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Brûleur pour combustibles liquides ou pulvérulents.
L'invention concerne un brûleur pouvant servir pour des combustibles liquides aussi bien que pour des combustibles pulvérulents. Par "combustibles liquides" 'on entend également les combustibles dits visqueux tels que le goudron et d'autres huiles visqueuses.
L'invention a pour but de créer un brûleur dans le- quel le mélange constitué par le combustible et par de l'air est toujours tel que ses éléments soient entre eux, dans toute la zone -de fonctionnement, dans un rapport fixe, tel que la com- bustion soit parfaite et sans fumée. Il n'a pas été possible jusqu'ici d'obtenir, en cas de variations de la charge d'instal- lations de foyers ou d'installations analogues., que les éléments du mélange, c'est-à-dire l'air et le combustible, se règlent @
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entièrement automatiquement, de façon que le mélange brûle d'une façon théoriquement parfaite pour chaque charge.
Suivant la présente invention on utilise des disposi- tifs servant à régler l'air et le combustible dans un rapport de dépendance invariable entre eux et de telle sorte que le mélange d'air et de combustible ait toujours automatiquement, entre les limites de variations de charge, la composition qui est nécessaire pour assurer une combustion parfaite et sans fumée.
Ces dispositifs fonctionnent de façon que l'air n'arrive pas en excès, ce qui provoquerait un chauffage donnant lieu à des pertes, et que le mélange ne contienne pas non plus une trop grande quantité de combustible, ce qui provoquerait une combustion incomplète et un dégagement de fumée. Le brûleur établi suivant la présente invention permet de brûler dans des conditions parfaites aussi bien du mazout que des goudrons préparés et même du charbon pulvérulent. Il faut naturelle- ment donner une certaine fluidité au combustible. A cet effet on chauffe les goudrons visqueux jusqu'à 100 environ. Pour brûler du charbon pulvérulent, il faut qu'il soit absolument sec.
Suivant l'invention un plateau de soupape suspendu librement à un ressort, et mobile sous l'action de l'air pri- maire, est monté dans l'orifice d'entrée de l'ajutage du brû- leur, ajutage qui va en s'élargissant coniquement vers la chambre de combustion. En se déplaçant ce plateau ue soupape règle la quantité de combustible arrivant à l'ajutage du brûleur et il offre en même temps à l'air, une section de pas- sage telle que la quantité d'air qui traverse cette section dans l'unité de temps soit toujours dans un rapport fixe avec la quantité de combustible qui passe à travers l'ajutage du brûleur dans la même unite de temps.
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Le plateau de soupape est creux et l'air primaire ainsi que le combustible sont amenés à la cavité ainsi formée, en passant à travers la tige de soupape, qui est également creuse. L'air primaire et le combustible se mélangent dans la cavité du plateau et sortent ensuite de ce dernier dans le sens radial. Mais en même temps, ainsi qu'on l'a déjà dit plus haut, le plateau et la tige de soupape sont suspendus mobiles axialement sous l'action de la quantité d'air qui arrive, et ils peuvent se déplacer par rapport à un siège de soupape fixe de telle sorte que la section de passage de l'air secondaire qui passe axialement devant les orifices de sortie radiaux du plateau se règle automatiquement.
Le plateau de soupape porte une aiguille de soupape à combustible qui, pen- dant le mouvement axial montant et descendant du plateau creux de soupape, règle les sections de passage correspondantes pour le combustible arrivant à un canal fixe à combustible. La coni- cité de l'aiguille de soupape par rapport à l'élargissement conique de l'ajutage du brûleur est telle que la proportion de combustible et d'air du mélange, en pourcents, soit tou- jours la même pour toutes les charges comprises entre les limites pratiques de la charge.
L'air arrivant au brûleur est refoulé par un venti- lateur ou dispositif analogue. Un papillon pouvant être ac- tionné à la main est monté dans la conduite d'arrivée d'air.
On conçoit que la charge du brûleur est déterminée uniquement par le réglage de ce papillon. L'air et le combustible sont soumis à une pression effective de 100 à environ 400 mm d'eau, fournie par un ventilateur.
Pour obtenir une pulvérisation absolument parfaite et intégrale du combustible et un mélange parfait entre le combustible et l'air, le plateau creux de la soupape est monté
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de façon à pouvoir tourner librement sur la tige de soupape, qui peut coulisser axialement. Immédiatement au-dessus du pla- teau rotatif de la soupape, la tige de soupape porte des aubes directrices par lesquelles l'air secondaire qui arrive est envoyé aux aubes mobiles du plateau de soupape.
