Procédé et appareil pour la formation d'un mélange de gaz à utiliser sous forme de courant d'injection. La présente invention concerne un procédé pour la formation d'un mélange de gaz à uti liser sous forme de courant d'injection, par exemple. d'un mélange de gaz combustible et de gaz comburant, à fournir à un four à com bustion interne, et un appareil pour la réali sation de ce procédé.
Le procédé présente la particularité qu'on amène 1'1u1 des gaz à une pression plus élevée que l'autre pour servir de gaz moteur, qu'on change une partie de l'énergie de pression de ce gaz moteur en énergie de vitesse avec ré duction de pression, qu'on amène l'autre gaz à une pression approximativement égale à la pression que rencontre le mélange clans l'es pace ou il est déchargé, en un endroit proche du point où le courant de gaz moteur a une vitesse relativement élevée et une pression basse, et le 'fait aspirer par ce dernier, puis retra.nsforme une partie de l'énergie de vi tesse du mélange en énergie de pression,
l'écoulement chi gaz moteur pendant lesdites réduction et reprise de pression étant effectué par un conduit à coefficient d'écoulement ap proximativement constant, et le réglage de la quantité de mélange fournie s'effectuant en réglant l'arrivée du gaz moteur.
L'appareil pour la réalisation du procédé comporte un dispositif pour amener l'un des gaz à une pression plus élevée que l'autre pour servir de gaz moteur, un dispositif pou vant transformer une partie de l'énergie de pression de ce gaz moteur en énergie de vi tesse avec réduction de pression, un dispositif pour amener l'autre gaz, à une pression ap proximativement égale à la pression que ren contre le mélange dans l'espace dans lequel il est refoulé, en un endroit proche du point où le courant de gaz moteur a une vitesse re lativement élevée et une pression basse et pour le faire aspirer par ce .dernier, un dis positif pour retransformer une partie de l'é nergie de vitesse du mélange en énergie de pression,
formant partie d'un conduit établi de manière à réaliser l'écoulement du gaz moteur avec un -coefficient d'écoulement ap- proximativement constant, et un dispositif de réglage de l'arrivée du gaz moteur pour faire varier la quantité de mélange fournie.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, un appareil suivant l'invention et des variantes, pour la formation d'un mélange combustible au moyen d'un gaz combustible et d'air servant d'agent comburant, en vue de l'alimentation d'un four à combustion interne.
La fig. 1 est une vue en élévation, partie _en coupe, d'une première forme d'exécution; La fig. la est une vue séparée d'un régula teur de pression pour le gaz combustible; La fig. 2 montre en coupe une partie d'un four avec l'une de plusieurs tuyères-brfileurs alimentées d'un mélange de gaz combustible par cette forme d'exécution de l'appareil, la coupe étant faite, à échelle réduite, suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 est une coupe de détail à plus grande échelle;
La fig. 4 montre, en coupe, une variante d'un dispositif pour régler la qualité du mé lange; La fi-. 5 montre, en coupe, une variante d'un ajutage à gaz combustible.
En se référant aux fig. 1, 2 et 3. (le l'air qui doit servir de gaz moteur et :l'agimt com burant est fourni .sous pression par un ven tilateur souffleur 10 (fig. 1), et arrive, par une tubulure 11, dans une chambre 12. T>?i robinet 13 est intercalé dans la. tubulure 11 pour régler l'arrivée d'air à la chambre 12 et la pression régnant dans celle-ci.
Sur l'une des parois latérales de la chambre 12 est monté un tube de Venturi 15, dont le cône d'entrée s'ouvre dans .cette chambre et Oont le cône de décharge est raccordé à une conduite 16 qui alimente des tuyères-brûleurs de dé charge du mélange combustible dans iin four à combustion interne. Une chicane annulaire 17 est formée dans la chambre 12, autour de l'entrée du tube de Venturi 15, pour assurer un écoulement uniforme de l'air da tous les points de la chambre dans le cône J'entre e du tube de Venturi.
