BE477221A - - Google Patents

Description

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 EMI1.1 
 

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  Tuyères de pulvérisation de liquides. 



   L'invention se rapporte à des tuyères de pulvérisation, pré- férablement pour combustibles liquides, et elle a pour but d'éta- blir une tuyère de ce genre qui fonctionne de manière à produire une bonne pulvérisation pour une gamme étendue de débits de   liquide.   



   Dans la technique de la combustion, appliquée par exemple aux turbines à gaz tant pour les moteurs à réaction destinés à la propulsion des avions que pour les moteurs servant à la propulsion des automotrices de chemin de fer et des navires, le fonctionnement sur une gamme étendue a été sérieusement entravé par un manque d'uni-   formité   du débit d'une tuyère à combustible déterminée sur la gamme de fonctionnement désirée. En général les tuyères à combustible étaient du type à injection solide où un tourbillon est produit dans une chambre de tourbillonnement et où le fluide sort d'un 

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 orifice sous forme d'une mince feuillle conique, pour se briser ultérieurement en gouttelettes très fines.

   Différentes variantes de cette tuyère type ont été employées, ces variantes comprenant une combinaison de grandes et de petites chambres de tourbillon- nement et leurs éléments de tourbillonnement correspondants, des rainures de   tourbillonnementde   surface variable commandées par la pression du fluide et des tuyères à flux de retour dans lesquelles une partie seulement du fluide qui pénètre dans la chambre de tourbillonnement quitte   1.'orifice.   Chacune de ces variantes possè- de ses applications propres et cependant aucune d'elles ne con- vient particulièrement aux bas régimes ou à une gamme de débit extrêmement étendue. 



   Bien que la tuyère ordinaire donne de bons résultats à hau- te pression, du fait qu'elle est limitée seulement par la pro- priété que sa décharge varie suivant la racine carrée de la diffé- rence des pressions, elle est limitée aux faibles pressions par la faible vitesse d'écoulement dans la chambre de tourbillonnement, qui a pour résultat d'imprimer au jet sortant de l'orifice une inertie insuffisante pour vaincre l'effet de la tension super- ficielle tendant à maintenir le liquide sous forme d'une bulle. 



  D'autre part, les tuyères ordinaires de pulvérisation à air sont plus efficaces lorsque l'inertie du jet de combustible est faible\ Bien que les tuyères du type à pulvérisation à air soient efficaces pour des débits descendant jusqu'à zéro, elles ont une limite   supérieurede   fonctionnement, car lorsque le débit de combustible augmente, l'inertie du jet de combustible devient finalement trop élevée pour que l'air puisse assurer une bonne pulvérisation. 



   L'invention (pour objet une tuyère   où   un liquide,, tel qu'un combustible liquide, animé d'un mouvement de tourbillonnement est envoyé à travers un orifice, tandis'qu'un agent gazeux, tel      que de   l'air,   est amené pour être déchargé d'un orifice annulaire situé immédiatement en aval de l'orifice de liquide et est de 

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 préférence dirigé radialement vers l'intérieur et en aval par      rapport à l'axe de ce dernier, de telle sorte que l'agent gazeux est déchargé comme un jet annulaire autour du jet qui sort de   l'orifice   à liquide et provoque la pulvérisation du liquide aux faibles débits de ce dernier et favorise la formation d'une feuil- le conique uniforme aux débits plus élevés. 



   De préférence, l'agent gazeux, tel que l'air, amené à l'orifice annulaire, est également animé d'un mouvement de tourbil- lonnement qui lui est communiqué pour que l'agent gazeux sortant par l'orifice annulaire tende àdécrire une nappe'ayant la forme d'un hyperboloïde de révolution immédiatement au-delà de l'orifice, cette nappe d'agent gazeux entourant la nappe adjacente de liquide sortant de 1?orifice à liquide, de telle sorte que comme les nappes de liquide et d'agent gazeux sont à proximité immédiate l'une de l'autre, elles sont soumises à un mélange intime et le liquide est ainsi atomisé   finement et   uniformément. 



