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" Equipement à brûleurs d'huile "
La présente invention est relative à un nouveau système de brûleurs à huile et elle a pour but de fournir à la fois un nouveau type de brûleur à huile et une pompe d'une construction inédite plus particulièrement destinée à l'ali- mentation en air et en huile d'un ou plusieurs brûleurs à huile.
Dans ce système, la pompe fournit de l'air à un distributeur relié à une série de brû- leurs qui sont utilisés plus ou moins périodique- ment, et de préférence l'huile est fournie à chaque brûleur par la pompe à travers un clapet
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commandé par flotteur qui maintient une réserve d'huile à un niveau légèrement plus bas que celui des brûleurs. Dans ce système, tous les brûleurs sont disposés à environ 2,5 cm au-dessus du niveau d'huile et au fur et à mesure que l'huile est aspi- rée par les buses des brûleurs, de nouvelles quan- tités d'huile sont aspirées dans le brûleur. At- tendu que l'huile est soulevée pour être admise dans le brûleur, il lui est impossible d'être noyé par l'huile.
L'air dans le distributeur est main- tenu sous une faible pression pouvant être com- prise entre 0,07 et 0,7 et de préférence entre 0,21 et 0,35 kg/cm2. L'air qui n'a pas été utili- sé est avantageusement recyclé du distributeur à la pompe, soit à la prise d'air elle-même, soit à la chambre dans laquelle fonctionne la turbine à air.
La pompe présente deux chambres dipo- sées côte à côte sur un 'fixe commun, chaque cham- bre contenant sa propre turbine. La plus grande chambre présente également une aspiration et un refoulement d'air, et l'entrée de la plu& petite chambre est raccordée à une alimentation en huile, tandis que la pompe refoule l'huile à travers une sortie appropriée. L'air aspire l'huile dans un ou plusieurs brûleurs qui engendrent de la chaleur pour un ou plusieurs appareils qui peuvent 8tre des fours, des incinérateurs, des séchoirs pour vêtements, des chauffe-eau, etc...
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Bien que divers moyens puissent être - utilisés pour envoyer de l'air à faible pression à un brûleur, la forme préférée de l'équipement comprend une pompe rotative dans laquelle fonc- tionnent des piétons à galets. Ces pistons sont projetés vers la paroi périphérique de la chambre do la pompe lorsque la turbine de celle-ci est . mise en rotation. Le moteur qui entraîne la pompe peut être par exemple un moteur électrique, et on a constaté qu'un moteur tournant a environ 1000 tours/minute et d'une puissance approximative de
0,1 CV convient h des exigences calorifiques peu- importantes. Bien entendu, pour des brûleurs plus importants, un moteur plus puissant serait néces- saire. D'une façon générale, il est préférable que le moteur soit construit solidairement avec le carter de la'pompe.
Leo deux chambres dans la pompe, c'est- à-dire la chambre à huilo et la chambre à air, sont ménagées dans un seul carter. La plus petits chambre, qui est la chambre à huile, peut être décalée vers l'extérieur par rapport à la chambre à air ou encore elle peut occuper un espace cloi- sonné à l'intérieur de la chambre à air, ou encore elle peut être partiellement placée à l'intérieur de la chambre à air et avoir une partie débouchant à l'extérieur de cette dernière. La turbine montée dans la chambre à huile et/ou dans la chambre à air peut constituer le rotor de la pompe ou au
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contraire son stator, auquel cas c'est la cham- bre qui tourne autour du rotor.
Aucune cloison ne sépare les deux chambres, si bien que l'huile s'échappe de la chambre à huile en une petite quantité qui est cependant suffisante pour lubri- fier les organes mobiles. à l'intérieur de la pompe.
Dans la forme de construction préférée, chaque brûleur comprend une chambre dans laquelle l'huile est aspirée par l'air primaire. La sortie de cette chambre comporté en général un Venturi et les gaz s'écoulent à travers la chambre sous une pression croissante. Alors que les gaz tra- versent le Venturi, leur.vitesse augmente. Une flamme est entretenue en un point au-delà du Ven- turi où les gaz reçoivent des quantités supplémen- taires d'air. La température finale est atteinte rapidement.
Dans un ensemble de conditions préféré, la chambre.qui est alimentée en huile et en air primaire sert de chambre de conversion dans la- quelle le mélange huile-air est brûlé dans des conditions de sous-alimentation et les gaz d'é- chappement sont ultérieurement brûlés avec de l'air additionnel ou secondaire. Dans d'autres con- ditions, il n'existe pas de chambre de conversion séparée mais une flamme continue depuis le point d'allumage, cette flamme étant orientée par un guide-flammo.
Les pièces de le pompe peuvent être usi-
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nées ou embouties dans un métal, ou encore elles peuvent être coulées en une matière plastique telle qu'un caoutchouc étendu à l'huile ou une autre matière plastique thermodurcissable. Des pistons à galets sont avantageusement utilises dans la chambro à lir, tandis que dans la chambre à huile on prévoit au moins une palette plate chargée par un ressort. Ces éléments de turbine peuvent être fabriqués en "Nylon" ou en "Teflon" ou en une matière similaire qui doit se carac- tériser par sa légèreté et ne pas nécessiter de lubrification, ou encore ces éléments peuvent être métalliques.
Ils peuvent être revêtus d'une matière plastique ou ils peuvent être constitués par des enveloppes métalliques remplies d'une matière plastique.
En vue de maintenir la pompe à une tem- pérature relativement constante, il est souhai- table de faire circuler de l'huile à travers la . partie servant de stator. Il est également possi- ble de faire circuler de l'air dans le rotor. On empêche ainsi la pompe de s'échauffer en provo- quant une augmentation de la température de l'huile et de l'air, ce qui aurait pour effet de modifier le rendement de l'appareil au pvint d'empêcher mené le soulèvement de l'huila à une hauteur suf- fisante par l'action du vide.
De préférence, l'huile est aspirée par l'air à travers une buse montée à l'entrée du
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guide-flamme qui est ouvert aux deux bouts.
L'air secondaire est introduit dans la chambre de conversion dans laquelle est situé le guide-flamme.
Entre la buse et le guide-flamme, on prévoit habi- tuellement un écran ou une plaque perforée ou annu- laire pour empêcher un retour do flamme*.
D'une façon générale, le brûleur peut être horizontal, auquel cas les gaz combustibles engen- drés au sein du brûleur peuvent être introduits dans une chambre allongée ou annulaire qui se trou- ve remplie de flammes. En variante, le brûleur peut être vertical. Le brûleur est équipé avec des ali- mentations en air primaire et en air secondaire, et d'autre part l'air se mélange avantageusement avec les gaz en combustion après que ces derniers ont quitté le guide-flamme à travers le tube Venturi. Si le brûleur est vertical, il peut com- prendre un déflecteur.conique se trouvant au som- met et ayant pour but d'étaler la flamme.
L'air provenant de la sortie du venti- lateur est de préférence filtré pour en enlever les particules qui pourraient colmater l'orifice de la buse ou gêner d'une autre façon le fonction- ncment régulier de l'équipement.
D'autres buts et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description qui va en être faite ci-après en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
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la figure 1 est une vue en perspective montrant un système à brûleurs à huile compor- tant plusieurs appareils chauffés par des brû- leurs individuels mais tous alimentés en huile et en air par la même poupe; la figure 2 ost une coupe d'un type préféré d'un brûleur à Venturi; la figure 3 est une vue éclatée du brû- leur montrant la buse, la chambre à flamme et les pièces adjacentes; la figure 4 est une coupe'par la ligne 4-4 de la figure 2 ;
la figure 5 est une vue en perspective d'une extrémité d'une pompe selon une forme de construction proférée, cette extrémité étant dési- gnée ci-après par le terme "arrièr", la figure 6 est une coupe suivant la ligne brisée 6-6 de la figure 5, montrant 1 'entres et la sortie de l'huile; la figure 7 est une coupe de .La poupe suivant la ligne brisée 7-7 de la figure 5; la figure 8 est une vue de la pompe par la ligne 8-8 de la figure 7, la plaque anté- rieure étant enlevée,une partie du rotor étant en coupe et une utre pertie du rotor étant arra- chée ; la figure 9 est une coupe détaillée par la ligne 9-9 de la figure 7 montrant un des pistons à galets flottant dans une poche au sein
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de laquelle il est animé d'un mouvement de va-et-vient;
la figure 10 e-st une coupe par la ligne 10-10 de la figure 7 montrant les détails do cons- truction de la poupe à huile, et notamment un pas- sage entre la chambre des palettes et la chambre de sorbie d'huile de la pompe;
La figure 11 est une vue éclatée d'une variante de construction de la. pompe, un flasque étant enlevé du corps; la figure 12 eet une coupe. par la ligne 12-12 de la figure 11; . la figure 13 est une coupe de la pompe par la ligne 13-13 de la figure 12 ; la figure 14 est une coupe d'une pompe de construction modifiée-. la figure 15 est une coupe de la pope par la ligne 15-15 de la, figure 14;
et la figure 16 est une coupe similaire d'une autre modification,de la pompe à huile con- venant pour une pompe du¯type à huile et à air.