Le gaz combustible qu'il s'agit de mélan ger à. l'air formant l'agent comburant est amené, par une tubulure d'alimentation- 20, à un régulateur de pression 21 qui réduit sa pression à une pression sensiblement égale iï celle du four qu'il s'agit d'alimenter; de<B>M</B> le gaz, sous la. pression désirée, passe dans une tubulure 22 et est déchargé par un aju- tage à gaz 23 dans le cône d'entrée du tube de Venturi, aspiré par le gaz moteur.
Le ré gulateur de pression 21 comporte un dia phragme 24 formant le fond d'une chainhre 25 dans laquelle le gaz arrive par une sou pape 26 portée par un levier 27 articulé à. la paroi latérale de la chambre 25 et reli,@ an diaphragme 24 par lequel la soupape est ainsi commandée.
La face inférieure du diaphragme ?1 est soumise à l'action d'un fluide qui détermine la pression qui doit être maintenue dans la chambre 25, et avec laquelle le gaz doit être amené. Quand la, pression interne du foui à alimenter est égale ou approximativement égale à, la pression atmosphérique, la. pression de réglage voulue sur la face inférieure du diaphragme peut être obtenue par un simple orifice 28 prévu au fond de la boîte .dü régu lateur 21 et ouvert à l'atmoshpère, comme re présenté en fi,, la, de façon que la pression atmosphérique soit maintenue dans la cham bre 29 au-dessous (lu diaphragme 24.
Si ce pendant la pression interne du four à alimen ter est supérieure ou inférieure à celle atmos phérique, la pression de réglage voulue sur la face inférieure du diaphragme régulateur 24 peut être obtenue au moyen d'un tube 30, indiqué en fig. 1, reliant l'orifice 28 à l'intP- rieur du four. Ce tube de liaison peut évidem ment aussi être employé quand la pression interne du four est égale à celle atmosphérique, mais il n'est alors pas nécessaire. Grâce à ce dispositif régulateur de pression, le gaz com bustible sera, toujours amené à la. tubulure 22 à une pression maintenue égale à celle exis tant à. l'intérieur du four, c'est-à-dire à la.
pression que rencontre le mélange injecté par les tuyères-brûleurs clans le four.
Le courant d'air passant à travers la par tie rétrécie du tube de Venturi 15 est très ra pide, et, par suite. ce courant ne suivra pas on ne s'écoulera pas doucement le long des parois du cône 35 (fig. 3), si l'angle d'ouver ture de ce cône est trop grand. Si cet angle est trop grand, il en résultera la formation de courants latéraux ou clé remous, ce qui est un désavantage puisque la conversion de la vitesse en pression clans le cône clé décharge exige une réduction régulière clé la vitesse sans courants latéraux ni remous pour s'effec tuer convenablement, c'est-à-dire pour qu'il se produise une élévation maximum clé pres sion correspondant à la réduction de la vi tesse.
De plus, la présence de remous a pour effet de faire varier longitudinalement la po- siLion du point de moindre section transver sale du jet, .sous les variations de vitesse du courant. Ce changement dans la situation du point de moindre section transversale du jet s'opposeiait au maintien des proportions cons tantes des gaz constitutifs du mélange, puis qu'il signifierait un changement correspon dant du point de vitesse maximum et de pres sion minimum, qui se trouve au point de moin dre section transversale du jet, et qui par suite ne resterait plus en position fixe ou constante sur la section transversale mini mum ou étranglement du tube.
D'autre part, un angle d'ouverture trop petit donnerait une longueur excessive du cône de décharge et@en- tra.înerait clés pertes considérables- par frotte ment. On a, constaté qu'un .angle d'ouverture clé 10 était avantageux dans les conditions ordinaires de fonctionnement.