   L'invention permet d'obtenir ainsi une tuyère qui combine les bons éléments de chacun des deux types de tuyères dans la gamme où le type considéré est le plus efficace. Dans la tuyère per- fectionnée, on obtient une pulvérisation complète.dans toute la gamme de fonctionnement allant jusqu'à un débit nul. Dans la . tuyère on-emploie deux fluides- l'air et le combustible- tous deux sous pression, et la construction est telle que le combus- tible liquide est soumis à une pulvérisation sous pression par tourbillonnement et une pulvérisation par l'air, la pulvérisation   par,tourbillonnement   étant efficace, lorsque la pression est suffisamment élevée, et la pulvérisation par l'air assurant la pulvérisation du combustible aux basses pressions et augmentant la pulvérisation à toutes les pressions. 



   L'invention ressortira mieux de la description donnée ci-dessous'de plusieurs formes d'exécution préférées, représentées à titre d'exemples sur les dessins annexés. 



   Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de l'une des formes d'exécution du nouveau pulvérisateur; 

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Fig. 2 est une vue de détail en coupe suivant la ligne   II-II   de la Fig. 1; 
Fig. 3 est une coupe à grande échelle plus détaillée ; 
Fig. 4 est une vue schématique montrant à titre comparatif le fonctionnement du nouveau pulvérisateur et du   pulverisateur   usuel dans différentes conditions; et 
Fig. 5 est une vue semblable à la Fig. 1, mais montrant une autre forme d'exécution du pulvérisateur. 



   Le dessin montre un pulvérisateur 6 pourvu d'un passage 7   d'admission   du   liquide,   par exemple un combustible liquide, qui doit être déchargé pa.r un   orifice ,   et d'un passage 9pour l'ad- mission d'un agent gazeux, tel que l'air, à un orifice annulaire 10, en un courant dirigé radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe de l'orifice 8. Comme l'orifice annulaire 10 pour l'agent gazeux est situé immédiatement en aval de l'orifice 8 pour le liquide,   l'agent   gazeux se décharge en un courant annulaire au- tour du jet liquide et en contact intime avec ce   dernier,   pour effectuer la pulvérisation du liquide ou la seconder, ainsi qu'il sera exposé plus complètement ci-dessous. 



   Comme le montre la Fig. 1, la construction du pulvérisa- teur comprend un corps 11 pourvu de l'orifice à combustible 0 et un chapeau   12   coopérant avec ce corps pour former l'orifice d'air annulaire 10.   Llne   pièce 14 comporte une chambre d'admission 15 pour le combustible liquide amené par le   passage '1   et une chambre d'admission 16 pour l'air amené par le passage 9. Le corps 14 presente un alésage 17 qui s'ouvre dans la chambre d'admission 
15 du liquide et est situé dans le prolongement axial de l'orifice 
8 avec lequel communique son extrémité conoldale 18.

   Un noyau 19 est disposé dans l'alésage et présente une partie 20, en forme de disque ou de bride, coopérant avec l'extrémité conoldale de l'alésage pour former une chambre dé tourbillonnement conoldale 
21 dont le sommet s'ouvre dans l'orifice 8. 

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   Le liquide par exemple du combustible liquide, est amené à      l'alésage 17 et circule à travers les passages inclinés 22 de manière à pénétrer en tourbillonnant dans la chambre de tourbil- lonnement 21. En circulant le long de la paroi convergente de la chambre de tourbillonnement vers l'orifice, l'action giratoire   tend   augmenter la vitesse de tourbillonnement dans le liquide qui se rapproche de l'orifice et y pénètre. De préférence, les passages inclinés ou hélicoïdaux 22 sont pourvus de rainures découpées dans la périphérie de la partie en forme de bride ou de disque 20 et couvercles par la paroi de l'alésage. En d'autres termes, les éléments hélicoïdaux 23, qui délimitent les rainures, ressemblent à des filets de vis carrés ou trapézoïdaux, comme c'est représenté plus en détail sur la Fig. 3.

   En amont du disque ou de la bride 20, le noyau 19 présente une partie cylindrique 24 coopérant avec l'alésage pour former un passage annulaire 25 amenant le liquide aux extrémités d'entrée des passages hélicoïdaux 22. De préférence, l'extrémité arrière du no/yau présente une partie polygonale 26 dont les angles s'appliquent contre l'inté- rieur de l'alésage, la partie polygonale coopérant avec le disque ou la bride pour maintenir le noyau dans l'axe de l'alésage comme c'est indiqué sur la Fig. 2. De préférence, le noyau est maintenu en place axialement dans l'alésage au moyen d'un ressort 27 s'ap- puyant contre son extrémité arrière. 



