EP0676024B1

EP0676024B1 - Buse de chalumeau a gaz

Info

Publication number: EP0676024B1
Application number: EP94902864A
Authority: EP
Inventors: Michel Donze; Guy Prioretti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2013-12-28
Also published as: AU5704194A; WO1994016270A1; FR2699988B1; CA2152397A1; DE69303915D1; FR2699988A1; DE69303915T2; EP0676024A1

Abstract

L'invention concerne une buse de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse muni de canaux axiaux d'amenée de gaz. Conformément à l'invention, il est prévu une bague de sortie (115) montée sur l'extrémité distale du corps de buse (101), ladite bague présentant un grand nombre de petits trous axiaux (117) formant orifices de sortie, et un élément traversant (120) en métal poreux, par exemple en métal fritté, est intercalé entre l'extrémité aval des canaux d'amenée (103) et la bague de sortie précitée (115), ledit élément laissant passer les gaz dans ces trous axiaux lors du fonctionnement normal du chalumeau pour l'obtention d'une flamme fractionnée en petits dards, mais barrant la propagation de la flamme vers l'amont lors de l'allumage dudit chalumeau. De préférence, le nombre et la section des trous axiaux (117) seront choisis de telle façon que la bague de sortie (115) assure simultanément une fonction de limiteur de bruit.

