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DISTRIBUTEUR D'AIR A GRANDE TURBULENCE.
Les distributeurs d'air utilisés pour la chauffe au mazout des chaudières, des fours, etc... ou pour l'alimentation des turbines à gaz ne produisent la turbulence de l'air qu'au prix d'une perte de charge élevée. Elle est généralement obtenue en faisant passer l'air par des orifices étroits suivis d'obstacles qui impriment à cet air des mouvements désordonnés. Il s'en suit un mélange insuffisant de l'air comburant avec le combustible, ce qui a pour effet d'allonger la flamme. Si la pression augmente trop, la flamme risque d'être soufflée au fond de la chambre, et le brûleur s'éteint. Souvent certaines parties délicates du distribu- teur d'air sont exposées directement au rayonnement du foyer et sont su- jettes, de ce fait, à une corrosion rapide. Enfin, un tracé empirique rend difficile et aléatoire la résolution de cas concrets nouveaux.
L'un des, buts de la présente invention, due aux travaux de M. DES Robert, Ingénieur, est de remédier à ces inconvénients au moyen d'un dispositif simple et robuste qui permet d'obtenir une flamme stable, courte et très turbulente pour une chute de pression faible et prévisible à l'avance. L'intensité de la turbulence peut également être chiffrée, ce qui permet la comparaison de deux distributeurs différents.
La présente invention consiste à créer une nappe de tour- billons stables et très actifs autour du brûleur. Cette nappe de tour- billons se produit naturellement par un phénomène aérodynamique à la sur- face de séparation de deux écoulements giratoires, concentriques de sens opposé. La dépression centrale consécutive à la rotation de l'air assure la stabilité de la flamme au nez du brûleur quelle que soit la. vitesse.
Les quantités de mouvement des écoulements giratoires se com- posent, en s'annulant exactement, pour donner naissance à une nappe cylin- drique de filets tourbillonnaires coaxiaux. De cette façon, les gaz du foyer n'ont pas tendance à se mélanger à l'air utilisé pour la combustion.
Toutes les surfaces de tôles constituant le distributeur sont
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fermées suivant le tracé théorique, ce qui permet de réduire les pertes de pression inutiles et de prévoir les performances d'un distributeur avant essai. Cette invention s'adapte facilement à la résolution du problème de la combustion de combustibles lourds dans la turbine à gaz.
La description suivante, destinée à mieux faire comprendre l'invention, est donnée comme exemple d'un mode particulier de réalisa- tion ; elle sera effectuée en se référant au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 montre une coupe en élévation d'un dispositif selon l'invention;
La figure 2 est une demi-coupe selon la ligne a-b de la figure 1 ;
La figure 3 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation;
La figure 4 est une demi-coupe selon la ligne c-d de la figure 3.
Sous cette forme, le distributeur selon l'invention, com- porte un ensemble de deux conduits concentriques 1 et 2 guidant les deux mouvements giratoires, limités d'une part, par une paroi commune 3 et, d'autre part, par deux surfaces 4 et 5. Toutes ces parois sont formées suivant les surfaces d'écoulement d'un mouvement giratoire. Le con- duit central peut être limité par le fond plat 4 recevant le ou les brû- leurs, ce qui facilite la construction.
L'air arrive dans la partie cylindrique extérieure du distributeur au moyen de deux secteurs d'aubages directeurs de forme spé- ciale 7 et 8, assurant la mise en rotation de l'air en sens inverse à l'en- trée des deux conduits. Ce courant de rotation s'accélère notablement dans les deux conver,gents concentriques limitant les deux écoulements de sens de rotation contraires. Les tourbillons se produisent à partir de l'arête limitant la paroi commune 3, au point où l'air a atteint sa plus . grande vitesse. Le distributeur comporte un divergent 9 qui récupère une partie de la force vive de l'air à la sortie et assure son introduc- tion correcte dans le foyer (Fig. 1 et 2).