   Le chapeau 12 coopère aussi avec le corps pour former une chambre annulaire complètement dégagée 28, une chambre annu- laire 29 et un passage conique annulaire 30 aboutissant à l'orifice annulaire 10. Comme c'est représenté, le chapeau   18 est   vissé en 13 au corps 11, et une rondelle 13a limite la position du chapeau   lorsqu?on.le visse,   de manière à donner au passage conique 80 une largeur   convena/ble.   Le corps est pourvu d'un ou de plusieurs passages 31 pour conduire l'air de la chambre d'admission 16 dans la chambre dégagée 28. La cavité intérieure du chapeau présente une partie cylindrique 32 qui entoure la chambre   annulaire 29   

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 et à. l'intérieur de laquelle est situé le rebord 33 du corps. 



  Des passages inclinés 34 sont ménagés dans ce rebord pour commu- niquer un mouvement de tourbillonnement à l'air allant de la chambre 28 dans la chambre 29. 



   Les divisions des   courants   dirigés obliquement ou hélicoï- dalement sortant des   pa,ssages   se réunissent ou se stabilisent dans la chambre annulaire 29 pour former un courant unique  d'air   en tourbillonnement pénétrant dans le passage conique 30, où par suite du rayon de tourbillonnement progressivement décroissant du flux, l'effet de   tourbillonnement   augmente par l'action giratoire. 



   Les passages inclinés 34   impriment   une inertie angulaire à l'air à l'intérieur du passage d'air en avant de   l"orifice   d'air 10 de telle sorte que l'air qui sort de l'orifice annulaire tend à se développer suivant une nappe ayant la forme d'un hyperboloïde de révolution, immédiatement au-delà de   l'orifice.   Cette nappe d'air enveloppe la nappe de liquide qui sort de l'orifice 8 et est adjacente à cette nappe liquide.

   Les nappes d'air et de combus- tible étant ainsi immédiatement adjacentes se mélangent intimement, entre elles, et comme l'air est généralement animé d'une vitesse plus grande que les particules liquides, il contribue notablement à la formation d'une mince nappe de liquide qui persiste sur une très courte distance au-delà de l'orifice à liquide avant que ne se produise la pulvérisation complète. 



   Le tourbillonnement du liquide peut sefaire dans le sens contraire de celui de l'air, mais de préférence ils sont de même sens comme c'est représenté de manière à assurer la transmis- sion la plus efficace du mouvement angulaire de   l'air   au   combus-   tible. 



   Sur la Fig.   5,-   la disposition est à peu près la même que sur les Figs. 1, 2 et 3,sauf que le dispositif qui imprime un mouvement de tourbillonnement à l'air est supprimé. Dans cette forme d'exécution de l'invention, le chapeau 12a coopère avec le corps pour former une chambre complètement libre 28a qui s'ouvre 

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 dans le passage conique annulaire 30a aboutissant à .l'orifice   annulaire--'.10.   ' 
Pour de faibles débitde combustibles, le combustible qui 
S'échappe en un fin brouillard par l'orifice dé tourbillonnement pulvérisateur central 8, est entraîné par le courant d'air sortant de l'orifice annulaire 10 pour former un mince jet pulvérisé. 



  Comme la pression du combustible augmente et qu'il se forme une nappe conique divergente de combustible à l'orifice de tourbillonnement, le jet d'air annulaire qui s'échappe continue à favoriser la pulvérisation. Lorsqu'il s'agit de grands débits, de combustible, comme le jet d'air est annulaire, il ne rompt pas la nappe conique de combustible qui s'est établie, mais il favorise la formation d'une nappe conique uniforme, l'air prenant part à la réaction de la combustion. 



   De ce qui précède il ressort que la tuyère perfectionnée comporte deux systèmes de fluide, ayant chacune un mouvement de tourbillonnement de son fluide. Le liquide qui quitte l'orifice 8 et l'agent gazeux qui sort   de   l'orifice annulaire 10 forment chacun une nappe qui constitue en substance un hyperbolol- de de révolution. Si l'orifice d'air ou d'agent gazeux est établi concentriquement à 1 orifice de combustible ou de liquide et immé- diatement en aval de ce denier, les deux nappes de fluide sont maintenues en contact intime avec l'air ou l'agent gazeux si- tué à l'extérieur.