Description

L'invention concerne le domaine des chalumeaux notamment les chalumeaux utilisables dans des techniques de découpage (oxycoupage par exemple) d'usinage à la flamme (en particulier tout chalumeau oxygaz), de décriquage, de décapage, ou de trempe superficielle.
Qu'il s'agisse de buses de chauffage, ou encore de buses de décriquage ou d'oxycoupage, les risques des retours de flamme dans l'utilisation des chalumeaux est bien connu, et les fabricants cherchent toujours à minimiser ces risques qui sont la cause de graves accidents.
On a déjà proposé de monter, à l'intérieur au corps de buse et très en arrière de l'orifice de sortie, un élément poreux visant à constituer une barrière de sécurité en cas de retour de flamme. Une telle solution est par exemple illustrée dans les documents CH-A-472 632 et FR-A-1 448 292.
C'est ainsi que FR-A-1 448 292 décrit une buse de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse muni de canaux axiaux d'amenée de gaz qui débouchent au voisinage de l'extrémité distale du corps de buse, les gaz passant par un élément traversant en métal poreux agencé à l'intérieur de ladite buse pour barrer la propagation de la flamme vers l'amont lors de l'allumage dudit chalumeau.
Les buses de chalumeau à gaz décrites dans ces documents présentent par ailleurs un orifice de sortie unique formant une flamme large libérant la chaleur à une distance importante dudit orifice.
Pour qu'il y ait retour de flamme, il faut conjuguer l'arrivée d'un mélange de gaz détonant dans le corps de chalumeau ou dans les flexibles d'alimentation de ce chalumeau, et l'allumage de ce mélange de gaz détonant par une flamme. Les accidents se produisent en général à l'allumage du chalumeau, ou suite à des projections de métal en fusion contre le front de la buse en bouchant les trous de sortie du gaz. En effet, il arrive alors que l'opérateur ouvre les robinets d'arrivée de gaz, et présente une flamme à l'extrémité de la buse pour allumer le chalumeau, sans avoir pris le temps de purger et sans avoir établi le débit normal des gaz.
La solution mentionnée plus haut ne donne pas totalement satisfaction, car la barrière de sécurité est relativement éloignée de l'orifice de sortie de la buse, et il n'est pas possible de la monter près de cet orifice de sortie, car la formation de la flamme serait trop perturbée.
Le danger est particulièrement important dans le cas de chalumeaux de décriquage, de décapage, d'oxysoudage, d'oxybrasage, ou encore d'oxycoupage. En effet, si pour une cause quelconque, qui peut être tout simplement une négligence de la fermeture soigneuse des robinets lors de l'arrêt précédent du chalumeau, de l'oxygène s'est introduit dans le circuit de gaz ou inversement, le fait de présenter la flamme à l'extrémité de la buse allume le mélange, en propage la réaction partout où se trouve effectivement un mélange inflammable, et c'est alors l'accident.
L'invention a pour but d'améliorer la sécurité des buses de chalumeaux au regard des risques d'accident dus aux retours de flamme, tout en permettant une structuration de la flamme conférant à la buse une grande souplesse d'utilisation et une précision élevée de fonctionnement.
L'invention a ainsi pour objet de réaliser une buse de chalumeau à gaz dont la structure permet de contrer efficacement l'allumage intempestif d'un mélange de gaz détonant, notamment lors de l'allumage du chalumeau, et ce quel que soit le type de chalumeau, tout en organisant la structure de la flamme pour avoir une chaleur plus concentrée au voisinage de la sortie de la buse.
Il s'agit plus particulièrement d'une buse de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse muni de canaux axiaux d'amenée de gaz qui débouchent au voisinage de l'extrémité distale du corps de buse, les gaz passant par un élément traversant en métal poreux agencé à l'intérieur de ladite buse pour barrer la propagation de la flamme lors de l'allumage dudit chalumeau, caractérisée par le fait qu'elle comporte une bague de sortie montée sur l'extrémité distale du corps de buse, ladite bague présentant une pluralité de petits trous axiaux formant des orifices de sortie pour ladite buse, et que l'élément traversant en métal poreux est intercalé entre l'extrémité aval des canaux d'amenée et la bague de sortie précitée, ledit élément laissant passer les gaz dans les trous axiaux lors du fonctionnement normal du chalumeau pour l'obtention d'une flamme fractionnée en petits dards.
L'élément traversant en métal poreux est donc proche de la sortie de la buse, et la flamme est structurée en une pluralité de petits dards, ce qui permet de concentrer la chaleur au voisinage immédiat de la sortie, tout en permettant de moduler sans risque la flamme grâce à la présence de l'élément traversant. La réalisation de petits trous de chauffe permet également de gêner, voire d'interdire, la pénétration du métal liquide projeté contre la buse à l'intérieur des trous par simple phénomène de capillarité conjuguée avec l'utilisation d'une plus forte pression d'éjection des gaz.
De préférence, le nombre et la section des trous axiaux de la bague de sortie sont choisis de telle façon que la section totale de ces trous axiaux corresponde sensiblement à la section totale des canaux d'amenée de gaz, pour assurer simultanément une fonction de limiteur de bruit.
Conformément à un mode d'exécution particulier, l'élément traversant est réalisé sous la forme d'une couronne ou d'une rondelle plate, qui est disposée au voisinage direct d'une chambre de répartition commune aux canaux d'amenée de gaz. En particulier, l'élément traversant est monté dans la bague de sortie, en étant en appui contre un épaulement associé.
L'élément traversant pourra être réalisé en métal fritté, notamment en bronze ou en laiton.
Il peut s'avérer également intéressant que la buse comporte en outre au moins un élément filtrant disposé devant les orifices d'entrée des canaux axiaux d'amenée de gaz, afin de retenir les impuretés véhiculées par les gaz lors du fonctionnement du chalumeau et éviter ainsi le colmatage de l'élément traversant. Avantageusement alors, l'extrémité proximale du corps de buse présente au moins une gorge circulaire de distribution de gaz dans laquelle débouchent les orifices d'entrée des canaux axiaux, cette gorge ou chacune de ces gorges recevant alors un élément filtrant réalisé sous la forme d'un anneau poreux.
De préférence encore, lorsqu'il s'agit d'une buse plus particulièrement destinée à équiper un chalumeau de décriquage ou d'oxycoupage, le corps de buse présente une tuyère centrale pour le passage de l'oxygène et des canaux axiaux agencés autour de cette tuyère pour le passage des gaz de chauffe, et l'élément traversant est réalisé sous la forme d'une couronne montée sur l'extrémité distale de ladite tuyère.
Avantageusement alors, la bague de sortie associée à l'élément traversant est enfilée sur I'extrémité distale du corps de buse formant la sortie de la tuyère, et cette bague est fixée par brasage audit corps. En particulier, la bague de sortie est entourée par une bague de protection qui est fixée simultanément par le brasage précité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux figures où :

