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" Brûleur à combustible liquide
L'invention concerne les brûleurs à combustible liquide avec tuyère de refoulement du type à turbulence forcée, qui comporte une chambre de turbulence alimentée avec un combustible arrivant par un canal d'alimentation et par un ou plusieurs orifices de turbulence tangentiels et comportant un orifice de sortie final par lequel le combus- tible sort sous forme de brouillard et un orifice de sortie d'écoulement communiquant avec un canal d'écoulement et une chambre de réglage qui sert à régler la surface efficace du ou des orifices de turbulence ou l'écoulement du combus- tible dans le canal d'écoulement, ou les deux.
Une des difficultés qu'on rencontre avec les brûleurs du type précité lorsqu'il stagit de brûler des huiles combustibles lourdes, telles que les huiles de soute r
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et analogues, qui sont solides ou semi-solides à la tempé- rature normale et par suite doivent être chauffées avant usage, consiste dans la tendance de l'huile restant dans le brûleur à se solidifier pendant les périodes d'arrêt.
Dans ces conditions, en démarrant le brûleur on injecte dans la chambre de combustion un courant non pulvérisé d'huile semi solide, qui ne peut pas s'allumer par le dis- positif d'allumage normalement employé et par conséquent souille l'intérieur de la chambre. Lorsque l'huile chauf- fée arrive éventuellement dans le brûleur, se pulvérise et s'enflamme, l'huile non brûlée dans la chambre de com- bustion non seulement risque de provoquer un incendie ou une explosion, mais encore souille la chambre par des dépôts de coke.
Il convient donc, lorsqu'on brûle des huiles combustibles lourdes, de balayer l'intérieur du brûleur avec de l'huile chaude jusqu'à la chambre de turbulence, avant d'ouvrir le brûleur. Cette circulation préliminaire est également avantageuse dans certains cas lorsqu'on brûle des huiles plus légères. Par exemple lorsqu'une chambre de combustion comporte plusieurs brûleurs, dont certains peuvent être fermés en cas de faible charge, le combustible froid circulant dans les brûleurs ainsi fermés joue le rôle d'un agent de refroidissement, protégeant les brûleurs contre le risque d'avarie par la chaleur de la flamme des autres brûleurs qui continuent à fonctionner.
Mais il n'est pas possible en pratique de faire ainsi circuler d'avance le combustible dans toute la longueur de l'intérieur du brûleur jusqu'à la chambre de turbulence dans les brûleurs connus du type précité, car une partie du combustible de balayage sortirait par l'orifice de sor- tie final et arriverait dans la chambre de combustion.
Suivant l'invention, l'élément de réglage d'un brûleur du type précité en position de débit nul permet, /
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ou établit la communication entre le canal d'alimentation en combustible et la chambre de turbulence ou le canal d'écoulement contigu à cette chambre, et une soupape com- mandée par l'élément de réglage ferme l'orifice final lors- que cet élément est en position de débit nul et l'ouvre lorsque l'élément de réglage occupe des positions de débit du combustible.
Le dispositif est construit de préférence en permettant à l'élément de réglage de recevoir un mouvement entre la position de débit nul et celle du débit minimum de combustible, et les phénomènes suivants se succèdent pen- dant que l'élément de réglage s'éloigne de sa position de débit nul : en premier lieu, la communication de circula- tion préliminaire entre le canal d'arrivée du combustible et la chambre de turbulence est coupée ; second lieu la soupape précitée s'ouvre, et en troisième lieu, lorsque la soupape est ouverte en grand, l'élément de réglage arrive dans la position de débit minimum et un brouillard commence à sortir par l'orifice de sortie final.
On évite ainsi la fâcheuse pulvérisation qui se produirait si le combustible commençait à pénétrer dans la chambre de turbulence avant que la soupape soit ouverte en grand. De plus étant donné que la communication de circulation préliminaire est coupée avant que le brûleur s'ouvre, cette communication peut avoir une section aussi grande qu'il est nécessaire pour effectuer un balayage approprié du brûleur.
De préférence la soupape est une soupape char- gée par un ressort, qui est sous charge lorsque la soupape est fermée dans des conditions pour lesquelles le mouvement initial de l'élément de réglage à partir de sa position de débit nul sert à éliminer la charge du ressort tandis que la soupape est maintenue fermée dans l'orifice de sortie.
