a suitable degree during the time the torch is in use, it is very important that one establishes the heating nozzle 76 so that the flame has the desired size and is protected from the wind. In the torch according to the invention, the nozzle has been established so as to meet these conditions. This beak can be of various shapes and figs.
14, 15 and 16 represent three. As can be seen, this nozzle comprises a fitting 90 provided with threads 91 allowing
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to mount the spout in the opening in the boss 75, and a shoulder 92 with flat sides allowing, by means of a tool, to engage the spout for introduction or removal.
In the spout shown in Fig. 14, the fitting is drilled in order to provide a passage 93 along the length of this fitting. This passage ends near 1 + rear end where there is an opening 94 of small diameter. The passage 93 extends to a point beyond the shoulder 92 and, inside the end 95 of the spout, the passage increases in diameter, as shown at 96.
The part 96 extends into a part of the end 95 and ends in another part 97 of even greater diameter. Thanks to this arrangement, the combustible mixture * arriving through the passage 74 enters the nozzle through the orifice 94 of small diameter through which the gas passes at a considerable pressure. The gas expands in passage 93 at the end of which the flame ignites.
The ignited gases then expand in parts 96 and 97 and the length of these parts is set so that, in normal operation, the cone of the flame does not protrude beyond the end of the nozzle, while the ignited gases from the casing fill those parts of the hollow end of the nozzle which are not filled by the cone, the casing protruding beyond the end of the nozzle to strike against the surface of the tube 58 .
FIG. 15 represents a slight variant in which the fitting 90 is provided with a passage 98 over its entire length, this passage communicating with the open end 99 of the spout by a passage 100 of small diameter.
This open end 99 has its diameter enlarged at. three floors designated by 101, 102 and 103 respectively. As a result
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In this arrangement, the cone of flame appears to start at the point where stage 101 connects to stage 102, the cone being completely enclosed within the chamber at the end of the nozzle, so to be protected by the walls of the spout.
In fig. 169 the fitting 90 is provided at its rear end with an orifice 94 of small diameter and, starting from this orifice, begins a passage 104 of slightly larger diameter. This passage opens into a chamber 105 whose transverse surface gradually increases as one approaches the end of the spout.
This arrangement is quite similar to that shown in Fig.15 except that the diameter of the chamber increases gradually instead of increasing in stages.
In all the nozzles shown, the gas flowing from the burner head passes through an orifice of small diameter beyond which the gas can expand. In each nozzle, the cone of the heating flame is shielded to a great extent, this cone protruding slightly only outside the end of the nozzle, or not protruding at all, while the envelope surrounding the cone fills the space at the end of the spout. It has been found that, in practice, this type of nozzle is of high efficiency and gives excellent results, because the nozzle can only be turned off with great difficulty.
As a result of the use of the metal circuit to transmit heat from the heating zone directly to the oxygen flowing through tube 35, the two components of the combustible mixture arriving at the burner head enter the chamber. expansion of this head to a high temperature providing the best combustion conditions at the end of the nozzle 71 of the burner.
Tube 56 has its inner diameter relatively
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