L'huile est soulevée d'un réservoir vers la ponpe et est envoyée â un petit réservoir pro- che du brûleur dans lequel le niveau d'huile est maintenu légèrement plus bas que celui de la buse du brûleur, en général à une distance ne dépas- sant pas 30 cm et qui est de préférence d'environ 2,5cm. L'air est utilisé sous une pression rela- tivement faible, par exemple de l'ordre do 0,28 kg/cm*. L'action. de l'air passant par la buse crée
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une aspiration qui soulève l'huile dans la chambre do la buse. Dans cotte chambre, les deux sont mélangés, l'air aspire l'huile et le mélange air-huile quitte la buse sous forme d'un brouil- lard.
L'huile est de préférence un fuel-oil N 1, 2 ou 3 (normes de la ASTM).
Dans les brûleurs, l'huile brûle complè- tement. Le résidu de carbone est très faible ou même inexistant, selon la qualité de l'huile uti- lisée. Le brûleur est du type à purge automatique en ce qui concerne tous les résidus de ce genre.
Une turbulence suffisante est entretenue dans la chambre de conversion et dans la chambre de combus- tion finale pour satisfaire à cette condition. La température des flammes dans la chambre de conver- sion est de l'ordre de 650 à 760 C pouvant même atteindre 980 C ou plus selon la quantité et la qualité de l'huile utilisée et de l'usage qu'on fait de la flamme.
La figure 1 est une vue schématique d'un système à brûleurs d'huile constituant une illus- tration des divers systèmes pouvant être conçus.
Le type et le nombre des appareils desservis peu- vent varier, mais dans ce cas particulier on s'est contenté de représenter un four F, un chauffe- eau CE et un incinérateur I, ce qui n'exclut pas, bien entendu, la possibilité de fournir simul- tanément de l'air à d'autres appareils qui en font consommation.
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La pompe P est représenté comme direc- tement relire à un moteur M et tous deux sont montés sur un panneau de commande PC ensemble avec la commande primaire CD des brûleurs. Un distribu- teur d.'air D est raccordé à la pompe à travers un clapet régulateur R et il est prévu trois cana- lisations d'air A1 A2 A, allant du distributeur D à trois brûleurs B1' B2 et B3 desservant les appa- reils. La quatrième canalisation d'air partant du distributeur qui est également représentée peut Être utilisée ou non.
Un commutateur à électro- aimant S est monté dans chaque canalisation d'air partant du distributeur et il est actionné par un détecteur FS de chaque flamme, et si pour une raison ou une autre la flamme dans un brûleur ve- nait à s'éteindre, l'arrivée d'air à ce brûleur particulier serait immédiatement coupée.
Les électro-aimants sont de plus com- mandés par des moyens placés dans les divers appa- reils, à savoir un thermostat dans le four, un aquastat dans le chauffe-cau et une minuterie dans l'incinérateur et ils sont reliés avec les divers électro-aimants pour régler le fonctionnement des brûleurs associés.
Un manomètre G indique la pression d'air dans le distributeur. Il est prévu une ca- nalisation de retour RA'au distributeur pour le retour de l'excès d'air'à la pompe. Une soupape chargée par un ressort est montée à la sortie du
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distributeur vers la pompe (pour recyclage d'air), le ressort étant habituellement régle - de 0,28 à 0,35 kg/cmê pour régler la quantité d'air retour- née à la pompe. Le retour d'air est représenté comme étant relié un silencieux à travers lequel l'air pénètre dans la pompe, mais la liaison pour- rait être directement faite dans le corps de la pompe soit à son aspiration d'air, soit à la cham- bre d'air elle-même.
Ceci.permet au compresceur d'air de continuer à fonctionner sans surcharge lorsque l'air n'est pas utilisé ou lorsque un ou deux des appareils desservis sont seuls à fonction- ner. L'air, si on lui permettait de s échapper dans l'atmosphère, ferait un bruit très gênant.
L'huile est soulevée du réservoir R à la pompe et ensuite envoyée aux brûleurs à travers une conduite unique AH pour aboutir A trois cuves à clapets de niveau constant C, une telle cuve étant prévue pour chaque brûleur. Leur rôle est de maintenir une petite masse d'huile pour chaque brûleur à un niveau immédiatement au-dessous de celui de la buse du brûleur. Il est également prévu une conduite de retour d'huile RH pour ces cuves en vue de recyclage au réservoir R.
Cas cuves C sont reliées eh parallèle entre la conduite d'ali- mentation et la conduite de recyclage d'huile,
La commande électrique peut comprendre un transformateur si un tel transformateur est nécessaire, ou en variante, des transformateurs
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individuels T placés sur ou à coté des appa- reils desservis individuels, comme il est repré- senté.
Dans chacun dès appareils est monté un détecteur de flammes connecté eu panneau de com- mande, de sorte que dons l'éventualité où l'un des détecteurs enregistre l'absence de flamme dans l'appareil associé, 1'électro-aimant connecté cet appareil est immédiatement actionné en coupant l'arrivée d'air à cet appareil. Puisque l'huile est maintenue par les clapets de niveau constant dans les cuves C à un niveau tout juste au-dessous des buses correspondantes, aussitôt que l'arrivée d'air est interrompue à un brûleur, l'arrivée d'huile s'arrête automatiquement attendu que* l'huile est soulevée par l'action de l'air des cuves 0 dans le brûleur.
Chaque appareil est commando indépendam- ment de tous les autres et en utilisant un compres- seur d'air commun et une pompe à huile commune, Les appareils ne doivent pas nécessairement être au môme niveau attendu que les cuves C maintien- nent une alimentation séparée en huile à un niveau constant pour chaque brûleur, Si les appareils sont tous au même niveau, un seul clapet de ni- veau constant est suffisant. Le but de ce cla- pet est de maintenir un niveau d'huilo juste au-dessous du niveau de la buse, de telle sorte que l'arrivée d'air au brûleur soulève l'huile
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vers le brûleur, selon les besoins. Il n'existe donc pas d'alimentation par gravité en huile et aucun risque de trop plein.
Le brûleur représenté sur les figures 2 à 4 comprend une buse 5 à l'avant et aussi une alimentation 6 en air primaire et une alimen- ' talion 7 en huile. La buse représentée est du typa représenté à la figure 1 du brevet canadien - N 650.549 du 16 Octobre 1962 au nom do Gulf Research & Development Company. L'étincelle est fournie par les électrodes 8 dans l'anneau 9 qui est formé en une porcelaine ayant une résis- tance élevée aux chocs thermiques et une valeur diélectrique élevée . Le chapeau 10 n'est pas in- dispensable mais si on l'utilise, l'air secondai- ro y est refoulé par un conduit 11. L'air du conduit 11 et l'air primaire arrivant en 6 peu- vent provenir de la même source.
En l'absence d'un chapeau 10, l'air secondaire est aspiré de l'atmosphère dans le brûleur, corme il va être décrit. L'air secondaire peutarriver par des ou- vertures 13, mais de préférence il arrive par des ouvertures 14 dans la guide-flamme 12 qui est ouvert aux deux bouts, et le mélange air-huile passe à travers le guide -flamme sans rencontrer d'obstruction. Après cela, le mélange passe en- tre le guide-flamme et la paroi de la chambre de conversion 17 par des ouvertures 16.
L'huile de la buse 5 est allumée par
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une étincelle émise par les électrodes 8. Ces électrodes sont placées dans une cavité 19 au-dessous de l'ouverture centrale 20 de l'anneau en porcelaine 9, à distance des'particules d'huile suspendues dans 10 courant air-gaz arrivant dans le guide-flamme 12. En disposant dos électrodes dans une telle cavité', on empêche le carbone de s'y déposer.
Un courant d'air passant à travers . l'entrée 23 souffle l'étincelle d'entre les élec- trod-s vers le courant principal du mélange com- bustible air-huile et.entretient ainsi la flamme,
L'anneau 9 est flanqué par des baguas de serrage en acier 25 qui sont rapportées à l'anneau 9 par deux vis et servent ainsi à sup- porter l'ensemble du brûleur. Le mélange huile- air sortant de la buse 5 traverse un trou formé dans le centre d'un écran métallique 26 et empê- che un retour de flamme à travers les ouvertures 14 pour la flamme ainsi produite.