Ce divergent peut, dans certains cas, être remplacé par un convergent, lorsqu'une flamme longue devient nécessaire, comme c'est le cas des foyers cylindriques .de chaudière ou de turbine à gaz.
Le distributeur d'air est complété par un obturateur 10 en 'une ou deux parties, permettant de fermer les. arrivées d'air au distribu- teur lorsque le brûleur n'est pas en service..
Une variante de cette invention, fig. 3 et 4, consiste à utiliser les aubages directeurs mobiles 11 et 12, ce qui permet de régler à volonté la turbulence suivant le débit ainsi que le rapport air primai- re/air secondaire. Ce dispositif peut être commandé ou faire partie d'un réglage de chauffe automatique. Toutes les ailettes 11 d'un même secteur (primaire ou secondaire) sont commandées simultanément par un dis- positif mécanique quelconque.
Une autre variante, qui a été expérimentée, consiste à en- tourer le distributeur d'un espace annulaire pour permettre la combustion correcte de quantités très variables de combustible dans un grand excès de comburant, comme c'est le cas de certaines chambres de combustion pour turbines à gaz ou de chaudières de récupération, où l'on brûle du mazout dans les gaz d'échappement d'un moteur diesel. Cet espace annulaire peut éventuellement être disposé de telle façon qu'il crée aussi une nappe de filets tourbillonnaires coaxiaux à ceux du distributeur par le même phéno- mène aérodynamique.
Accessoirement, l'invention peut ou non comporter les carac-
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téristiques suivantes, ou certaines d'entre elles seulement:
1 ) Utilisation d'une disposition différente du distributeur d'air en ce qui concerne la surface d'entrée, qui peut être de surface conique ;
2 ) Utilisation de plusieurs brûleurs répartis sur une cir- conférence à la sortie du distributeur, et remplaçant le brûleur axial.
Bien que l'invention soit décrite comme distributeur d'air à grande turbulence, elle s'étend aussi à toutes les applications de mé- langeurs de gaz ou de liquides.
REVENDICATIONS.
1 ) L'invention concerne un distributeur pour tous fluides, et spécialement un distributeur d'air pour chauffe aux combustibles li- quides, gazeux ou pulvérulents, capable de provoquer une grande turbu- lence tout en nécessitant une perte de charge modérée, caractérisé par un dispositif de deux ou plusieurs conduits concentriques comportant à leur entrée des aubages directeurs, fixes ou mobiles, qui assurent la mi- se en giration de préférence en sens opposés, des fluides à mélanger, la création de tourbillons stables ne se faisant qu'à la, sortie des parois communes aux différents conduits, la disposition des parois et des ailet- tes pouvant varier suivant le cas et suivant la turbulence et la perte de charge à obtenir.
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HIGH TURBULENCE AIR DISTRIBUTOR.
Air distributors used for oil heating boilers, ovens, etc. or for supplying gas turbines only produce air turbulence at the cost of a high pressure drop. It is generally obtained by passing the air through narrow orifices followed by obstacles which impart disordered movements to this air. This results in insufficient mixing of the combustion air with the fuel, which has the effect of lengthening the flame. If the pressure increases too much, the flame may be blown to the bottom of the chamber, and the burner will go out. Often some delicate parts of the air distributor are exposed directly to the radiation of the fireplace and are therefore subject to rapid corrosion. Finally, an empirical layout makes the resolution of new concrete cases difficult and uncertain.
One of the aims of the present invention, due to the work of M. DES Robert, Engineer, is to remedy these drawbacks by means of a simple and robust device which makes it possible to obtain a stable, short and very turbulent flame. for a low and predictable pressure drop in advance. The intensity of the turbulence can also be quantified, which allows the comparison of two different distributors.