la figure 1 est la coupe axiale d'une buse de chalumeau à gaz, ici de chalumeau de décriquage, dont la structure est conforme à l'invention ;
les figures 2 et 3 illustrent, respectivement en coupe et en vue en bout, le corps isolé de la buse de la figure 1 (sans l'élément traversant en métal poreux ni la bague de sortie associée) ;
les figures 4 et 5 sont des vues respectivement en plan et en coupe (la figure 5 est une coupe selon V - V de la figure 4) de l'élément traversant en métal poreux, ici réalisé sous la forme d'une couronne plate ;
la figure 6 est une vue en coupe de la bague de sortie qui assure le maintien de l'élément traversant en métal poreux précité, permettant de mieux distinguer l'épaulement d'appui associé et l'un des nombreux petits trous axiaux de cette bague, ces trous étant ici agencés sur une seule rangée circulaire ;
la figure 7, qui est à rapprocher de la figure 1, illustre une variante de la buse précédente, dans laquelle des éléments filtrants sont en outre prévus à l'entrée des canaux d'amenée des gaz de chauffe, ici sous la forme de deux anneaux poreux, pour retenir les impuretés véhiculées par les gaz lors du fonctionnement du chalumeau et éviter ainsi le colmatage de l'élément traversant.

La figure 1 permet de distinguer une buse de chalumeau à gaz 100 conforme à l'invention, comportant un corps de buse 101 (dont la structure sera mieux comprise en se référant aux figures 2 et 3), qui est ici de forme générale cyilndrique (l'axe du corps de buse est repéré X), ledit corps étant muni de canaux axiaux 103 d'amenée de gaz qui débouchent par des orifices de sortie associés au voisinage de l'extrémité distale 111 du corps de buse 101. La buse de chalumeau illustrée ici sert à équiper un chalumeau de décriquage, ce qui explique la présence d'une tuyère centrale 102 associée au passage de l'oxygène, tuyère dont l'entrée est référencée 102.2 et la sortie 102.1, les canaux axiaux précités 103 étant alors agencés autour de cette tuyère pour assurer le passage des gaz de chauffe. Il ne s'agit cependant que d'un exemple, et il va de soi que l'invention pourra également s'appliquer à tout autre type de chalumeaux à gaz, notamment aux chalumeaux de chauffage de type conventionnel, dont le corps de buse est alors exempt de tuyère centrale .En particulier, dans le cas de chalumeaux de décapage, de trempe superficielle ou de chauffage, on pourra avoir un corps de buse ayant en section une forme polygonale (en général rectangulaire ou octogonale), avec un axe ou plusieurs axes parallèles (en général deux axes).
Conformément à un aspect essentiel de l'invention, la b.use 100 comporte une bague de sortie 115 montée sur l'extrémité distale du corps de buse 101, ladite bague présentant une pluralité de petits trous axiaux 117 formant orifices de sortie, et un élément traversant 120 en métal poreux est intercalé entre l'extrémité aval des canaux d'amenée 103 et la bague de sortie précitée 115, ledit élément traversant laissant passer les gaz vers l'aval dans ces trous axiaux lors du fonctionnement normal du chalumeau pour l'obtention d'une flamme fractionnée en petits dards, mais barrant de façon connue en soi la propagation de la flamme vers l'amont lors de l'allumage dudit chalumeau.
Ainsi, lors de l'allumage du chalumeau, l'élément traversant 120 en métal poreux constitue une barrière à la propagation de la flamme, laquelle barrière est au voisinage immédiat de la sortie de la buse, et empêche la réaction d'allumage de mélange de gaz détonant de se propager partout où se trouve effectivement le mélange inflammable, dans le cas où de l'oxygène se serait introduit dans le circuit de gaz ou vice versa, par suite notamment d'une négligence de l'opérateur lors de la fermeture précédente des robinets à l'arrêt du chalumeau. L'élément traversant 120 ne fait aucunement obstacle au fonctionnement normal du chalumeau (le sens allant de l'amont vers l'aval), avec sa flamme structurée en une pluralité de petits dards, et constitue une barrière extrêmement efficace à la propagation de la flamme ( le sens allant de l'aval vers l'amont).