L'étranglement dans le Venturi 27 main- tient une pression équilibrée dans la chambre de conversion 17. La description chiffrée suivante est donnée uniquement à titre d'exemple et no présente aucun caractère limitatif. Dans un brû- leur mesurant 85,7 = 'depuis l'avant de la base à l'étranglement Venturi 27, ayant un guide- flamme 12 de 38,1 mm de diamètre et 38,1 mm de longueur, percé à un taux de trente-cinq trous par cm , chacun des trous ayant 1,14mm de diamètre.
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entouré par une chambre de conversion 17 ayant
76,2 mm de diamètre et 34,9 mm de longueur, avec l'ouverture du Venturi 27 ayant 19 mm de diamètre, on peut maintenir une arrivée d'huile comprise entre 0,83 et 1,
9 litre/heure avec des ouvertures d'orifice différentes dans la buse.
Si. l'on utilise une gorge Venturi plus grande, on.peut augmenter l'arrivée d'huile à une va- leur supérieure à 1,9 litres/heure. Plus l'arri- vée d'huile est importante, plus la quantité d'air nécessaire pour l'aspirer doit être impor- tante, et ce plus grand volume d'air baisse la température dans la chambre de conversion. Par suite du plus grand nombre de litres/heure dans le taux de combustion provenant de l'utilisation d'une plus grande buse, l'écoulement des gaz à travers: l'étranglement du Venturi 27 3 'effectue sous un volume beaucoup plus important et à une température beaucoup plus basse que lorsqu'on utilise une plus petite buse.
A la sortie des gaz de la chambre finale 28 du brûleur, un plus grand volume -gazeux tend à abaisser la tempéra- ture de la flamme à l'emplacement du déflecteur de flamme 29 en à créer une flamme circulaire plus étendue, s'étalant au-delà des bords du déflecteur 29a
Le courant gazeux turbulent à travers le Venturi 27 empoche le dépôt de l'huile as- pirée etc.., Dans la Chambre de conversion,
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toute cette huile et.les autres impuretés étant entrainées de la chembre à travers le Venturi par le courant gazeux.
La chambre do conversion et son contenu s'élèvent rapidement à la tempé- rature finale ot on atteint ainsi des conditions de fonctionnement équilibrées dans l'ensemble du système.
La chambre finale 28 du brûleur est du type à courant ascendant et elle se trouve à l'ex- trémité du Venturi. Le guide-flamme cylindrique
28'dirige la flamme vers le haut à travers le milieu do la chambre 28 et contre le fond du déflecteur do flamme 29 supporta par des tiges fixées à la chambre 28. L'air secondaire traver- se de bas en haut le fond de la chambre 28, ai celui-ci est perfore, et/ou passe en descendant à travers le bord de l'écran 30 pour alimenter cette flamme.
Le front du la flamme se trouve juste devant un trou dans l'écran 26. L'étranglement dans le Venturi 27 retarde la sortie des gaz de sorto qu'une pression équilibrée s'établit dans la chambre de conversion -1 7
Deux modesdo fonctionnement sont pos- sibles. Le courant air-huile pout être réglé de façon qu'il y ait suffisamment d'air dans la chambre 17 pour provoquer la combustion do la totalité ou de la quasi-totalité de l'huile.
Dans ce cas, les parois de la chambre dovion-
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ncnt très chaudes et les gaz engendrés passent + par le tube Venturi 27. Ces gaz remontent à travers la chambre et viennent heurter le bas du déflecteur 29 ou autre surface qu'il convient de réchauffer. La sortie do la chambre du conver- sion peut être coupée immédiatement au-delà de l'étranglement ou elle peut être raccordée à dus brûleurs de modèles différents.
Selon un autre mode de fonctionnement, lorsquo la quantité d'air introduite dans la cham- bre 17 est limitée, les gaz passant à travers le 'Venturi 27 sont sous-alimentés. Dans ce cas, la combustion lieu dans la chambre 28 et au- dulà de celle-ci avoc l'air supplémentaire as- piré à travers los perforations dans le fond de cette chambre ou dans le bord de l'écran 30, tout autre moyen d'alimentation d'ailleurs pou- vant être utilisé. La chambre de conversion 17 transforme le mélante aspiré brûlant en gaz, permettant de brûler un plus grand nombre de constituants à la flamme qu'il n'avait été pos- sible antérieurement.
L'étranglement dans le Venturi 27 et l'emplacement de la buse 5 déterminent la position du front de flamme. Entre le front de flamme et l'étranglement dans le Venturi 27, le courant gazeux est turbulent et le carbone ne .peut s'accumuler dans la chambre. Alors que les gaz sont chassés vers le haut depuis la
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chambre de conversion 17 vers la chambre 28 et ensuit* plus haut contre le fond du déflec- teur ou autre surface le courant turbulent se poursuit dans la chambre 28 pour empêcher le dé- pôt d'une matière solide quelconque des gaz.
L'écran 30 permet de. réaliser un courant d'air supplémentaire sur la parai extérieure dû la chambre 28 et vers lo bas dans la chambre où, si les gaz sont sous-alimentés au moment do passer par le Venturi 27, il se produit un supplément de combustion. L'écran 30 joue également le rôle d'un assourdisseur,
Au début de la mise à feu et avant d'atteindre les températures finales dans la chambre de conversion, il se produit un jaillis- sement initial de flamme à travers l'étrangle- ment 27 et contre le déflecteur 29.
Une fois que la température finale est atteinte, la chambre de **aversion 17 transforme la pulvérisation huile-air provenantde la buse en gaz et, par suite de l'étranglement 27, ces gaz qui manquent d'air de combustion, éteignent la flamme entre ce point et la chambre finale du combustion 28, où les gaz recoivent suffisamment d'air atmos- phérique pour se rallumer sous l'effet de la flamme initialu déjà établie. En cas de défail- lance de la flamme dans la chambre 28, une con- dition dangereuse est créée puisque la chambre de conversion 17 continue à produire des gaz.
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Un détecteur de flamme (FS à la figure 1), qui peut Otre du type bilame ou électronique, répond à cet état de choses et agit par des moyens électriques pour couper l'alimentation d'air au brûleur an supprimant do cette façon l'arrivée d'huile. Si le système ne comporte qu'un seul brûleur, le détecteur do flamme peut agir directement sur la pompe à air; si plu- sieurs brûleurs sont prévus, les détecteurs res- pectifs agissent sur des électro-soupapes comme il est Indiqué par les lettres S à la figure 1.
La commande communiquée par chaque détecteur de flamme est du type habituel et ne gêne aucunement le fonctionnement normal des brûleurs.
Après que la chaleur des gaz a été uti- lisée aux fins désirées, les gaz brûlés sont évacués par une cheminée ou par tout autre moyen dans 1'atmosphère.
LA POMPE
Le type préféré de pompe à huile et à air est représenté aux figures 5 à 10 et comprend un carter sensiblement cylindrique 56 fermé par un flasque antérieur 53 et un. flasque postérieur 81. Dans le carier, sont montés un compresseur d'air rotatif et une pompe à huile ayant pour but du soulever l'huile du réservoir principal, lui fair traverser la pompe et la fournir à un ou
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plusieurs brûleurs. Le .compresseur d'air comprend un rotor 43 monté dans une chambre excentrée de compression d' air 68 (figure- 9) dont le cartur forme la paroi extérieure- 66.
La pompe à huile comprend un stator 80 fixé au flasque postérieur 81 par des vis 92 et une chambre excentrée à hui- le 82 (figure 10) formée par un manchon 90 de ca- vité de la pompe disposa dans un évidement de la surface du rotor 43 qui,fait face au flasque pos- térieur.
Lu manchon 90 est entraîné par le rotor 43 par l'intermédiaire -d'un goujon d'entraîne- ment fixe 83 se trouvant partiellement dans le rotor et partiellement dans le manchon. Le man- chon est pressé contre le flasque postérieur par un ressort annulaire d'étanchéité (habituellement un ressort d'environ 2,25 kg) 101 interposé entre le manchon et le rotor. Ce ressort pousse le man- chon à l'écart du rotor .et l'applique de façon étanche sur le flasque postérieur. Une bague to- riquc 91 montée dans une rainure pratiquée dans la périphérie extérieure du manchon forme un joint étanche entre le manchon et le rotor, en empochant l'huile de s'infiltrer entre eux et par suite sur la face du flasque postérieur 81 et dans la cham- bre à air 68.