   La plus grande vitesse de l'agent gazeux et la grande composante angulaire qui en résulte à l'orifice de so- tie de l'agent gazeux, maintiennent la nappe liquide ouverte en tout temps, même, lorsque la rotation imprimée au liquide par l'élément de tourbïllonnement du liquideestInsuffisante à elle seule pour vaincre la tension superficielle du liquide et empêcher l'affaissement de cette nappe liquide à l'état de bulle. Pour tous faibles débits de liquide supérieurs au débit   minim@m   d'air ou d'agent gazeux, le jet remplit un cône solide, où la densité du liquide est plus élevée près de l'extérieur. Des débits plus 

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 élevés d'agent gazeux donnent lieu à une densité plus uniforme du liquide dans chaque section transversale, ainsi qu'à une pul- vérisation plus fine et un angle de conicité plus faible. 



  Lorsque la décharge du liquide se fait à des débits élevés, le jet   devient   plus creux et se rapproche du jet de   lat@yère   de pul- vérisation à simple tourbillonnement de liquide, et bien que le jet annulaire d'agent gazeux ne serve pas à rompre la nappe liquide conique pour des débits de liquide aussi élevés, il favorise néan- moins la formation d'une nappe conique uniforme et si le liquide est un combustible et l'agent gazeux de l'air, cet air prend part à la réaction de la combustion. 



     L'action   coopérante des orifices de liquide et d'agent gazeux ressort des vues schématiques de la Fig. 4 qui sont établies d'après des photographies prises lors des essais comparatifs du pulvérisateur perfectionné désigné par A et   d'un   atomiseur ordi- naire à tourbillonnement du liquide désigné par B.

   Les pressions employées sont consignées dans le tableau ci-dessous: 

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<tb> Essai <SEP> n  <SEP> Pulvérisateur <SEP> Pression <SEP> du.liquide <SEP> Pression <SEP> de <SEP> l'a@@
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<tb> , <SEP> kg/cm <SEP> kg/cm2
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 EMI10.2 
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<tb> 1 <SEP> A <SEP> 0,14 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,14
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 EMI10.4 
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 EMI10.5 
 
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 0,21 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,21
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<tb> 3 <SEP> A <SEP> 0,28 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,

  28
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<tb> 4 <SEP> A <SEP> 0,35 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,35
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<tb> 5 <SEP> A <SEP> 0,42 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,42
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<tb> 6 <SEP> A <SEP> 0,49 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,49
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<tb> 7 <SEP> A <SEP> 0,56 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,56
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<tb> 8 <SEP> A <SEP> 0,63 <SEP> 0,28
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<tb> B <SEP> 0,63
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<tb> 9 <SEP> A <SEP> 0,84 <SEP> 0,

  28
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<tb> B <SEP> 0,84
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<tb> 10 <SEP> A <SEP> 1,4 <SEP> 0,32
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<tb> B <SEP> 1,4
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<tb> 11 <SEP> A <SEP> 7 <SEP> 0,39
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<tb> B <SEP> 7 <SEP> 
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<tb> 12 <SEP> A <SEP> 14 <SEP> 0,53
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<tb> B <SEP> 14
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Ces essais montrent que le nouveau pulvérisateur est ef- ficace pour des pressions et des débits de liquide très faibles. 



  Par exemple les essais 1 à 9, inclus, indiquent une bonne pulvéri- sation pour des pressions du liquide de 0,14 à 0,84 kg/cm2 tandis que si on emploie le type ordinaire de pulvérisateur, pour des 

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 basses pressions où la force dynamique est insuffisante pour vain- cre la tension superficielle, le liquide se décharge sous forme de bulles et la production des bulles persiste avec rupture de ces dernières en particules de grosses dimensions. 



  Le type ordinaire ne commence à devenir efficace qu'à des pressions supérieures à 1,4   kg/cm   et, même lorsqu'il est efficace, le jet peut se rayer ou manquer d'uniformité. Dans le pulvérisateur perfectionné, non seulement l'agent gazeux amené par l'orifice annulaire inter- vient efficacement pour produire la pulvérisation du liquide ame- né à des pressions trop basses pour la pulvérisation par tourbillon- nement du liquide, mais il agit encore efficacement pour augmenter la pulvérisation produite par l'action pulvérisante du toubillonne- ment de liquide,, l'agent gazeux tendant à former un jet plus uniè forme et plus finement divisé et à briser ou pulvériser toutes irrégularités ou raies. De même, les essais 10, 11, et 12 Montrent l'action de concentration et de condensation de la nappe d'air. 