Au contraire, lorsqu'on ferme le brûleur la soupape vient sur son siège et ferme l'orifice de sortie avant que l'élé-
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ment de réglage soit complètement fermé et le reste de sa course ne sert qu'à charger le ressort de la soupape.
Le mouvement de l'élément de réglage et par sui- te le réglage de la surface efficace des orifices de tur- bulence et/ou de l'écoulement du combustible liquide sor- tant de la chambre de turbulence peuvent être provoqués automatiquement sous l'action de la pression du combusti- ble liquide et ce résultat peut être obtenu au moyen d'un piston plongeur commun, chargé par un ressort, qui effectue les deux réglages, ou chacun de ces réglages peut être obtenu par un piston plongeur séparé chargé par un ressort, le ou les pistons plongeurs fonctionnant sous l'action des variations de pression du combustible liquide, de façon à régler la surface efficace des orifices dé turbulence et l'écoulement de la chambre de turbulence lorsque la pressi du combustible liquide varie.
Le mouvement de l'élément de réglage réglant la surface efficace des orifices de turbulence ou l'écoule- ment ou ces deux opérations peut être effectué à la main, par exemple au moyen d'un piston ou d'un piston plongeur avec tige de manoeuvre se prolongeant en dehors du brûleur et actionnée par un levier ou un mécanisme articulé qui peut être commandé si on le désire par un régulateur ou organe analogue combiné avec l'installation ou appareil dont le brûleur fait partie. De même le mouvement de régla- ge peut être commandé par un dispositif électrique, hydrau- lique ou pneumatique.
Deux formes de réalisation appropriées du brut leur suivant l'invention sont représentées à titre d'exem- ple sur les figs. 1 et 2 du dessin ci-joint, qui représente les extrémités du côté de la tuyère des brûleurs en coupe longitudinale. Dans les deux cas, on fait varier le débit du combustible en combinant le réglage de la surface effi- cace des orifices de turbulence et celui de l'écoulement
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du combustible sortant de la chambre de turbulence, ces deux réglages étant effectués au moyen d'un élément ac- tionné à la main ou de toute autre manière et fonctionnant à l'intérieur ou à l'extérieur du brûleur.
Suivant la fig. 1, le brûleur comporte une enveloppe 10 avec plaque 11 percée de l'orifice final et fixée sur elle de la manière habituelle au moyen d'un écrou à chapeau 12, un bouchon ou manchon de turbulence creux 13, monté en arrière et sur le même axe que l'irifi- ce final 14 et un piston plongeur 15, monté de façon à se déplacer dans un trou cylindrique du bouchon de turbulence 13. La plaque 11 de l'orifice, le bouchon de turbulence 13 et le piston plongeur 15 délimitent entre eux une cham- bre de turbulence forcée 16 située immédiatement en arriè- re de l'orifice final 14.
Le bouchon de turbulence 13 est percé de plu- sieurs orifices de turbulence 171 et 17", tangentiels et décalés suivant l'axe, par lesquels passe le combustible sous pression entre le canal d'arrivée 18 du combustible et la chambre de turbulence 16. La position des orifices est choisie de façon que le piston plongeur 15 dans sa position à fin de course en avant les recouvre tous.
Le piston plongeur 15 est percé d'un trou sui- vant son axe 19 qui forme un canal d'écoulement et s'atta- che à une tige d'accouplement percée d'un trou suivant son axe 20, sortant par un joint étanche à l'extérieur du brûleur et s'accouplant à un dispositif non représenté qui règle sa position. Une rainure circulaire 21 est découpée sur la périphérie du piston plongeur 15 dans une position quivant l'axe telle que lorsque le piston plongeur est à fin de course en avant, la rainure annulaire communique avec les orifices de turbulence postérieurs 17'.Un ou plusieurs trous transversaux 22 sont percés dans la paroi du piston et font communiquer la rainure annulaire 21 avec le canal d'écoulement 19 du piston plongeur.