Ce manchon sert donc non seulement comme une cavité excentrique pour la pompe à huile mais aussi comme un joint fixe à l'emplace- ment de la baque torique 91,et encore comme un
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joint rotatif à la surface de séparation entre le manchon et le flasque 81; par suite de l'ac- tion du ressort 101, les deux joints coût auto- réglables. Les deux joints sont de préférence construits pour pouvoir supporter une pression d'huile d l'ordre de 3 mètrus. L'action capil- laire lubrifie la surface de séparation entre le manchon 90 ut le flasque postérieur 81 et aussi la surface du palier principal 84 avec lequel le ro- tor 43 vient en contact.
Aucune lubrification n'est nécessaire pour le compresseur d'air puisque la surface du rotor 43 est en contact étanche avec toute surface adjacente du compresseur et que le frottement entre le rotor et les pistons à galets est réduit grâce au coussin d'air établi entre eux, comme il sera expliqué ci-après.
L'arbre d'entraînement 45 qui traverse le palier extérieur 51 de la pompe entraîne le rotor à air 43 par un accouplemant 49 prévu sur le devant de ce rotor. Deux goujons 48 ménagés sur le devant du rotor 43 débouchent dans l'accouple- ment 49 et deux goujons similaires (non représen- tés) régulièrement espacés des premiers sont pré- vus sur le manchon 46 ot débouchent également dans l'accouplement 49. De cette façon, on solidarise en rotation le rotor à l'arbre d'entrainement 45.
L'accouplement est en une matière telle que le "Teflon" de sorte que son fonctionnement est moins bruyant que ce nI,) sero.it le cas avec un contact
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de métal à métl. Lo palier extérieur 51 de la pompe est maintenu en position vers l'intérieur par trois vis de réglage 107 montées dans le flas- que antérieur 53 de sorte que le palier 51 est en concordance avec le rotor d'air 4 et maintient un jau entre le flasque 53 ut la surface du rotor qui lui est adjacente. Le manchon :46 joue donc le rôle d'un accouplement entre l'arbre d'entraîne- ment 45 et lus goujons d'entraînement 48 du ro- tor à air. Une bague torique 50 constitue un joint fixe étanche à l'air.
L'entraînement de l'arbre 45 est assure par un mécanisme quelconque mais de préférence par un moteur électrique qui peut Être un moteur à enroulement en court-circuit ou un moteur à répulsion à enroulement auxiliaire, la premier type étant préféré du point de vue économique.
Le palier principal 84 est ajusté à pression dans le stator 80 de la pompu à huile et débouche dans un évidement 94 du flasque pos- térieur 81. L'autre extrémité du palier se termine à l'intérieur du rotor à air et à proximité de son côté antérieur pour.procurer un support adé- quat au rotor. Le rotor à air 43 tourne autour du palier et entraîne le manchon 90 avec lui.
Ainsi, il est inutile de prévoir un arbre d'en- traînement pour la pompe à huile. La cavité de Cette pompe est délimitée sur le devant par le rotor à air et sur l'arrière par 10 flacquu pos-
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térieur. La cavité 68 de la pompe à air est déli* mitée sur l'avant et sur l'arrière par les flas- ques antérieur 53 et postérieur 81.
Deux pistons à gilets 67 (ci-après dé- nommés pistons dans un but de coneision), sont placés dans des cavités 71 opposées l'une à l'au- tre et pratiquées dans le rotor à air (figura 9) ces pistons étant amortis contre la paroi 66 de la cavité.
Un conduit cylindrique d'amortissement par air 70 (figure 9) est pratiqué dans la paroi antérieure de chaque cavité 71 d'unpiston pour relier la chambre à air 68 avec ladite cavité) de sorte que l'air sous chacun des pistcns dans la cavité respective est comprime et l'action élé- vatrice ainsi engendrée aide la force centrifuge à propulser les pistons vers la paroi 66 de la chambre. L'élévation par pression développée par le passage de l'air comprimé dans le conduit 70 élimine la majeure partie des vibrations et de la chaleur qui seraient autrement inévitables par suite de la course desdits pistons.
Ces pistons sont agencée pour se mouvoir dans et hors des cavités respectives en réduisant au minimum tout contact matériel avec les parois des cavités, et de mouvement des pistons dépend de la différence des pressions d'air respectivement sur l' avant ot sur l'arrière dos pistons, t'opération du rotor à air est relativement silencieuse pour les
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raisons suivantes :(1) au démarrage de la pompe, le contact entraxes pistons 67 et la paroi 66 de la chambre à air est un contact de roulement;
et (2) alors ..que le compresseur pour- suit son fonctionnement et qu l'air sous pres- sion est refoulé dans les cavités 71 dus pistons à travers les conduits 70 situés à 1* arrière de ces pistons, cette pression fait flotter les pis- tons dans l'air en sorte- que pendant le va-et- vient des pistons dans et hors leurs cavités res- pectives, ils ,ne viennent que peu ou pas du tout en contact avec les parois des cavités.
La capacité du' compresseur, à air est réglable pour que la même pompe puisse convenir des installations exigeant plus ou moins d' air, selon le nombre des appareils qu'elle est appelée à alimenter en air. L'air pénètre dans le com- presseur à travers le silencieux 40, passe par le conduit 102 vers la chambre à air 68 et ensuite à travers le conduit 105 pour aboutir au distri- buteur à travers la conduite 41.
Le petit conduit 62 se raccorde à une extrémité du passage de re- tour 60 (figure 8) découpé dans la paroi du carter 56 ou, si l'on préfère, dans la face du flasque postérieur, tandis que son autre oxtré- mité est raccordée à la prise d'air 102 à tra- vers lu petit conduit 61. La quantité d'air re- mise en circulation par la canalisation de retour est réglée par une via de réglage 63. Un réglage
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correct de cette vis, soit en usine, soit sur le chantier, 'permet d'empêcher le compresseur do fonctionner au régime maximum à moias que ce- la ne soit nécessaire.
La palette de pompage plate 95 de la pompe à huile su déplace dans vt hors du stator à huilt: 80, én étant pressée vers l'extérieur par un ressort de poussée 96 (figure 10) qui est dé- libérément un ressort relativement faible. Un sup- plément de pression qui se révèle nécessaire pour appliquer de façon étanche le bord extérieur de la palette 95 contre la surface intérieure de la paroi 93 du manchon 90 est fourni par l'huile re- venant do la chambre à huile à travers une petite ouverture 103 ménagée entre la sortie d'huile 93 dans le stator 80 et l'extrémité intérieure de la cavité 104 de la palette (figure 9) prévue dans le stator.
Alors que le rotor à air tourne, il entraîne en rotation le manchon 90 dans la chambre à huile et provoque ainsi un mouvement. alternatif de la palette 95 dans sa cavité, en créant une aspiration qui soulève l'huile,du réservoir vers là pompe à travers l'entrée d'huile 98 et la re- foule à travers la sortie 99. Dans cette pompe, le stator est fixe si bien qu'un bord de la pa- lette glisse contre le flasque fixe, en réduisant ainsi au minimum l'usure par -frottement,
Ainsi, à mesure que le manchon est en- traîna on rotation autour du stator, l'huile est
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soulevée vers la pompe à travers l'entrée 98 et expulsée à tr .vers la sortie 99 par le mou- vement de la palette 95 à côté de la paroi inté- rieure 93 du manchon.
Simultanément, l'air est aspira à travers le silencieux 40 dans la chambre à air 68 à travers le conduit 102 et expulsé sous . pression de plusieurs kg à travers la sortie 105 qui est raccordée à un-distributeur si Un distri- buteur est utilisé. En ne travaillant qu'à 1000 tours/minute, on peut obtenir une élévation qui équivaut à 76 cm de mercure.
Comme on voit plus clairement à la fi- Cure 6, en pénétrant dans la pompe à huile et aussi en quittant cette-pompa, l'huile traverse le stator. La chaleur engendrée dans le compres- seur d'air.est transmise à travers le rotor d'air et le manchon d'huile pour rejoindre l'huile dans la cavité d'huile, et ensuite elle est acheminée au stator, de telle sorte que la circulation d'hui- le refroidisse continuellement le rotor d'air et l'empêche de s'échauffer à une température indé- sirable.
Le palier principal 84 n'est pas relié à l'arbre d'entraînement et c'est pourquoi un couple très faible suffit pour amorcer le fonc- tionnement de la pompe. '
Pour égaliser la poussée développée par le refoulement de l'air et de 1 nulle vers leurs sorties respectives, ces.sorties sont avan-
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fameusement placées à l'opposé l'une de l'autre, comme on voit à la figure 5, où la sortie d'air 105-(à laquelle peut être fixée la conduite 83 du -.distributeur) se trouve à l'opposé de la sor- tie d'huile 99.