Le plateau de soupape se trouve ainsi animé d'un mouvement de rotation rapide, et le mélange d'air primaire et de combustible, mélan- ge qui se trouve sous une certaine pression effective et qui sort par les trous radiaux du plateau de soupape, est encore refoulé, sous l'action de la force centrifuge, de la cavité du plateau de soupape vers l'extérieur dans la cavité annulai- re traversée par l'air secondaire.
L'air de combustion qui entre entraîne le plateau de soupape, qui joue le rôle de turbine, et dont la vitesse augmente avec la charge. De cette façon le combustible est pulvérisé de façon parfaite, même lorsqu'il arrive en grande quantité. Comme l'air primaire et le combustible sont préala- blement pulvérisés et mélangés à l'intérieur du plateau creux de soupape ainsi qu'on l'a déjà dit plus haut, et comme ce mélange circule à une vitesse correspondant à la pression nécessaire pour vaincre la tension du ressort portant la sou- pape., la faible pression de 150 mm. d'eau suffit par exemple déjà pour pulvériser l'huile de goudron, inerte en soi.
Entre l'orifice d'entrée du combustible et le gi- cleur à combustible se trouve encore un régulateur pouvant être réglé à volonté sur une pression déterminée pour le com- bustible et maintenant automatiquement constante, en cas de fluctuations de la pression en avant du régulateur, la pres- sion du combustible en arrière du régulateur. De préférence on utilise à cet effet un régulateur à membrane. Les fluctua- tions du niveau dans le réservoir à combustible ou les pres- sions pulsatoires de la pompe de refoulement n'ont donc aucune
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influence sur la formation du mélange.
En ce qui concerne les foyers à charbon pulvérulent il est particulièrement avantageux de rendre solidaire du pla- teau de soupape l'aiguille que porte ce plateau, de façon que cette aiguille participe au mouvement de rotation du. plateau, ce qui empêche le charbon pulvérulent de s'immobiliser entre l'aiguille de soupape d'une part, et les parois du canal de passage du combustible, d'autre part.
Le rapport de mélange constant entre le combustible et l'air est encore maintenu par le brûleur qui fait l'objet de l'invention, lorsque le brûleur passe brusquement, en un laps de temps très court, de la charge minime à la pleine charge.
Des essais ont montré qu'il ne se produit alors pas le moindre dégagement de fumée. La charge de la chambre de combustion est très élevée par suite de ce que la composition du mélange est toujours celle qui convient. Des essais ont montré qu'on a obtenu jusqu'à 36 millions de calories par m3 et par heure.
On obtient en outre, avec le brûleur de l'invention, une tem- pérature sensiblement plus haute que celle qu'il était possi- ble d'atteindre;jusqu'ici avec des brûleurs analogues. La pro- duction de la chaudière est, par suite, augmentée, ou bien, dans les installations nouvelles, les chambres de combustion peuvent être faites d'autant plus petites.
Le brûleur n'exige d'ailleurs, qu'une petite cham- bre de combustion, grâce au fait que l'air et le combustible sont toujours mélangés intimement et dans la proportion vou- lue.
L'invention est représentée à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La fig. 1 est une coupe du brûleur et d'une partie de la chambre de combustion. La soupape à plateau utilisée dans- le brûleur est représentée ouverte, c'est-à-dire que le brûleur fonctionne.
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La fig. 2 est une vue du brûleur au repos.
1 désigne le corps de l'appareil qui entoure la chambre de combustion 2. La tubulure de raccord 3 de ce corps est reliée à une conduite d'air à laquelle l'air frais est envoyé par un ventilateur ou dispositif analogue. A l'inté- rieur de la conduite d'air se trouve un papillon 4 pouvant être actionné à la main.
Une pièce 5 faisant partie de la boîte du brûleur constitue un rebord ou couvercle muni d'une conduite 6 d'arri- vée du combustible. Le corps 1 de la chambre de conbustion comporte, en haut, une ouverture 7 dans laquelle le dessus 5 du brûleur s'emboîte par son rebord marginal 9. Le rebord marginal 9 porte un support 8 pour un ressort, support qui est maintenu en place par des vis 8a. Le support du ressort est cylindrique dans sa partie supérieure et se termine, en bas, par deux bras 10 recourbés vers le haut en forme de cro- chets en 11 de façon à former un siège 12 pour un ressort 13.