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Une soupape à pointeau, comportant une tête de soupape 23 venant s'appliquer eontre un siège de l'orifice 14 et une tige 24, est maintenue dans l'axe du canal d'é- coulement 19 par un croisillon 25 qui est fixé sur la tige de la soupape et peut coulisser dans le canal d'écoule- ment. Un dispositif tel qu'une vis prisonnière 27 empêche la soupape de tourner.
Un ressort de compression 26 est monté entre la partie postérieure du croisillon 25 et un épaulement formé par l'extrémité antérieure de la tige d'accouple- ment 20 et pousse la tête 23 de la soupape contre l'ori- fice final 14. Les dimensions du ressort 26 de la soupape sont choisies de façon que le ressort soit sous charge lorsque le piston plongeur 15 est à fin de course en avant, de sorte que le mouvement de retrait initial du piston ne sert qu'à décharger le ressort, tandis que la soupape reste appliquée en contact étanche avec l'orifice final 14. Une fois le ressort déchargé, le croisillon 25 de la soupape vient en contact avec la butée antérieure du trou du piston plongeur 15 et par suite le piston plongeur, continuant son mouvement de retrait, entraîne la soupape avec lui, ouvrant ainsi l'orifice final 14.
Le réglage de l'écoulement du combustible de la chambre de turbulence 16 s'effectue à la manière usuel- le au moyen d'un mécanisme à tiroir non représenté qui comporte un piston plongeur percé de trous, fixé sur l'ex- trémité postérieure de la tige d'accouplement 20 et cou- lissant dans une chemise percée de trous, fixée à l'inté- rieur de l'enveloppe 10 du brûleur et communiquant avec le canal d'écoulement de la tige d'accouplement 20. Les orii- ces de la chemise communiquent avec un orifice de sortie d'écoulement percé dans l'enveloppe. Le mouvement suivant l'axe de la tige d'accouplement 20 provoque le mouvement
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du piston plongeur percé de trous par rapport à la chemise de façon à recouvrir plus ou moins les orifices de la chemise, en faisant varier la surface efficace du canal d'écoulement.
Un prolongement se visse dans la partie postérieure du piston plongeur d'écoulement et passe par un joint étanche à l'extérieur de l'enveloppe du brûleur pour être actionné par un dispositif quelconque approprié, ainsi qu'il a déjà été décrit.
Le brûleur fonctionne de la manière suivante :
Sur le dessin le piston plongeur 15 se trouve dans sa position de débit nul, dans laquelle la soupape à pointeau est fermée et l'arrivée du combustible dans la chambre de combustion est fermée. Si on fait arriver du combustible sous pression dans le canal 18, ce combus- tible coule par les orifices de turbulence 17', la rainure annulaire 21 et les trous transversaux 22 dahs le canal d'écoulement 19 contigu à la chambre de turbulence. Etant donné que dans cette position du piston plongeur 15 le débit d'écoulement autorisé par le mécanisme à tiroir est maximum, le combustible qui pénètre dans le canal 19 revient dans le réservoir de combustible et cette circula- tion préliminaire sert à balayer l'intérieur du brûleur jusqu'à la chambre de turbulence.
Si on brûle de l'huile combustible lourde, telle que l'huile de soute, on conti- nue ce balayage jusqu'à ce que la totalité de l'huile froide se trouvant dans le brûleur soit remplacée par de l'huile chaude provenant du réservoir de combustible.
Pour ouvrir le brûleur on retire la tige d'ac- couplement 20, et ce mouvement initial ne sert qu'à déchar- ger le ressort de la soupape à pointeau. Une fois le res- sort de la soupape complètement déchargé, la tige d'accou- plement en continuant son mouvement éloigne la soupape à pointeau de l'orifice final 14. Mais auparavant, le piston
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plongeur 15 a reculé suffisamment pour couper la communi- cation entre les orifices de turbulence postérieurs 17 et la rainure annulaire 21, et par suite la chambre de turbulence ne contient pas momentanément de combustible sous pression.
Au moment où la tête 23 de la soupape s'est nettement éloignée de son siège, la face antérieure du piston plongeur 15 commence à découvrir les orifices de turbulence antérieurs 17" et le combustible pulvérisé commence à sortir par l'orifice final 14. Cette position du piston plongeur 15 est dite "position de débit minimum de combustible".