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VARIANTES DvCOp'TRU9TIQE DE LA POMPE
La pompe 110 représentée aux figurer 11 à 13 comprend un compartiment d'air relative-
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ment grand 111 et ,un compartiment d'h.9ai e relati- vement petit 112. L'arbre d'entI':1!ner.llJn"; 113 pas-' se 'directement du moteur dans la pompe.
Le compartiment excentré d'aià- f 't com- prend un rotor concentrique 115 ayant une entrée d'air 116. L'échappement n'est pas représenté
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mais se trouve en face de l'entrée. Alois que 11 as'''' bre entraîne le rotor dans le sens indiqué par une flèche à la figure 11, l'air est aspiré dans la chambre 111 par les pistons 119 et est refoulé à travers l'échappement.
Aucune cloison n'est prévue entre les
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compartiments à extrémités ouvertes 111 et 112.
Le côté du rot'?r 115 ferme hermétique mort l'extré- mité ouverte di. compartiment 11. L'extrémité 120 de l'arbre 115 #ri.verse le compartiment à huile 112 qui est excentré par rapport au centre de l'arbre. L'huile arrive dans le compartiment 112 par une conduite d'alimentation 122 et s'échappe par une sortie 123. La palette à tiroir 125 '
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(figure 13) est construite en deux parties sé- parées par un ressort 126 qui pousse ccntinuel- lement chacune des parties contre la proi cy- lindrique du compartiment 112. La pâlotte 125 effectue un mouvement de- va-et: vient pendant que ses bords parcourent la.-paroi cylindrique excen- trée de la chambre .
Cn obtient) ainsi uneaction de pompage de l'huile vers le.'compartiment 112 et hors de Celui-ci.
Ain , lorsque* l'arbre 113 tourne, il pompe simultanément de' l''air et de 2'huile à travers.les compartiments respectifs 111 et 112.
Les figures '14-et 15 représentent une variante de construction-pour la pompe à huile.
L'arbre 130 auquel est fixé le rotor fournit de l'air à partir du compartiment 131 de la façon décrite. L'huile provient du compartiment 132.
Ce compartiment est cylindrique mais excentré par rapport au centre de l'arbre 130. Une tur- bine en matière plastique flexible est ajustée sur l'extrémité de l'arbre et comprend un moyeu annulaire 135 et des pales 136 de ventilateur.
Alors que le ventilateur' tourne dans la chambre, la force centrifuge et l'élasticité de la tur- bine projettent les pales en dehors, en contact continu avec la surface cylindrique extérieure de la. chambre 132 sauf lorsque l'utilisation de l'huile diminue, auquel cas la pression s'éta- blit dans la chambre 132 et les pales fléchissent
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pour tourner avec leurs extrémités entièrement hors de contact de ladite surface cylindrique, en établissant une condition d'équilibre (qu'on pourrait assimilir à une dérivation incorporée).
Par suite de l'excentricité de la turbine lorsque les pales tournent, celles-ci fléchissent pendant qu'elles sont dans la zone où l'arbre 130 se rap- proche le plus de la paroi périphérique de la chambre 132. L'huile est aspirée par l'entrée 138 et expulsée par la sortie 139.
Dans une autre variante qui est repré- sentée à la figure 16, la pompe à huile est munie depistons à galets/42 qui fonctionnent exacte- ment comme les pistons 119 du ventilateur. La force centrifuge engendrée par la rotation du rotor 144 projette ces pistons contre la paroi intérieure de la chambre à huile 145 et ainsi pompe l'huile à travers cette* chambre pendant 13. rotation du rotor.
L'huile est envoyée à l'un des divers brûleurs à partir d'une source d'alimentation ap- propriée, de préférence en l'aspirant vers le haut à partir de la source de niveau constant tel- lé que la cuve C de da figure 1 dans laquelle on maintient un niveau constant. Si l'alimentation sentait par gravité, il convient de maintenir un taux d'alimentation correct.
Eventuellement, un*, pellicule d'huile prévue entre lus palettes dans la pompe à air et
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la paroi de la chambre à air tend à réaliser un joint qui augmente le lendement de la pompe*
Des bagues toriques ou autres joints règlent cet écoulement capillaire de l'huile.
En se référant de nouveau à la figu- re 1, on voit que le système à brûleurs convient tout spécialement pour des utilisations domesti- ques, particulièrement quand un grand nombre d'ap- pareils domestiques ou ménagers doivent être chauf- fés à l'huila. On peut utiliser un type quelconque d'étaleur de flamme en combinaison avec le brûleur.
Il n'est pas nécessaire de le diriger vers le haut, mais on put le faire horizontalement ou avec tou- te inclinaison désirée Grâce au distributeur d'air, une seule pompe peut desservir les divers appareils.
Dans une pompe du type représenté aux figurée 5 à 10, ayant une capacité intérieure mesurant environ 10cm de dismètre et 3,8 est de profondeur, et avec le rotor tournant à 1000 tours/minute, en pout pomper environ 120 litres d'huile à l'heure avec suffisamment d'air pour aspirer cette quantité dans plusieurs brûleurs.
La pression de l'huile à la sortie de la pompe est relativement basse, mais lorsque la sortie d'huile de la pompe est- obturée, la pression établit peut atteindre 27 ou même 32 kg; mais .cette pression revient.rapidement à la pression de travail quand on ouvre la sortie.
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Diverses modifications restent possi- bles sans sortir du cadre de l'invention. Notam- Dent, les pompe à huile et à air et les brûleurs utilisas dans le système peuvent être très diffé- rents de ceux qui ont été décrits à titre d'exem- pies.
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"Oil burner equipment"
The present invention relates to a new system of oil burners and its object is to provide both a new type of oil burner and a pump of a novel construction more particularly intended for the supply of air and in oil from one or more oil burners.
In this system, the pump supplies air to a distributor connected to a series of burners which are used more or less periodically, and preferably the oil is supplied to each burner by the pump through a valve.
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controlled by a float which maintains an oil reserve at a level slightly lower than that of the burners. In this system, all of the burners are arranged approximately 2.5 cm above the oil level and as the oil is sucked through the burner nozzles, new amounts of oil are drawn in. oil are sucked into the burner. As long as the oil is lifted to be admitted into the burner, it is impossible for it to be flooded by the oil.
The air in the distributor is maintained under a low pressure which may be between 0.07 and 0.7 and preferably between 0.21 and 0.35 kg / cm2. The air which has not been used is advantageously recycled from the distributor to the pump, either to the air intake itself or to the chamber in which the air turbine operates.
The pump has two chambers arranged side by side on a common stationary, each chamber containing its own impeller. The larger chamber also has air suction and discharge, and the inlet of the smaller chamber is connected to an oil supply, while the pump delivers oil through a suitable outlet. The air sucks the oil in one or more burners which generate heat for one or more appliances which may be ovens, incinerators, clothes dryers, water heaters, etc.
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Although various means can be used to deliver low pressure air to a burner, the preferred form of equipment comprises a rotary pump in which roller pedestrians operate. These pistons are projected towards the peripheral wall of the chamber of the pump when the impeller of the latter is. rotation. The motor which drives the pump may for example be an electric motor, and it has been found that a running motor has about 1000 revolutions / minute and a power of approximately
0.1 HP is suitable for low heat requirements. Of course, for larger burners a more powerful motor would be needed. In general, it is preferable that the motor is built integrally with the pump housing.
Leo two chambers in the pump, that is to say the oil chamber and the air chamber, are provided in a single casing. The smallest chamber, which is the oil chamber, may be offset outward from the inner tube or it may occupy a partitioned space inside the inner tube, or it may be be partially placed inside the air chamber and have a part opening out to the outside of the latter. The turbine mounted in the oil chamber and / or in the air chamber may constitute the rotor of the pump or
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on the contrary, its stator, in which case it is the chamber which rotates around the rotor.
There is no partition between the two chambers, so oil escapes from the oil chamber in a small amount which is however sufficient to lubricate the moving parts. inside the pump.
In the preferred form of construction, each burner includes a chamber into which the oil is drawn in by the primary air. The outlet of this chamber generally comprises a Venturi and the gases flow through the chamber under increasing pressure. As the gases pass through the Venturi, their speed increases. A flame is maintained at a point beyond the Venturi where the gases receive additional amounts of air. The final temperature is reached quickly.