L'élément traversant 120 peut être réalisé sous la forme d'une couronne ou d'une rondelle plate, en métal fritté, notamment en bronze ou en laiton. En l'espèce,ainsi que cela est mieux visible sur les figures 4 et 5, l'élément traversant 120 est réalisé sous la forme d'une couronne circulaire, montée sur l'extrémité distale 111 de la tuyère centrale. Lorsqu'il s'agira d'une buse destinée à équiper d'autres types de chalumeaux, l'élément traversant 120 pourra être réalisé sous la forme d'une rondelle, circulaire ou non, en appui direct par un épaulement associé contre l'extrémité distale du corps de buse.
L'élément traversant 120 est intercalé entre le corps de buse 101 et la bague de sortie 115 qui est également montée sur l'extrémité distale 111 de la tuyère. L'élément traversant 120 est ici disposé au voisinage direct d'une chambre de répartition 112, qui est une chambre annulaire commune aux différents canaux d'amenée de gaz 103. L'agencement de cette chambre de répartition 112, et des canaux d'amenée 103 associés, sera mieux compris en se référant aux figures 2 et 3. En l'espèce, chacun des canaux d'amenée 103, ici au nombre de quatre, se termine du côté amont par une branche axiale débouchant au niveau d'un orifice 104 dans une gorge de distribution associée 107, par exemple associée à l'arrivée d'oxygène de chauffe, et aussi par une branche de dérivation 105 qui débouche, au niveau d'un orifice associé 106 dans une autre gorge de distribution 108, par exemple associée à l'arrivée de carburant. On distingue également, du côté aval de la buse, un bord d'appui circulaire 113 que contacte l'élément traversant 120 lorsque celui-ci est mis en place sur l'extrémité distale de la tuyère. Le maintien de l'élément traversant est assuré par la bague de sortie 115 également montée sur l'extrémité distale de la tuyère du corps de buse 101, bague dont la structure sera mieux comprise en se référant à la coupe de la figure 6.
La bague de sortie 115 présente un alésage central 116 qui correspond au diamètre extérieur de l'extrémité distale 111 du corps de buse, de façon à éviter tout passage de gaz intempestif au niveau des surfaces de contact. La bague de sortie 115 présente également une pluralité de petits trous axiaux 117 qui sont associés à la sortie des gaz de chauffe, par exemple agencés en une rangée circulaire unique comme cela est illustré ici. Par "une pluralité", il faut comprendre un nombre très supérieur à celui des canaux d'amenée de gaz, et par "petite section" on entend une section très inférieure à celle desdits canaux d'amenée. Ces petits trous axiaux 117 réalisent un fractionnement de la flamme, qui se présente sous la forme d'autant de petits dards concentrant la chaleur à une faible distance, déterminable avec précision, de la sortie de la buse.
De préférence, le nombre et la section des trous axiaux sont choisis de telle façon que la section totale corresponde sensiblement à la section totale des canaux d'amenée de gaz 103, de façon à assurer simultanément une fonction de limiteur de bruit.
A titre d'exemple, lorsque l'on utilise comme ici quatre canaux d'amenée 103 dont le diamètre d'entrée est de l'ordre de 4,5 mm, il sera prévu trente-huit à soixante trous axiaux 117 d'un diamètre de 1,5 à 1,2 mm, par exemple répartis régulièrement sur une circonférence de la bague de maintien, la longueur de ces trous axiaux étant quant à elle de l'ordre de 10 mm. L'agencement de ces trous axiaux sera plus généralement prévu selon une ou plusieurs lignes, cette ou ces lignes pouvant être rectilignes ou incurvées selon le cas: la répartition selon une ligne circulaire illustrée ici ne constitue donc qu'un exemple.