La tige d'accouplement 20, en continuant son mouvement de retrait, découvre de plus en plus les orifi- ces de turbulence et en même temps provoque la fermeture de plus en plus accentuée des orifices de la chemise percée de trous non représentés par le piston plongeur d'écoulement, jusqu'à ce qu'à la fin de sa course le pis- ton plongeur 15 découvre tous les orifices de turbulence et que le piston plongeur d'écoulement ferme complètement ou à peu près complètement l'orifice de sortie de l'écou- lement.
Le brûleur de la fig. 2 comporte un bouchon de turbulence et un piston plongeur de forme modifiée, mais est identique à tous les autres points de vue à celui de la fig. 1.
Le bouchon de turbulence 33 de la fig. 2 est percé d'orifices de turbulence tangentiels 37' et 37" décalés suivant l'axe, par lesquels passe le combustible sous pression venant du canal d'alimentation 18 et arri- vant dans la chambre de turbulence 16, le diamètre des orifices 37" les plus voisins suivant l'axe de l'orifice final 14 étant plus petit au moins en partie que celui des
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orifices 37'. La position des orifices de turbulence 37" est choisie de façon que ces orifices se trouvent en avant du piston plongeur 35 dans toutes les positions de ce pis- ton, qui, dans ce cas, ne comporte ni rainure annulaire, ni trots transversaux.
Le fonctionnement de ce brûleur est le même que celui du brûleur antérieurement décrit, sauf que lorsque le piston plongeur 35 est dans sa position de débit nul, comme l'indique la figure, le combustible alimentant le brûleur sous pression pénètre dans la chambre de turbulence 16 par les orifices de turbulence 37" qui ne sont pas re- couverts par le piston plongeur. Etant donné que l'orifice final 14 est fermé par le pointeau le combustible qui pénè- tre ainsi dans la chambre de turbulence revient dans le réservoir de combustible, et la circulation préliminaire du combustible sert à balayer l'intérieur du brûleur jusqu'à la chambre de turbulence avant que le plongeur 15 se retire pour ouvrir la soupape à pointeau.
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"Liquid fuel burner
The invention relates to liquid fuel burners with a forced-turbulence-type discharge nozzle, which comprises a turbulence chamber supplied with a fuel arriving through a supply channel and through one or more tangential turbulence orifices and comprising a discharge orifice. final outlet through which the fuel exits as a mist and a flow outlet orifice communicating with a flow channel and a regulating chamber which serves to regulate the effective area of the swirl port (s) or the flow of fuel in the flow channel, or both.
One of the difficulties encountered with burners of the above-mentioned type when attempting to burn heavy fuel oils, such as bunker oils.
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and the like, which are solid or semi-solid at normal temperature and therefore must be heated before use, consists in the tendency of the oil remaining in the burner to solidify during periods of shutdown.
Under these conditions, when the burner is started, an unpulverized stream of semi-solid oil is injected into the combustion chamber, which cannot be ignited by the ignition device normally employed and consequently contaminates the interior of the combustion chamber. bedroom. When the heated oil eventually enters the burner, atomizes and ignites, the unburned oil in the combustion chamber not only risks causing a fire or explosion, but also contaminates the chamber with gases. coke deposits.
It is therefore advisable, when burning heavy fuel oils, to sweep the interior of the burner with hot oil up to the swirl chamber, before opening the burner. This preliminary circulation is also advantageous in certain cases when burning lighter oils. For example, when a combustion chamber has several burners, some of which can be closed in the event of a low load, the cold fuel circulating in the burners thus closed acts as a cooling agent, protecting the burners against the risk of damaged by the heat of the flame of the other burners which continue to operate.
But it is not possible in practice to thus make the fuel circulate in advance in the whole length of the interior of the burner as far as the swirl chamber in known burners of the aforementioned type, since part of the scavenging fuel would exit through the final outlet and enter the combustion chamber.
According to the invention, the adjustment element of a burner of the aforementioned type in the zero flow position allows, /
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or establishes communication between the fuel supply channel and the swirl chamber or the flow channel adjacent to this chamber, and a valve actuated by the regulating element closes the final orifice when this element is in the zero flow position and opens it when the adjustment element occupies fuel flow positions.