Au milieu du support 8 du ressort et la boîte 5 du brûleur se trouve une tubulure de guidage 14, qui s'étend vers le bas et qui comporte le canal 15 de passage du combustible. Entre ce canal à combustible 15 et la tubulure 6 d'entrée du combusti- ble se trouve une soupape de réglage à membrane 16, qui sera décrite plus loin.
A l'extrémité inférieure de la tubulure de guidage 14 se trouve le gicleur à combustible 17. La tige de soupape 18, qui est creuse, est montée sur la tubulure de guidage 14 de façon à pouvoir coulisser librement vers le haut et vers le bas. A l'extrémité supérieure de cette tige de soupape se trouve un rebord 19 sur lequel s'appuie le ressort 13. On voit que la tige de soupape creuse est ainsi constamment re- poussée vers le haut par le ressort.
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Des orifices de passage 20 sont pratiqués dans les parois de la tige de soupape creuse. Le plateau de soupape proprement dit est monté de façon à pouvoir tourner librement à l'aide d'un roulement à billes 21 à l'extrémité inférieure de la tige de soupape 18. Le plateau de soupape est creux et il est constitué par deux plaques 22 et 23, reliées entre elles par des vis 24. Des trous 25 sont pratiqués dans le bord par lequel les deux plaques sont maintenues à un certain écarte- ment l'une de l'autre, ce qui constitue la cavité du plateau de soupape. Les vis 24 sont vissées dans un raccord 26 servant de support au roulement à billes.
Des aubes radiales 27 sont portées par la plaque 22.
Le roulement à billes 21 est recouvert d'un chapeau 28 monté à l'extrémité inférieure de la. tige de soupape 18. Sur le pour- Gour . de ce chapeau 28 se trouvent des aubes directrices 29 con- venablement recourbées et par lesquelles l'air qui entre par le haut est envoyé dans les cavités formées par les aubes 27.
A l'intérieur du plateau de soupape, creux et rotatif, se trou- ve un corps de soupape 30 portant l'aiguille de soupape 31.
Cette aiguille de soupape s'engage dans le gicleur à combus- tible 17.
Vers le bas, le plateau de soupape est fermé par un chapeau 32 qui sert également de support à la soupape à aiguil- le 30, 31. Une tige 33 portant un bouton de manoeuvre 34 est vissée dans le rebord 19 de la tige de soupape 18 et permet d'imprimer un mouvement, à la main,, à la soupape à combustible, pour mettre le brûlehr en.marche, ou s'il arrive, pendant le fonctionnement, que le mouvement du brûleur soit empêché pour des raisons quelconques. La cavité 2 de la chambre de combus- tion peut contenir des éléments 35 servant de chicanes et mon- tés dans la zone de chauffage de la flamme, pour améliorer la combustion du mélange.
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Le régulateur mentionné plus haut est constitué par une membrane 36 pincée entre le bord supérieur de la pièce 5 et un couvercle 38 fixé par des vis 37. Extérieurement cette membrane est soumise à l'action d'un ressort 39 dont on peut régler la pression à l'aide d'une poignée 42, au moyen d'une tige 41 comportant une rainure en hélice 40. Dans cette rai- nure en hélice 40 s'engage un appendice en forme de tige porté par une vis 43.
La membrane porte une tige de piston 44 qui s'engage dans la perforation axiale 45 d'un bouchon à vis 46. Ce bou- chon porte un pas de vis 47 par lequel il est vissé dans la pièce 5 du brûleur. Le bouchon à vis comporte des perforations radiales 48 et 49. La tige de piston 44 est décolletée entre ses deux extrémités, comme l'indique le dessin. La partie in- férieure de la tige de piston est faite en forme de piston 50.
Ce piston a pour but de régler le passage du combustible à travers les canaux radiaux 48.
Le mode de réalisation décrit plus haut permet d'in- troduire le piston à partir du côté de la sortie du combusti- ble, ce qui facilite l'assemblage et réduit sensiblement l'en- combrement. Par sa chute, ou par la pression de la pompe, le combustible qui passe exerce une pression de bas en haut sur la membrane, tandis que le ressort agit de l'autre côté de la membrane. Si la pression du combustible est par exemple supé- rieure à la tension du ressort, la membrane est soulevée, et avec elle le piston de distribution, ce qui réduit le débit en l'étranglant jusqu'à la pression du ressort.
Pour que cette membrane mince ne s'allonge pas ou ne soit pas surchargée par l'action du ressort ou la pression du combustible, les parois en métal ou les butées supportant la pression du ressort sont tellement rapprochées de la membrane que celle-ci s'appuie dé- @
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jà sur le métal après une légère flexion, de façon à éviter toute fatigue de la matière mince.