  Les essais, par exemple les essais 1 à 9, inclus, montrent que la plus grande vitesse de la nappe de l'agent gazeux à l'extérieur de la nappe liquide et formée par l'orifice annulaire d'agent gazeux concentrique aux orifices de liquide conjointement avec le grande composante angulaire qui en résulte à l'orifice de l'agent gazeux, maintiennent la nappe liquide ouverte en tout temps, même lorsque la rotation transmise au liquide par l'élément de tourbillonnement du liquide est insuffisante à elle-seule pour surmonter la tension superficielle du liquide et empêcher l'affais- sement de la nappe liquide sous forme de bulle. 



   Pour tous faibles débits de liquide supérieurs au débit minimum de l'agent gazeux, le jet remplit l'espace d'un cône plein d'un liquide de densité plus grande vers l'extérieur. Des débits plus élevés rendent la densité du liquide plus uniforme dans chaque      section transversale et donnent lieu   à une   pulvérisation plus fine et à un angle de conicité plus faible.

   Lorsque la décharge du 

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 liquide se fait à un débit élevé, le jet devient plus creux et      se rapproche du jet du pulvérisateur ordinaire.   Alors   que le pul-   vérisat   perfectionné dont l'admission de   l'agent   gazeux a été coupée fonctionne aussi bien que le pulvérisateur ordinaire lors- que   la   décharge de liquide se fait à un débit élevé, il permet déjà d'obtenir une décharge plus fine et plus régulière pour tous les débits de liquide lorsqu'on n'admet qu'une très faible arrivée de l'agent gazeux. Un débit élevé de l'agent gazeux et un débit élevé de liquide donnent lieu à un jet plein à section centrale conique de densité légèrement plus élevée que la densité moyenne du liquide.

   Comme le jet de l'agent gazeux est annulaire, il ne brise pas la nappe liquide établie, mais favorise plutôt la formation   d'une   nappe uniforme en réduisant en minimum les raies produites par des irrégularités dans 1-'orifice,de liquide. 



   Bien que l'invention soit, dans son'aspect'le plus large, applicable à la pulvérisation de liquides d'une façon'générale ou ' à la fine subdivision de l'agent liquide nansonmélange avec l'agent gazeux, elle est particulièrement utile dans le domaine de la com- bustion en vue d'assurer la pulvérisation de combustible liquide pour une grande gamme de débits. Pour cette raison, bien que la description qui précède se rapporte plus particulièrement à la pul- vérisation de combustible liquide pour la combustion, il doit être entendu que les principes mentionnés peuvent être appliqués utile- ment à d'autres cas. 
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  R E V E N D I C A T I O N S

Claims (1)

1.- Tuyère de pulvérisation, spécialement pour débiter du combustible liquide dans l'appareil de combustion de turbines à gaz, caractérisée en ce que conjointement avec un premier orifice d'où le liquide à pulvériser est déchargé par un mouvement de tourbillonnement, elle comporte un second orifice annulaire pour la décharge d'un agent gazeux tel que de l'air, établi immédiatement <Desc/Clms Page number 13> en aval du premier orifice et disposé de manière qu'un jet annulaire de l'agent gazeux soit déchargé autour du jet sortant du premier orifice.

2.- Tuyère suivant la. revendication 1, caractérisée en ce que le second orifice est dirigé radialement vers l'intérieur et enaval par ra.pport à l'axe du premier orifice.

3.- Tuyère suivant les revendications 1 ou 2, carac- tériséepar un dispositif imprimant un mouvement de tourbillonne- ment à l'agent gazeux amené au second orifice.

4.- Tuyère suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les dispositifs assurant le mouvement de tourbillonnement, combinés avec le premier et le second orifices, respectivement, sont disposés de manière à provoquer le mouvement de tourbillon- nement du liquide et de l'agent gazeux dans le même sens.

5.- Tuyère suivant les revendications 1, 2 ou 3, carac- tériséeen ce que le premier orifice est situé dans le corps oui coopère avec un chapeau pour former entre eux le second orifice annul ai r e .

6.- Tuyère suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le corps présente une chambre de tourbillonnement de liquide en amont de premier orifice et qu'une chambre entièrement libre est ménagée pour l'agent gazeux en amont du second orifice.

7. - Tuyère de pulvérisation, en substance comme c'est décrit ci-dessus et représenté sur les dessins annexés.