The device is preferably constructed by allowing the adjustment element to receive movement between the zero flow position and that of minimum fuel flow, and the following phenomena occur as the adjustment element moves away. from its zero flow position: firstly, the preliminary circulation communication between the fuel inlet channel and the swirl chamber is cut; secondly, the above-mentioned valve opens, and thirdly, when the valve is fully opened, the regulating element arrives in the minimum flow position and a mist begins to come out from the final outlet orifice.
This avoids the annoying spraying that would occur if fuel began to enter the swirl chamber before the valve is fully opened. In addition, since the preliminary circulation communication is cut off before the burner opens, this communication can have as large a cross section as is necessary to effect a proper flush of the burner.
Preferably the valve is a spring loaded valve which is under load when the valve is closed under conditions where the initial movement of the control member from its zero flow position serves to remove the load. spring while the valve is held closed in the outlet port.
On the contrary, when the burner is closed the valve comes to its seat and closes the outlet orifice before the ele-
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valve is fully closed and the rest of its stroke only serves to load the valve spring.
The movement of the adjusting element and hence the adjustment of the effective area of the turbulence orifices and / or the flow of liquid fuel exiting the turbulence chamber can be caused automatically under the swirl chamber. action of the pressure of the liquid fuel and this result can be obtained by means of a common plunger, loaded by a spring, which makes the two adjustments, or each of these adjustments can be obtained by a separate plunger loaded by a spring, the plunger or plungers operating under the action of variations in the pressure of the liquid fuel, so as to adjust the effective area of the turbulence orifices and the flow of the turbulence chamber when the pressure of the liquid fuel varies.
The movement of the adjusting element regulating the effective area of the swirl orifices or the flow or both of these operations can be carried out by hand, for example by means of a piston or a plunger with a piston rod. maneuver extending outside the burner and actuated by a lever or an articulated mechanism which can be controlled if desired by a regulator or similar device combined with the installation or apparatus of which the burner is part. Likewise, the adjustment movement can be controlled by an electric, hydraulic or pneumatic device.
Two suitable embodiments of the crude according to the invention are shown by way of example in FIGS. 1 and 2 of the attached drawing, which shows the ends of the nozzle side of the burners in longitudinal section. In both cases, the fuel flow is varied by combining the adjustment of the effective area of the turbulence orifices and that of the flow.
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of the fuel exiting the swirl chamber, both of these adjustments being made by means of a hand-operated element or in any other manner and operating inside or outside the burner.
According to fig. 1, the burner comprises a casing 10 with a plate 11 pierced with the final orifice and fixed to it in the usual way by means of a cap nut 12, a hollow swirl plug or sleeve 13, mounted behind and on the same axis as the final irif- ire 14 and a plunger 15, mounted so as to move in a cylindrical hole of the swirl plug 13. The orifice plate 11, the swirl plug 13 and the plunger 15 delimit between them a forced turbulence chamber 16 located immediately behind the final orifice 14.
The swirl plug 13 is pierced with several swirl orifices 171 and 17 ", tangential and offset along the axis, through which the pressurized fuel passes between the fuel inlet channel 18 and the swirl chamber 16. The position of the orifices is chosen so that the plunger 15 in its forward end-of-stroke position covers them all.
The plunger 15 is pierced with a hole following its axis 19 which forms a flow channel and is attached to a coupling rod pierced with a hole along its axis 20, exiting through a tight seal. outside the burner and coupling to a device, not shown, which adjusts its position. A circular groove 21 is cut on the periphery of the plunger 15 in a position which quivers the axis such that when the plunger piston is at the forward end of travel, the annular groove communicates with the rear swirl orifices 17 '. transverse holes 22 are drilled in the wall of the piston and communicate the annular groove 21 with the flow channel 19 of the plunger.
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A needle valve, comprising a valve head 23 which comes to bear against a seat of the orifice 14 and a rod 24, is held in the axis of the flow channel 19 by a spider 25 which is fixed on it. the valve stem and can slide in the flow channel. A device such as a captive screw 27 prevents the valve from rotating.