Under a preferred set of conditions, the chamber which is supplied with oil and primary air serves as a conversion chamber in which the oil-air mixture is burnt under underfeed conditions and the exhaust gases. are subsequently burned with additional or secondary air. In other conditions, there is no separate conversion chamber but a continuous flame from the point of ignition, this flame being directed by a flame guide.
Pump parts can be machined
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formed or stamped in a metal, or they may be cast in a plastic material such as rubber extended in oil or other thermosetting plastic material. Roller pistons are advantageously used in the chamber, while in the oil chamber at least one flat pallet loaded by a spring is provided. These turbine elements can be made of "Nylon" or "Teflon" or a similar material which should be characterized by its lightness and not require lubrication, or these elements can be metallic.
They can be coated with a plastic material or they can be constituted by metal envelopes filled with a plastic material.
In order to maintain the pump at a relatively constant temperature, it is desirable to circulate oil through it. part serving as stator. It is also possible to circulate air in the rotor. This prevents the pump from heating up by causing an increase in the temperature of the oil and the air, which would have the effect of modifying the efficiency of the apparatus in order to prevent the lifting of the pump. oiled it to a sufficient height by the action of the vacuum.
Preferably, the oil is sucked in by the air through a nozzle mounted at the inlet of the
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flame guide that is open at both ends.
The secondary air is introduced into the conversion chamber in which the flame guide is located.
Between the nozzle and the flame guide, there is usually a screen or a perforated or annular plate to prevent backfire *.
Generally, the burner can be horizontal, in which case the combustible gases generated within the burner can be introduced into an elongated or annular chamber which is filled with flames. As a variant, the burner can be vertical. The burner is equipped with primary air and secondary air supplies, and on the other hand the air mixes advantageously with the combustion gases after the latter have left the flame guide through the Venturi tube. If the burner is vertical, it may include a conical deflector located at the top and intended to spread the flame.
The air from the fan outlet is preferably filtered to remove particles which could clog the nozzle orifice or otherwise interfere with the smooth operation of the equipment.
Other objects and advantages of the invention will emerge from the description which will be given hereinafter with reference to the accompanying drawings in which:
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FIG. 1 is a perspective view showing an oil burner system comprising several devices heated by individual burners but all supplied with oil and air from the same stern; Figure 2 is a sectional view of a preferred type of a Venturi burner; Figure 3 is an exploded view of the burner showing the nozzle, the flame chamber and adjacent parts; Figure 4 is a section taken along line 4-4 of Figure 2;
Figure 5 is a perspective view of one end of a pump according to one form of construction, this end being hereinafter referred to as "rear", Figure 6 is a section taken along broken line 6 -6 of Figure 5, showing the entry and exit of the oil; Figure 7 is a section through the stern taken along broken line 7-7 of Figure 5; Figure 8 is a view of the pump taken on line 8-8 of Figure 7 with the front plate removed, a portion of the rotor being in section and a further portion of the rotor being cut away; Figure 9 is a detailed section taken along line 9-9 of Figure 7 showing one of the roller pistons floating in a pocket within
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from which it is animated by a back and forth movement;
Figure 10 is a section through line 10-10 of Figure 7 showing the construction details of the oil stern, and in particular a passage between the paddle chamber and the oil outlet chamber of the pump;
FIG. 11 is an exploded view of an alternative construction of the. pump, with a flange removed from the body; FIG. 12 is a section. by line 12-12 of Figure 11; . Figure 13 is a section of the pump taken on line 13-13 of Figure 12; Figure 14 is a sectional view of a pump of modified construction. Figure 15 is a sectional view of the pope taken on line 15-15 of Figure 14;
and Figure 16 is a similar sectional view of another modification of the oil pump suitable for an oil and air type pump.
The oil is lifted from a reservoir to the ponpe and is sent to a small reservoir close to the burner in which the oil level is kept slightly lower than that of the burner nozzle, usually at no distance. not exceeding 30 cm and which is preferably about 2.5 cm. The air is used at a relatively low pressure, for example of the order of 0.28 kg / cm *. The action. air passing through the nozzle creates
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a suction which lifts the oil in the chamber of the nozzle. In this chamber the two are mixed, the air sucks in the oil and the air-oil mixture leaves the nozzle in the form of a mist.
The oil is preferably N 1, 2 or 3 fuel oil (ASTM standards).
In the burners, the oil burns completely. The carbon residue is very low or even nonexistent, depending on the quality of the oil used. The burner is of the automatic purge type with regard to all residues of this kind.
Sufficient turbulence is maintained in the conversion chamber and in the final combustion chamber to satisfy this condition. The temperature of the flames in the conversion chamber is of the order of 650 to 760 C which can even reach 980 C or more depending on the quantity and quality of the oil used and the use made of the oil. flame.
Figure 1 is a schematic view of an oil burner system illustrating the various systems that may be designed.
The type and number of appliances served may vary, but in this particular case we have been content to represent a furnace F, a water heater CE and an incinerator I, which does not of course exclude the possibility of simultaneously supplying air to other appliances which consume it.
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The P pump is shown as directly connected to an M motor and both are mounted on a PC control panel together with the CD primary burner control. An air distributor D is connected to the pump through a regulating valve R and three air ducts A1 A2 A are provided, going from distributor D to three burners B1 'B2 and B3 serving the appliances. - reils. The fourth air line from the distributor which is also shown may or may not be used.
A solenoid switch S is fitted in each air line from the distributor and is actuated by an FS detector of each flame, and if for some reason the flame in a burner goes out , the air supply to that particular burner would be immediately shut off.
The electromagnets are furthermore controlled by means placed in the various devices, namely a thermostat in the oven, an aquastat in the boiler and a timer in the incinerator, and they are connected with the various electromagnets to regulate the operation of the associated burners.
A manometer G indicates the air pressure in the distributor. A return duct RA 'to the distributor is provided for the return of excess air' to the pump. A spring loaded valve is mounted at the outlet of the
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distributor to the pump (for air recirculation), the spring usually being adjusted - from 0.28 to 0.35 kg / cm cm to adjust the amount of air returned to the pump. The return air is shown as being connected to a silencer through which air enters the pump, but the connection could be made directly in the pump body either to its air intake or to the chamber. - bre of air itself.
This allows the air compressor to continue to operate without overload when air is not in use or when only one or two of the appliances being served are operating. The air, if allowed to escape into the atmosphere, would make a very annoying noise.
The oil is lifted from the reservoir R to the pump and then sent to the burners through a single pipe AH to end up in three vats with constant level valves C, such a vat being provided for each burner. Their role is to maintain a small mass of oil for each burner at a level immediately below that of the burner nozzle. An RH oil return line is also provided for these tanks with a view to recycling to the tank R.
The C tanks are connected in parallel between the supply line and the oil recycling line,
The electrical control may include a transformer if such a transformer is required, or alternatively transformers
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individual T placed on or next to the individual serviced devices, as shown.
In each of the devices is mounted a flame detector connected to the control panel, so that in the event that one of the detectors registers the absence of flame in the associated device, the electromagnet connected to this unit is immediately activated by shutting off the air supply to this unit. Since the oil is maintained by the constant level valves in the tanks C at a level just below the corresponding nozzles, as soon as the air supply is interrupted to a burner, the oil supply is cut off. automatically stops while * the oil is lifted by the action of the air from tanks 0 in the burner.
Each device is controlled independently of all the others and using a common air compressor and a common oil pump, The devices do not necessarily have to be at the same level expected that the tanks C maintain a separate power supply in oil at a constant level for each burner. If the devices are all at the same level, a single constant level valve is sufficient. The purpose of this valve is to maintain an oil level just below the level of the nozzle, so that the air supply to the burner lifts the oil.
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to the burner, as needed. There is therefore no gravity supply of oil and no risk of overfilling.
The burner shown in Figures 2 to 4 comprises a nozzle 5 at the front and also a primary air supply 6 and an oil supply 7. The nozzle shown is of the type shown in Figure 1 of Canadian Patent No. 650,549 of October 16, 1962 in the name of Gulf Research & Development Company. The spark is supplied by the electrodes 8 in the ring 9 which is formed of a porcelain having high thermal shock resistance and high dielectric value. The cap 10 is not essential but if it is used, the secondary air is discharged there by a duct 11. The air of the duct 11 and the primary air arriving at 6 can come from the same source.
In the absence of a cap 10, secondary air is drawn from the atmosphere into the burner, as will be described. Secondary air can come in through openings 13, but preferably it enters through openings 14 in the flame guide 12 which is open at both ends, and the air-oil mixture passes through the flame guide without encountering d 'obstruction. After that, the mixture passes between the flame guide and the wall of the conversion chamber 17 through openings 16.