Grâce à ce grand nombre de trous axiaux de très faible diamètre, on parvient à limiter la quantité de mouvement de la flamme, et par suite à minimiser considérablement le bruit du chalumeau lors du fonctionnement de celui-ci. La bague de sortie 115 présente en outre, du côté amont, un épaulement d'appui 118, contre lequel vient en butée l'élément traversant 120 : l'élément traversant est alors monté dans la bague de sortie. En l'espèce, on a également prévu un épaulement 119 venant au contact direct du bord d'appui circulaire 113 du corps de buse 101, de façon à éviter tout risque d'écrasement de l'élément traversant en métal poreux lors du montage précis de la bague 115.
L'élément traversant 120 se présente en l'espèce sous la forme d'une couronne circulaire en métal fritte, dont l'épaisseur peut être de l'ordre de 3 mm, avec un diamètre intérieur qui est ici de l'ordre de 20 mm ,et un diamètre extérieur de l'ordre de 32 mm. La bague de sortie 115, qui est par exemple réalisée en cupro-tellure, est de préférence enfilée avec l'élément traversant 120, après mise en place préalable de celui-ci, sur l'extrémité distale 111 du corps de buse 101, et la solidarisation de cette bague audit corps de buse est assurée par un brasage noté 125 sur la figure 1. On a en outre prévu ici une bague de protection 114 entourant la bague de sortie 115, bague de protection qui est de préférence également fixée simultanément par le brasage précité.
La buse de chalumeau ainsi équipée peut présenter extérieurement une géométrie quelconque, et sa fixation peut être réalisée de façon tout à fait traditionnelle par un écrou de fixation 109 monté tournant sur le corps de buse.
Le choix de l'agencement des petits trous axiaux servant à fractionner la flamme permet donc d'adapter la buse aux besoins recherchés, le nombre et la géométrie de ces trous permettant aussi d'optimiser le rendement du chalumeau. On parvient à réaliser une flamme qui est plus efficace que la flamme en dard unique des buses connues, tout en abaissant considérablement le niveau de bruit lors du fonctionnement.
La figure 7, qui est à rapprocher de la figure 1, illustre une variante de la buse précédente, dans laquelle des éléments filtrants sont en outre prévus pour retenir les impuretés véhiculées par les gaz lors du fonctionnement du chalumeau et éviter ainsi le colmatage de l'élément traversant.
La buse de chalumeau illustrée sur la figure 7 se différencie en effet de la précédente uniquement par la présence de deux éléments filtrants 121, 122, qui sont disposés devant les orifices d'entrée 104, 106 des canaux axiaux d'amenée de gaz 103. En l'espèce, du fait de la présence de deux gorges de distribution 107, 108 au niveau de l'extrémité proximale 110 du corps de buse 101, on a prévu deux éléments filtrants 121, 122 réalisés chacun sous la forme d'un anneau poreux. La présence de tels éléments filtrants est particulièrement avantageuse dans la mesure où le métal fritté présente l'inconvénient de retenir les impuretés véhiculées par les gaz, d'où il découle un risque de colmatage pouvant altérer le bon fonctionnement de la buse. On pourra naturellement réaliser différemment l'un ou l'autre de ces éléments filtrants, par exemple sous forme d'une cartouche filtrante aisément démontable, ce qui permet d'en assurer aisément le nettoyage et/ou le remplacement. Les anneaux poreux 121, 122 pourront en outre être collés au corps de buse, ou simplement coincés dans les gorges de distribution associées dudit corps de buse.
On est ainsi parvenu à réaliser une buse de chalumeau à gaz dont la structure permet de contrer efficacement l'allumage intempestif d'un mélange de gaz détonant, notamment lors de l'allumage du chalumeau, et ce pour des types très différents de chalumeaux: il s'agit donc d'une véritable buse de sécurité. En outre, grâce à la présence de la bague de sortie qui agit simultanément comme moyen de fractionnement de la flamme, comme moyen de maintien de l'élément traversant en métal poreux, et comme moyen limiteur de bruit, il devient alors possible de concevoir à la demande l'architecture de la buse, notamment en recherchant les écoulements à la sortie les moins bruyants pour une puissance de chauffe ou pour une forme de flamme demandée, sans être tributaire de la vitesse de déflagration du mélange.