Si l'angle d'ouverture du cône d'entrée 30 (lu tube de Venturi 15 est trop grand, le cou rant d'air quittant ce .cône ne remplira pas l'étranglement du tube de Venturi et la. pre mière partie du cône de décharge, mais il jaillira sans toucher les parois à l'endroit de cet étranglement et formera ce qu'on appelle une veine contractée en donnant naissance à des remous qui, non seulement empêchent la pleine récupération de la pression équivalente à la perte clé vitesse, mais s'opposent au main tien des proportions constantes dans le mé lange en déterminant, sous les variations quantitatives de l'écoulement d'air, un dé placement longitudinal, dans le tube,
du point de vitesse maximum e1; de pression minimum, dont la position est déterminée par la section transversale minimum du jet plutôt que par la section transversale minimum ou étrangle ment du tube. Ce déplacement du point de vitesse maximum et de pression minimum sous des vitesses d'écoulement variables devra être évité, et la situation de ce point devra être maintenue constante pour toutes les vi tesses d'écoulement dans la capacité normale de l'appareil, de façon à conserver des pro portions constantes dans le mélange.
Pour obtenir ce résultat, l'angle d'ouverture du cône d'entrée sera tel que le coefficient de dé charge du cône demeure constant sous toutes les vitesses d'écoulement à considérer et soit clé préférence pratiquement de 100 %. On a constaté dans la pratique qu'un angle d'ou verture d'environ 46 pour le cône d'entrée est avantageux. Le cône d'entrée peut être relativement court et le diamètre de son ori fice d'entrée est sans importance pourvu, toutefois, que le cône soit suffisamment long pour imprimer au courant d'air la direction voulue. Une longueur approximativement égale à la moitié du diamètre de l'étrangle ment est considérée comme donnant de bons résultats pour le cône d'entrée.
Avec des cônes d'entrée et de décharge ainsi établis, le tube de Venturi aura pour résultat que le point de moindre section trans versale du jet est maintenu fixe à l'étrangle ment du tube, que l'élévation désirée de pres sion se produit, et que la transformation né cessaire d'énergie de vitesse en énergie de pression s'effectue sans pertes excessives dues au frottement. Le courant traversant le tube sera commandé par le cône d'entrée et l'étran glement, suivant la loi d'écoulement à travers (les orifices, des changements dans la pres sion à, l'intérieur de la chambre 12 déter minant une modification de l'écoulement avec chute de pression et augmentation clé vitesse à. l'étranglement.
L'ajutage à gaz 23 est monté pour se dé charger dans l'étranglement du tube de Ven turi L5 et amène à celui-ci un courant de gaz sous l'effet moteur de l'air fourni par le ven tilateur 10. Son orifice de sortie aura une section de dimensions appropriées pour lais ser passer le volume voulu de gaz combustible proportionné au volume de l'écoulement d'air. Il est, d'après la fig. 3, situé en avant du point c e section transversale minimum de l'étranglement, à une distance plus ou moins bra.ncle, suivant les dimensions de sa section libre.
L'ajutage à gaz 23 a une entrée arrondie et conique et son orifice au delà. de cette en trée conique a une paroi cylindrique ou lé gèrement conique pour fournir un jet de gaz <I>s</I> 'écoulaiit avec un coefficient d'écoulement ou de décharge approximativement constant: dans le tube de Venturi 15. A l'extrémité da ,.ortie, la paroi de l'ajutage est effilée pour ne pas contrarier le courant d'air et éviter la formation de remous à sa sortie.
La position de l'ajutage à gaz combustible par rapport à l'étranglement du tube de Ven turi peut être réglée clans certaines limites, et. ce changement de position donnera lieu à un changement dans les proportions des gaz constitutifs du mélange ou dans la richesse de ce dernier, le déplacement de l'ajutage vers l'intérieur ou vers l'étranglement augmentant la richesse du mélange, tandis que son dé placement vers l'extérieur donne un mélange plus pauvre. Pour réaliser ce réglage relatif de l'ajutage par rapport au tube de Venturi, cet ajutage peut être monté sur un chapeau à vis de manière à, pouvoir être réglé comme représenté en fig. 1. et 2.