A compression spring 26 is mounted between the posterior part of the spider 25 and a shoulder formed by the anterior end of the coupling rod 20 and pushes the head 23 of the valve against the final port 14. The dimensions of the valve spring 26 are chosen so that the spring is under load when the plunger 15 is at the forward end of travel, so that the initial withdrawal movement of the piston only serves to unload the spring, while that the valve remains applied in sealed contact with the final orifice 14. Once the spring has been discharged, the spider 25 of the valve comes into contact with the anterior stop of the hole of the plunger 15 and consequently the plunger, continuing its movement withdrawal, drives the valve with it, thus opening the final port 14.
The flow of fuel from the swirl chamber 16 is adjusted in the usual way by means of a slide mechanism, not shown, which has a plunger with holes, fixed on the rear end. of the coupling rod 20 and sliding in a liner drilled with holes, fixed inside the casing 10 of the burner and communicating with the flow channel of the coupling rod 20. The orii - These of the jacket communicate with a flow outlet orifice drilled in the casing. The movement along the axis of the coupling rod 20 causes the movement
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of the plunger piston pierced with holes relative to the liner so as to cover more or less the openings of the liner, by varying the effective surface of the flow channel.
An extension is screwed into the rear part of the flow plunger and passes through a seal outside the casing of the burner to be actuated by any suitable device, as has already been described.
The burner operates as follows:
In the drawing the plunger 15 is in its zero flow position, in which the needle valve is closed and the arrival of fuel in the combustion chamber is closed. If fuel is fed under pressure into the channel 18, this fuel flows through the swirl ports 17 ', the annular groove 21 and the transverse holes 22 into the flow channel 19 adjacent to the swirl chamber. Since in this position of the plunger 15 the flow rate permitted by the slide mechanism is maximum, the fuel which enters the channel 19 returns to the fuel tank and this preliminary circulation serves to sweep the interior. from the burner to the swirl chamber.
If heavy fuel oil, such as bunker oil, is burned, this flushing is continued until all of the cold oil in the burner is replaced by hot oil from the burner. from the fuel tank.
To open the burner, the coupling rod 20 is removed, and this initial movement only serves to relieve the spring of the needle valve. Once the valve spring is completely discharged, the coupling rod, continuing its movement, moves the needle valve away from the final port 14. But first, the piston
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plunger 15 has moved back enough to cut off the communication between the posterior swirl ports 17 and the annular groove 21, and therefore the swirl chamber does not momentarily contain pressurized fuel.
As the head 23 of the valve has moved significantly away from its seat, the anterior face of the plunger 15 begins to uncover the anterior swirl ports 17 "and the atomized fuel begins to exit through the final port 14. This position of plunger 15 is referred to as the “minimum fuel flow position”.
The coupling rod 20, continuing its retraction movement, discovers more and more the turbulence orifices and at the same time causes the more and more accentuated closing of the orifices of the liner pierced with holes not represented by the piston. flow plunger, until at the end of its stroke the plunger 15 discovers all the turbulence orifices and the flow plunger completely or almost completely closes the outlet opening of the flow plunger. the flow.
The burner of fig. 2 comprises a swirl plug and a plunger of modified shape, but is identical in all other points of view to that of FIG. 1.
The swirl plug 33 of FIG. 2 is pierced with tangential turbulence orifices 37 'and 37 "offset along the axis, through which passes the pressurized fuel coming from the supply channel 18 and arriving in the swirl chamber 16, the diameter of the orifices 37 "the closest along the axis of the final orifice 14 being smaller at least in part than that of the
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37 'holes. The position of the turbulence orifices 37 "is chosen such that these orifices are located in front of the plunger 35 in all the positions of this piston, which, in this case, does not have an annular groove or transverse trots.
The operation of this burner is the same as that of the burner previously described, except that when the plunger 35 is in its zero flow position, as shown in the figure, the fuel supplying the burner under pressure enters the turbulence chamber. 16 by the turbulence orifices 37 "which are not covered by the plunger. Since the final orifice 14 is closed by the needle, the fuel which thus enters the swirl chamber returns to the fuel tank. fuel, and the preliminary fuel flow serves to sweep the interior of the burner to the swirl chamber before the plunger 15 withdraws to open the needle valve.