The present invention consists in creating a sheet of stable and very active vortices around the burner. This layer of eddies occurs naturally by an aerodynamic phenomenon at the surface of separation of two gyratory flows, concentric in opposite directions. The central depression resulting from the rotation of the air ensures the stability of the flame at the nose of the burner whatever the. speed.
The quantities of motion of the gyratory flows compose, by canceling each other out exactly, to give rise to a cylindrical sheet of coaxial vortex streams. In this way, the gases in the fireplace do not tend to mix with the air used for combustion.
All the sheet surfaces constituting the distributor are
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closed following the theoretical layout, which makes it possible to reduce unnecessary pressure losses and to predict the performance of a distributor before testing. This invention easily adapts to solving the problem of the combustion of heavy fuels in the gas turbine.
The following description, intended to make the invention easier to understand, is given as an example of a particular embodiment; it will be carried out with reference to the appended drawing in which:
Figure 1 shows a sectional elevation of a device according to the invention;
Figure 2 is a half-section along line a-b of Figure 1;
Figure 3 is a longitudinal section of another embodiment;
Figure 4 is a half-section along the line c-d of Figure 3.
In this form, the distributor according to the invention comprises a set of two concentric conduits 1 and 2 guiding the two gyratory movements, limited on the one hand by a common wall 3 and, on the other hand, by two surfaces. 4 and 5. All these walls are formed along the flow surfaces of a gyratory movement. The central duct can be limited by the flat bottom 4 receiving the burner (s), which facilitates construction.
The air arrives in the external cylindrical part of the distributor by means of two sectors of specially shaped guide vanes 7 and 8, ensuring the rotation of the air in the opposite direction at the entry of the two conduits. . This rotational current is notably accelerated in the two converging concentric gents limiting the two flows in the opposite direction of rotation. The vortices occur from the edge limiting the common wall 3, at the point where the air has reached its maximum. great speed. The distributor comprises a divergent 9 which recovers part of the force of the air at the outlet and ensures its correct introduction into the hearth (Figs. 1 and 2).
This divergent can, in certain cases, be replaced by a convergent, when a long flame becomes necessary, as is the case with cylindrical hearths .de boiler or gas turbine.
The air distributor is completed by a shutter 10 in one or two parts, making it possible to close them. air inlets to the distributor when the burner is not in use.
A variant of this invention, fig. 3 and 4, consists in using the movable guide vanes 11 and 12, which makes it possible to adjust the turbulence according to the flow rate as well as the primary air / secondary air ratio at will. This device can be controlled or be part of an automatic heating control. All the fins 11 of the same sector (primary or secondary) are controlled simultaneously by any mechanical device.
Another variant, which has been tested, consists in surrounding the distributor with an annular space to allow the correct combustion of very variable quantities of fuel in a large excess of oxidant, as is the case with certain combustion chambers. for gas turbines or recovery boilers, where fuel oil is burned in the exhaust gases of a diesel engine. This annular space can optionally be arranged in such a way that it also creates a layer of vortex threads coaxial with those of the distributor by the same aerodynamic phenomenon.
Incidentally, the invention may or may not include the charac-
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following characteristics, or only some of them:
1) Use of a different arrangement of the air distributor with regard to the inlet surface, which may be of conical surface;
2) Use of several burners distributed over a circumference at the outlet of the distributor, and replacing the axial burner.
Although the invention is described as a distributor of high turbulence air, it also extends to all applications of gas or liquid mixers.
CLAIMS.
1) The invention relates to a distributor for all fluids, and especially to an air distributor for heating with liquid, gaseous or pulverulent fuels, capable of causing great turbulence while requiring a moderate pressure drop, characterized by a device of two or more concentric conduits comprising at their entry guiding vanes, fixed or mobile, which ensure the turning, preferably in opposite directions, of the fluids to be mixed, the creation of stable vortices only taking place the exit from the walls common to the various conduits, the arrangement of the walls and of the fins being able to vary according to the case and according to the turbulence and the pressure drop to be obtained.