Claims

Buse de chalumeau à gaz (100), comportant un corps de buse (101) muni de canaux axiaux (103) d'amenée de gaz qui débouchent au voisinage de l'extrémité distale (111) du corps de buse, les gaz passant par un élément traversant (120) en métal poreux agencé à l'intérieur de ladite buse pour barrer la propagation de la flamme vers l'amont lors de l'allumage dudit chalumeau, caractérisée par le fait qu'elle comporte une bague de sortie (115) montée sur l'extrémité distale du corps de buse (101), ladite bague présentant une pluralité de petits trous axiaux (117), formant des orifices de sortie pour ladite buse, et que l'élément traversant (120) en métal poreux est intercalé entre l'extrémité aval des canaux d'amenée (103) et la bague de sortie précitée (115), ledit élément laissant passer les gaz dans les trous axiaux (117) lors du fonctionnement normal du chalumeau pour l'obtention d'une flamme fractionnée en petits dards.
Buse selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le nombre et la section des trous axiaux (117) de la bague de sortie (115) sont choisis de telle façon que la section totale de ces trous axiaux corresponde sensiblement à la section totale des canaux d'amenée de gaz (103), pour assurer simultanément une fonction de limiteur de bruit.
Buse selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que l'élément traversant (120) est réalisé sous la forme d'une couronne ou d'une rondelle plate, qui est disposée au voisinage direct d'une chambre de répartition (112) commune aux canaux d'amenée de gaz (103).
Buse selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'élément traversant (120) est monté dans la bague de sortie (115), en étant en appui contre un épaulement associé (118).
Buse selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'élément traversant (120) est réalisé en métal fritté, notamment en bronze ou en laiton.
Buse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre au moins un élément filtrant (121 ; 122) disposé devant les orifices d'entrée (104 ; 106) des canaux axiaux d'amenée de gaz, afin de retenir les impuretés véhiculées par les gaz lors du fonctionnement du chalumeau et éviter ainsi le colmatage de l'élément traversant (120).
Buse selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'extrémité proximale du corps de buse (101) présente au moins une gorge circulaire de distribution de gaz (107 ; 108) dans laquelle débouchent les orifices d'entrée (104 ; 106) des canaux axiaux, cette gorge ou chacune de ces gorges recevant alors un élément filtrant (121 ; 122) réalisé sous la forme d'un anneau poreux.
Buse selon l'une des revendications 1 à 7, plus particulièrement destinée à équiper un chalumeau de décriquage ou d'oxycoupage, dans laquelle le corps de buse (101) présente une tuyère centrale (102) pour le passage de l'oxygène et des canaux axiaux (103) agencés autour de cette tuyère pour le passage des gaz de chauffe, caractérisée par le fait que l'élément traversant (120) est réalisé sous la forme d'une couronne montée sur l'extrémité distale (111) de ladite tuyère.
Buse selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la bague de sortie (115) associée à l'élément traversant (120) est enfilée sur l'extrémité distale (111) du corps de buse (101) formant la sortie ce la tuyère, et cette bague est fixée par brasage audit corps.
Buse selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la bague de sortie (115) est entourée par une bague de protection (114) qui est fixée simultanément par le brasage précité.