Mais le déplacement de l'ajutage vers l'intérieur, en quittant la po- sitiori la meilleure ou la plus efficac^, signi fie une perte de rendement de l'appareil, et, par suite, il est de beaucoup préférable, sous certaines conditions, de laisser l'ajutage en position fixe, et d'utiliser un autre dispositif de réglage réalisant des changements de pro portions dans le mélange.
L'ajutage à gaz est d'ailleurs à montaY#-e amovible, de sorte qu'on peut l'enlever facile ment et le remplacer par d'autres de dimen- sions différentes pour adapter l'appareil aux divers gaz combustibles qu'il faut mélanger à des volumes d'air différemment proportion nés pbur former un mélange explosif.
Pour pouvoir changer la position de l'aju tage à, gaz pendant la marche de l'appareil, on peut recourir à la variante représentée à la fig. 4, où la pièce filetée portant l'ajutage 23 et se vissant dans une tubulure taraudée est pourvue d'une tige 37 qui passe au dehors à travers un -presse-étoupe et qui est munie d'un volant de manoeuvre. On peut ainsi tour ner la pièce porte-a;j.utage de façon à déplacer l'ajutage longitudinalement vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport à l'étrangle ment du tube de Venturi.
D'autres dispositifs peuvent être employés dans le même but. Par exemple, l'ajutage peut être pourvu d'un organe permettant de régler sa section d'écoulement. Un ajutage de ce genre est représenté en 23a à. la fié,. 5 dans laquelle la section d'écoulement de l'a.jutaae peut être modifiée en réglant la position: d'un pointeau renflé 40.
Un autre moyen peut encore être prévu pour réaliser le réglage des proportions des constituants du mélange pendant le fonction nement de l'appareil, ce moyen étant combiné avec la tubulure de communication entre l'ajutage à gaz et le régulateur 21 pour régler la section d'arrivée du gaz en avant de l.'aju- ta.ge. Ce moyen, tel qu'il est représenté aux fig. 1 et 4, consiste en une soupape 45 dont le corps et le siège sont formés de manière à constituer entre eux un orifice à coefficient de décharge approximativement constant.
,Quand cette soupape est partiellement fermée, le volume de gaz arrivant à l'ajutage 23 est évidemment inférieur au volume qui y ai-rive quand la soupape est brande ouverte.
La, soupape 45 permet, de la sorte, d'effec tuer un réglage de la quantité de gaz arri vant à l'ajutage.
Le four, partiellement représenté en fig. 1 et dont une coupe partielle est montrée en fig. 2, est un four à injection de mélange combustible destiné à brûler ce mélange.
Ce four, désigné par 50, comprend une chambre 51. dans laquelle est placé un lit 52 de sup port de combustion, formé de pièces de ma- Hère réfractaire et contre lequel les jets de mélange gazeux explosif sont dirigés par les tuyères 53 qui sont montées dans la paroi latérale du four et qui sont alimentées de mélange gazeux explosif, au moyen de rac cords, par la conduite de distribution 16 ve- iiant du tube de Venturi de l'appareil décrit.
Les jets de mélange gazeux explosif, qui se déplacent à une vitesse supérieure à la vi tesse de propagation de _ l'inflammation du mélange, viennent frapper contre le lit de support de combustion par lequel le mélange est dévié et dispersé avec une chute rapide de sa vitesse d'écoulement, et la combustion se produit sur ou dans le lit. Si, pendant le fonctionnement du four, les tuyères-brûleurs s'échauffaient au point d'augmenter la contre-pression par suite du chauffage du mélange traversant les tuyères, cela aurait pour conséquence un changement dans les proportions du mélange, étant donné qu'il n'y a. pas de dispositif de compensation.