Le régulateur de pression décrit plus haut a encore l'avantage particulier de fonctionner également bien dans toute position, tout en exigeant beaucoup moins de place et en permettant notamment de régler la pression au gicleur suivant la viscosité du combustible, ou le débit suivant une variation voulue dans la composition du mélange.
Le fonctionnement du brûleur est le suivant.
Lorsque le papillon 4 est ouvert, l'air entre dans le sens de la flèche P dans le corps 1 de la chambre de com- bustion. Par suite de l'ouverture de la conduite de combus- tible le combustible est refoulé dans le sens de la flèche p2 dans la chambre de combustion. L'air arrivant dans le sens de la flèche P s'écoule d'abord vers le bas dans le sens de la flèche p3, mais le plateau creux de soupape, ferme le passage aboutissant à la chambre de combustion 2, c'est-à- dire qu'il se trouve dans la position indiquée fig. 2.
L'air qui agit sur le plateau de soupape de dehors en dedans dans le sens de la flèche p3 a déplacé ce plateau dans le sens de la flèche P5 en comprimant le ressort 13. Une autre partie de l'air qui entre passe à travers les ouvertu- res 20, dans le sens de la flèche p4 et entre dans la tige creuse de soupape 18. L'air passe vers le bas dans la cavité du plateau de soupape. Entre temps le combustible est entré par le.canal 15 dans le gicleur à combustible 17. Or, par suite de ce mouvement, l'aiguille à combustible 30, 31 enga- gée dans le plateau de soupape est aussi attirée vers le bas par rapport au gicleur 17, de sorte que le combustible entre maintenant, aans le sens de la flèche p6, dans la cavité du plateau de soupape, oh il se mélange intimement avec l'air qui arrive dans le sens de la flèche p4.
Toutefois, l'air en
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circulation dans le sens de la flèche p3 a été envoyé aussi par les aubes directrices 29 aux aubes mobiles 27 du plateau de soupape. Le plateau de soupape commence à tourner et le mé- lange qui se trouve à l'intérieur de ce plateau et qui est constitué par de l'air primaire et du combustible sort par les trous 25 sous l'action de la pression de l'air et de celle du combustible, ainsi que sous l'action de la force centrifuge due à la rotation du plateau de soupape. Le mélange, qui sort radialement, rencontre l'air secondaire qui arrive axialement dans le sens de la flèche p3 et il se produit alors à cet en- droit un nouveau mélange intime du combustible déjà finement pulvérisé auparavant et formant déjà un mélange préalable avec l'air primaire.
La fig. 1 montre clairement que, pour chaque charge établie par le réglage, la section ménagée pour le passage de l'air entre le plateau de soupape 22, 23 et les parois D de l'ajutage de la chambre de combustion varie par suite de l'é- largissement de cet ajutage qui est représenté en D dans le dessin. Mais, en même temps la section de passage du combus- tible sortant du gicleur 17 dans le sens de la flèche P6 et entrant dans la cavité du plateau de soupape, varie également, l'aiguille de soupape conique 31 participant au mouvement de montée et de descente du plateau de soupape creux.
La conicité de l'ajutage D de la chambre de combustion est réglée par rap- port à celle ae l'aiguille de soupape 31 qui coopère avec le gicleur 17, de façon que le rapport entre le combustible et l'air reste le même à toutes les charges.
Le mélange s'enflamme à son entrée dans la chambre de combustion 2. La chaleur de combustion chauffe les saillies 35, de sorte que les particules de combustible qui n'auraient pas encore pris part à la combustion ou qui ne se sont pas encore
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mélangées avec l'air brûlent maintenant aussi par suite de leur rencontre brusque avec les saillies 35. Les saillies 35 ne sont pas absolument nécessaires; elles peuvent aussi être supprimées, des essais ayant montré que la combustion est éga- lement parfaite sans ces saillies.
Le fonctionnement décrit ci-dessus montre que le réglage de la charge est effectué uniquement à l'aide du pa- pillon 4. Lorsque la pression de l'air qui arrive est réduite par le réglage du papillon 4, le ressort 13 repousse la sou- pape creuse à plateau vers le haut, ce qui a pour effet de rétrécir la section de passage pour l'air qui entre dans le sens de la flèche p5.En même temps il se produit un rétré- cissement correspondant de la section de passage du combus- tible qui circule dans le sens de la flèche p6.