The oil in nozzle 5 is ignited by
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a spark emitted by the electrodes 8. These electrodes are placed in a cavity 19 below the central opening 20 of the porcelain ring 9, away from the oil particles suspended in the air-gas stream arriving in. the flame guide 12. By placing the electrodes in such a cavity ', the carbon is prevented from depositing therein.
A stream of air passing through. inlet 23 blows the spark between the electrodes into the main stream of the air-oil fuel mixture and thus maintains the flame,
The ring 9 is flanked by steel clamping rings 25 which are attached to the ring 9 by two screws and thus serve to support the whole burner. The oil-air mixture exiting the nozzle 5 passes through a hole formed in the center of a metal screen 26 and prevents backfire through the openings 14 for the flame thus produced.
The throttle in Venturi 27 maintains a balanced pressure in conversion chamber 17. The following numerical description is given by way of example only and is not intended to be limiting. In a burner measuring 85.7 = 'from the front of the base to the Venturi constriction 27, having a flame guide 12 38.1 mm in diameter and 38.1 mm in length, drilled at a rate thirty-five holes per cm, each of the holes being 1.14mm in diameter.
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surrounded by a conversion chamber 17 having
76.2 mm in diameter and 34.9 mm in length, with the opening of Venturi 27 having 19 mm in diameter, it is possible to maintain an oil inlet of between 0.83 and 1,
9 liter / hour with different orifice openings in the nozzle.
If a larger Venturi groove is used, the oil supply can be increased to a value greater than 1.9 liters / hour. The greater the arrival of oil, the greater the quantity of air required to suck it in, and this greater volume of air lowers the temperature in the conversion chamber. As a result of the higher number of liters / hour in the burn rate resulting from the use of a larger nozzle, the gas flow through: the throttling of the Venturi 27 3 'takes place under a much larger volume and at a much lower temperature than when using a smaller nozzle.
At the exit of the gases from the final chamber 28 of the burner, a greater volume of gas tends to lower the temperature of the flame at the location of the flame deflector 29, creating a larger circular flame, spreading out beyond the edges of the deflector 29a
The turbulent gas flow through the Venturi 27 pockets the deposition of the sucked oil, etc., in the conversion chamber,
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all this oil and the other impurities being carried away from the chamber through the Venturi by the gas stream.
The conversion chamber and its contents rapidly rise to the final temperature, thus achieving balanced operating conditions throughout the system.
The final burner chamber 28 is of the upflow type and is located at the end of the Venturi. The cylindrical flame guide
28 'directs the flame upward through the middle of chamber 28 and against the bottom of flame deflector 29 supported by rods attached to chamber 28. Secondary air passes through the bottom of the chamber from bottom to top. chamber 28, this one is perforated, and / or passes downward through the edge of the screen 30 to feed this flame.
The flame front is just in front of a hole in the screen 26. The throttling in the Venturi 27 delays the outflow of sorting gases as a balanced pressure builds up in the conversion chamber -1 7
Two operating modes are possible. The air-oil flow can be adjusted so that there is sufficient air in chamber 17 to cause all or substantially all of the oil to burn.
In this case, the walls of the dovion- chamber
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ncnt very hot and the gases generated pass + through the Venturi tube 27. These gases rise through the chamber and strike the bottom of the deflector 29 or other surface which should be heated. The output of the conversion chamber can be shut off immediately beyond the throttle or it can be connected to different model burners.
According to another mode of operation, when the amount of air introduced into chamber 17 is limited, the gases passing through the Venturi 27 are under-supplied. In this case, combustion takes place in chamber 28 and beyond the latter with the additional air drawn in through the perforations in the bottom of this chamber or in the edge of the screen 30, by any other means. power supply that can be used. The conversion chamber 17 transforms the hot aspirated mixture into gas, making it possible to burn a greater number of constituents in the flame than had previously been possible.
The constriction in the Venturi 27 and the location of the nozzle 5 determine the position of the flame front. Between the flame front and the throttle in Venturi 27, the gas flow is turbulent and carbon cannot accumulate in the chamber. As the gases are forced upward from the
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conversion chamber 17 to chamber 28 and then further up against the bottom of the baffle or other surface the turbulent flow continues in chamber 28 to prevent the deposition of any solid matter in the gases.
Screen 30 is used to. provide an additional flow of air over the outer wall of chamber 28 and down into the chamber where, if the gases are under-supplied when passing through Venturi 27, additional combustion occurs. The screen 30 also plays the role of a muffler,
At the start of firing and before reaching final temperatures in the converter chamber, an initial burst of flame occurs through the choke 27 and against the baffle 29.
Once the final temperature is reached, the aversion chamber 17 transforms the oil-air spray from the nozzle into gas and, as a result of the throttling 27, those gases which lack combustion air extinguish the flame. between this point and the final combustion chamber 28, where the gases receive sufficient atmospheric air to reignite under the effect of the initial flame already established. If the flame in chamber 28 fails, a dangerous condition is created since conversion chamber 17 continues to produce gases.
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A flame detector (FS in figure 1), which may be of the bimetallic or electronic type, responds to this state of affairs and acts by electrical means to cut off the air supply to the burner, thereby eliminating the arrival of oil. If the system has only one burner, the flame detector can act directly on the air pump; if several burners are provided, the respective detectors act on the solenoid valves as indicated by the letters S in figure 1.
The command communicated by each flame detector is of the usual type and in no way interferes with the normal operation of the burners.
After the heat of the gases has been used for the desired purposes, the burnt gases are vented through a chimney or by some other means into the atmosphere.
THE PUMP
The preferred type of oil and air pump is shown in Figures 5-10 and comprises a substantially cylindrical housing 56 closed by a front flange 53 and a. rear flange 81. In the casing, are mounted a rotary air compressor and an oil pump for the purpose of lifting the oil from the main tank, passing it through the pump and supplying it to one or more
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several burners. The air compressor comprises a rotor 43 mounted in an eccentric air compression chamber 68 (FIG. 9), the shell of which forms the outer wall 66.
The oil pump comprises a stator 80 fixed to the rear flange 81 by screws 92 and an eccentric oil chamber 82 (FIG. 10) formed by a sleeve 90 of the pump cavity disposed in a recess in the surface of the pump. rotor 43 which faces the rear flange.
The sleeve 90 is driven by the rotor 43 via a fixed drive pin 83 located partially in the rotor and partially in the sleeve. The sleeve is pressed against the rear flange by an annular sealing spring (usually a spring of about 2.25 kg) 101 interposed between the sleeve and the rotor. This spring pushes the sleeve away from the rotor and applies it tightly to the rear flange. A ring ring 91 mounted in a groove made in the outer periphery of the sleeve forms a tight seal between the sleeve and the rotor, by preventing oil from infiltrating between them and consequently on the face of the rear flange 81 and in the air chamber 68.
This sleeve therefore serves not only as an eccentric cavity for the oil pump but also as a fixed seal at the location of the O-ring 91, and also as a
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rotary seal at the separation surface between the sleeve and the flange 81; as a result of the action of the spring 101, the two seals cost self-adjusting. The two seals are preferably constructed to be able to withstand an oil pressure of the order of 3 meters. The capillary action lubricates the separation surface between the sleeve 90 and the posterior flange 81 and also the surface of the main bearing 84 with which the rotor 43 comes into contact.
No lubrication is necessary for the air compressor since the surface of the rotor 43 is in sealed contact with any adjacent surface of the compressor and the friction between the rotor and the roller pistons is reduced thanks to the air cushion established between them, as will be explained below.
The drive shaft 45 which passes through the outer bearing 51 of the pump drives the air rotor 43 via a coupling 49 provided on the front of this rotor. Two studs 48 provided on the front of the rotor 43 open into the coupling 49 and two similar studs (not shown) regularly spaced from the first are provided on the sleeve 46 ot also open into the coupling 49. De in this way, the rotor is secured in rotation to the drive shaft 45.
The coupling is made of a material such as "Teflon" so that its operation is less noisy than this,) sero.it the case with a contact
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from metal to metl. The outer bearing 51 of the pump is held in position inward by three adjustment screws 107 mounted in the front flange 53 so that the bearing 51 is in line with the air rotor 4 and maintains a gauge between the flange 53 ut the surface of the rotor which is adjacent to it. The sleeve 46 therefore acts as a coupling between the drive shaft 45 and the drive studs 48 of the air rotor. An O-ring 50 constitutes a fixed airtight seal.
The drive of the shaft 45 is provided by some mechanism but preferably by an electric motor which may be a short-circuit winding motor or an auxiliary winding repulsion motor, the first type being preferred from the standpoint. economic.