Cette augmentation de contre-pression, en augmentant la pression dans le cône de dé tente du tube de Venturi, entraînerait une réduction de la vitesse d'écoulement à travers l'étranglement du tube de Venturi ainsi qu'une réduction dans la proportion de gaz combustible qui entre dans l'étranglement en venant de l'ajutage 23. Ce chauffage du gaz dans les tuyères-brûleurs, est nuisible en ce sens qu'il réduit la quantité de mélange qui s'écoule de l'ajutage à la pression disponible.
Il convient donc d'employer des tuyères éta blies de manière à empêcher autant que pos sible ce chauffage du mélange, afin d'obtenir une pression approximativement constante. 3 cet effet; les tuyères seront formées et montAes de manière à limiter l'absorption de chaleur et à évacuer celle-ci rapidement pour que le mélange ne s'y échauffe pas à l'excès.
On ob tient ce résultat avec les tuyères représentées par le fait que, d'une part, elles sont montées dans la paroi .du four de manière qu'une pe tite partie seulement de l'extrémité de sortie ou bec de la tuyère soit exposée à la chaleur du four, le reste étant protégé par la paroi environnante en matière mauvaise conduc- triée, et que', d'aùtre part;
elles sont formées d'une masse métallique suffisamment grande pour évacuer rapidement vers les parties ex térieures du corps de la tuyère, la chaleur ab sorbée par l'extrémité opposée, et sont munies à leur bout extérieur d'ailettes de refroidis- sement 54 qui répandent la chaleur dans l'at mosphère.
Il convient qu'une partie annulaire limitée du métal autour -de l'orifice de dé charge des tuyères soit exposée à l'intérieur du foyer pour qu'aucune partie de la matière relativement non conductrice constituant le revêtement du four ne ,soit en contact immé- diat-avec le courant de gaz. sortant de.
la tuyère, car cette matière, par suite de ses pro priétés faiblement conductrices -de la chaleur, s'échauffe jusqu'à l'incandescence pendant le fonctionnement (lu four et, si elle s'étendait sur l'extrémité de la tuyère de manière à venir en contact avec le courant de mélange, elle provoquerait l'inflammation d'une partie du mélange en ce point, inflammation qui se pro pagerait à l'arrière plus ou moins dans le con duit de la tuyère, et . entraînerait. par suite l'échauffement du mélange à l'intérieur dudit conduit.
Le fait d'empêcher' les parois des tuyères de décharge du mélange de s'échauf fer à l'excès présente aussi none importance en -se sens. qu'il permet d'éviter les retours de flamme du mélange explosif. Lorsque l'appareil fonctionne, l'air étant fourni à une pression appropriée et l'appareil étant réglé pour obtenir les proportions vou lues pour une vitesse d'écoulement quelcon que, 9n peut faire varier à volonté 1,, quantité de mélange fournie dans les limites de travail de l'appareil en réglant tout simplement le robinet d'arrivée d'air 13, les proportions du mélange .étant maintenues sensiblement cons tantes.
En ouvrant. et en fermant ce robinet pour laisser passer plus ou moins d'air, l'écou lement du gaz augmente et diminue à peu près dans les mêmes proportions et la pression fi nale de décharge aux orifices des tuyères- brûleurs monte et descend d'une façon corres pondante et toutes les conditions voulues se trouvent remplies. Le mélange fourni sera un mélange homogène bien mêlé, ainsi qu'il a été dit plus haut.
Bien que l'invention ait été décrite pour un appareil où le gaz entraîné est amené sous forme de jet à l'intérieur d'un courant annu laire de gaz moteur et c'est souvent la dispo sition qui convient le mieux, il est évident qve la disposition pourrait aussi être inverse en ce sens que le gaz moteur serait alors amené à un ajutage central et le gaz entraîné à un passage annulaire qui l'entoure. Le conduit d'écoulement du gaz moteur pour la réduction et la reprise de pression serait alors formé de deux tubes successifs dont le premier projette le gaz moteur dans le second.
On peut aussi avoir intérêt quelquefois à se servir de gaz combustible comme gaz mo teur lorsqu'on peut se le procurer à une pres sion suffisante.