The main bearing 84 is pressure-fitted in the stator 80 of the oil pump and opens into a recess 94 of the rear flange 81. The other end of the bearing terminates inside the air rotor and close to it. its front side to provide adequate support for the rotor. The air rotor 43 rotates around the bearing and drives the sleeve 90 with it.
Thus, there is no need to provide a drive shaft for the oil pump. The cavity of this pump is delimited on the front by the air rotor and on the back by 10 flacquu pos-
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terior. The cavity 68 of the air pump is delimited on the front and on the rear by the anterior 53 and posterior 81 flanges.
Two vest pistons 67 (hereinafter referred to as pistons for the purpose of coneision), are placed in cavities 71 opposed to each other and formed in the air rotor (figure 9) these pistons being cushioned against the wall 66 of the cavity.
A cylindrical air damping duct 70 (Figure 9) is formed in the front wall of each piston cavity 71 to connect the air chamber 68 with said cavity) so that the air under each of the pistons in the cavity respective is compressed and the elevating action thus generated assists the centrifugal force in propelling the pistons towards the wall 66 of the chamber. The pressure rise developed by the passage of compressed air through conduit 70 eliminates most of the vibration and heat which would otherwise be unavoidable as a result of the stroke of said pistons.
These pistons are arranged to move in and out of the respective cavities minimizing any material contact with the walls of the cavities, and movement of the pistons depends on the difference in air pressures respectively on the front ot on the rear. back pistons, the operation of the air rotor is relatively silent for
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following reasons: (1) when starting the pump, the contact between piston centers 67 and the wall 66 of the air chamber is a rolling contact;
and (2) then ... as the compressor continues to operate and the pressurized air is forced into the recesses 71 of the pistons through the conduits 70 located at the rear of these pistons, this pressure floats. the pistons in the air ensure that during the reciprocation of the pistons in and out of their respective cavities, they come in little or no contact with the walls of the cavities.
The capacity of the air compressor is adjustable so that the same pump may be suitable for installations requiring more or less air, depending on the number of devices it is called upon to supply with air. Air enters the compressor through muffler 40, passes through conduit 102 to air chamber 68, and then through conduit 105 to the distributor through conduit 41.
The small duct 62 connects to one end of the return passage 60 (Figure 8) cut in the wall of the housing 56 or, if preferred, in the face of the posterior flange, while its other end is connected to the air intake 102 through the small duct 61. The quantity of air recirculated by the return pipe is regulated by an adjustment via 63. An adjustment
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correct use of this screw, either in the factory or on the job site, prevents the compressor from operating at maximum speed unless it is necessary.
The flat pumping vane 95 of the oil pump su moves in vt out of the oiled stator 80, being pressed outwardly by a thrust spring 96 (Fig. 10) which is purposely a relatively weak spring. Additional pressure which is necessary to seal the outer edge of the vane 95 against the inner surface of the wall 93 of the sleeve 90 is provided by the oil returning from the oil chamber through an oil chamber. small opening 103 formed between the oil outlet 93 in the stator 80 and the inner end of the cavity 104 of the pallet (Figure 9) provided in the stator.
As the air rotor rotates, it rotates the sleeve 90 in the oil chamber and thereby causes movement. reciprocating the vane 95 in its cavity, creating a suction which lifts the oil from the reservoir to the pump through the oil inlet 98 and back through the outlet 99. In this pump, the stator is fixed so that an edge of the pallet slides against the fixed flange, thus reducing friction wear to a minimum,
Thus, as the sleeve is rotated around the stator, the oil is
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lifted towards the pump through the inlet 98 and expelled through the outlet 99 by the movement of the vane 95 beside the inner wall 93 of the sleeve.
Simultaneously, air is drawn through muffler 40 into air chamber 68 through duct 102 and expelled under. pressure of several kg through the outlet 105 which is connected to a distributor if a distributor is used. By working only at 1000 revolutions / minute, one can obtain an elevation which is equivalent to 76 cm of mercury.
As can be seen more clearly in Figure 6, entering the oil pump and also leaving this pump, the oil passes through the stator. The heat generated in the air compressor is transmitted through the air rotor and the oil sleeve to join the oil in the oil cavity, and then it is conveyed to the stator, so that the circulation of oil continuously cools the air rotor and prevents it from heating up to an undesirable temperature.
The main bearing 84 is not connected to the drive shaft and that is why a very low torque is sufficient to start the operation of the pump. '
To equalize the thrust developed by the discharge of air and zero towards their respective outlets, these.
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famously placed opposite each other, as seen in Figure 5, where the air outlet 105- (to which the duct 83 of the distributor can be attached) is located opposite of the oil outlet 99.
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PUMP DvCOp'TRU9TIQE VARIANTS
The pump 110 shown in figures 11 to 13 comprises a relative air compartment.
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relatively large 111 and a relatively small fuel compartment 112. The drive shaft: 1! ner.llJn "; 113 runs directly from the motor into the pump.
The off-center air compartment comprises a concentric rotor 115 having an air inlet 116. The exhaust is not shown.
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but is in front of the entrance. Alois that 11 as '' '' bre drives the rotor in the direction indicated by an arrow in FIG. 11, the air is sucked into the chamber 111 by the pistons 119 and is discharged through the exhaust.
No partition is provided between the
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open end compartments 111 and 112.
The side of the rot '? R 115 closes the dead hermetic open end di. compartment 11. The end 120 of the shaft 115 # ri. reverses the oil compartment 112 which is eccentric to the center of the shaft. The oil arrives in compartment 112 through a supply line 122 and escapes through an outlet 123. The spool pallet 125 '
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(figure 13) is constructed in two parts separated by a spring 126 which continuously pushes each of the parts against the cylindrical proi of the compartment 112. The paddle 125 performs a back and forth movement while its edges run through the eccentric cylindrical wall of the chamber.
This results in an action of pumping oil to and out of compartment 112.
Thus, as the shaft 113 rotates, it simultaneously pumps air and oil through the respective compartments 111 and 112.
Figures 14 and 15 show an alternative construction for the oil pump.
The shaft 130 to which the rotor is attached supplies air from the compartment 131 as described. The oil comes from compartment 132.
This compartment is cylindrical but eccentric to the center of the shaft 130. A flexible plastic impeller fits over the end of the shaft and includes an annular hub 135 and fan blades 136.
As the fan rotates in the chamber, the centrifugal force and elasticity of the turbine propels the blades out, in continuous contact with the outer cylindrical surface of the. chamber 132 except when the use of oil decreases, in which case the pressure builds up in chamber 132 and the blades flex
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to rotate with their ends entirely out of contact with said cylindrical surface, establishing a condition of equilibrium (which could be likened to an incorporated derivation).
As a result of the eccentricity of the impeller as the blades rotate, the blades flex while they are in the area where the shaft 130 comes closest to the peripheral wall of the chamber 132. The oil is sucked in through inlet 138 and expelled through outlet 139.
In another variation which is shown in Fig. 16, the oil pump is provided with roller pistons / 42 which function exactly like the pistons 119 of the fan. The centrifugal force generated by the rotation of the rotor 144 projects these pistons against the inner wall of the oil chamber 145 and thus pumps the oil through this chamber during rotation of the rotor.
The oil is sent to one of the various burners from a suitable power source, preferably by sucking it upward from the constant level source such as tank C. da figure 1 in which a constant level is maintained. If the feed smelled by gravity, the correct feed rate should be maintained.
Optionally, a *, film of oil provided between the vanes in the air pump and
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the wall of the air chamber tends to form a seal which increases the following of the pump *
O-rings or other seals regulate this capillary flow of oil.
Referring again to Fig. 1, it will be seen that the burner system is especially suitable for domestic uses, particularly where a large number of domestic or household appliances are to be heated. huila. Any type of flame spreader can be used in combination with the burner.
It is not necessary to direct it upwards, but it could be done horizontally or with any desired inclination. Thanks to the air distributor, a single pump can serve the various devices.
In a pump of the type shown in Figures 5 to 10, having an internal capacity measuring about 10cm of dismeter and 3.8 is deep, and with the rotor rotating at 1000 rpm, to pump about 120 liters of oil at the hour with enough air to suck this quantity into several burners.
The pressure of the oil at the outlet of the pump is relatively low, but when the oil outlet of the pump is closed, the pressure established can reach 27 or even 32 kg; but .this pressure quickly returns to working pressure when the outlet is opened.
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Various modifications remain possible without departing from the scope of the invention. In particular, the oil and air pumps and burners used in the system may be very different from those which have been described by way of example.