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" Tuyère pour chalumeaux coupeurs autogènes "
La présente invention concerne une tuyère à oxygène pourchalumeaux de découpage autogène et a pour but d'amé- liorer l'effet et d'augmenter le rendement de ces appa- reils.
Les tuyères usuellement employées jusqu'à présent dans la pratique du découpage au chalumeau sont, dans la plupart des cas, cylindriques ou de forme cylindrique éche- lonnée . Cette dernière forme peut être considérée comme forme perfectionnée et est, pour cette raison, presque toujours utilisée de nos jours. Cependant, au point de vue physique des courante, une telle tuyère ne représente qu'une solution imparfaite et laisse encore beaucoup à désirer en ce qui concerne le déployement et l'utilisation de l'énergie du courant, ainsi qu'en ce qui concerne une forme favorable du jet d'oxygène.
La sortie de l'oxygène hors de ces tuyères est tou- jours reliée avec des parties d'impulsion en cas de paes-
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sions surcritiques. Ces pertes augmentent beaucoup avec l'accroissement de la pression et portent ainsi grana préjudice à l'effet de découpage. En pratique, on cherche à remédier le plus possible à ce mal en donnant à chaque tuyère une très petite gamme de pressions et ainsi une très étroite gamme de découpage, tout en déterminant pour chaque grandeur de tuyère la pression la plus favorable et en maintenant celle-ci. De cette manière, pour une assez grande gamme de découpage il faut employer des tuyè- res de différentes grandeurs.
Plus la matière à découper est épaisse, plus les conditions deviennent défavorables parce qu'il faut avoir, en plus des mesures peu économi- ques de l'agrandissement des tuyères,une augmentation de la pression à laquelle est relié forcément un empirement de la marche du flux.
Pour cette raison,il a paru utile de transposer dans la technique du découpage autogène l'effet de la tuyère Laval, qui est connu d'autres domaines. Ainsi qu'on le sait, la tuyère Laval donne la possibilité de transformer, dans un évasement conique se rattachant à la section mini- mum de la tuyère, l'énergie de pression en énergie de vi- tesse, lorsque certaines conditions sont remplies.
Dans la littérature spéciale, on a déjà attiré l'at- tention sur l'application aux chalumeaux coupeurs de la tuyère Laval de la simple forme connue. Cependant, le fait que la tuyère Laval est extrêmement sensible à de petites imprécisions du réglage de la pression et, en outre,le fait que chaque pression exige une autre tuyère, ont fait échouer l'utilisation de la tuyère Laval dans la technique du découpage. Les conditions qui sont posées à une tuyère pour chalumeaux coupeurs exigent que la tuyère permette un passage sans perte de la pression à la vitesse et que cette qualité soit maintenue autant que possible à toutes les
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pressions et, en outre, que la tuyéle donne, à toutes les pressions, un jet de gaz homogène possédant la plus gran- de énergie de courant pour la plus petite section de jet.
L'objet de la présente invention consiste à réaliser une tuyère qui, par sa forme spéciale, remplit les condi- tions susmentionnées et se distingue, pour cette raison, entièrement de la tuyère Laval ordinaire quant à son fonctionnement appartenant à la technique des courants.
Conformément à la présente invention,la forme la plus favorable d'une telle tuyère est donnée lorsque les surfaces-limites se rattachant à la section minimum se transforment en une courbe qui, dans le cas extrême,se termine horizontalement et correspond à peu près à la forme d'une section de courbe d'une ellipse plate se diri- geant vers l'axe court, et lorsque les tangentes appli- quées aux surfaces-limites ne dépassent pas,par rapport à l'axe de la tuyère, un angle de la et que le rapport entre le diamètre maximum et le diamètre minimum de la tuyère est égal à 2 ou plus petit que 2.
Les passages de section de cette tuyère sont bien arrondis à l'entrée de la tuyère et à la section minimum.
Au contraire de la tuyère Laval ordinaire, il se rattache encore à la partie conique de la tuyère un coude de transi - tion dirigé vers l'intérieur et se terminant cylindrique- ment. La tuyère peut,le cas échéant, être formée aussi de telle manière que les deux coudes d'arrondis aient un maximum au commencement et à la fin de l'évasement coni- que, c'est-à-dire qu'ils s'emboîtent à un tournant.
L'élément qui distingue principalement cette forme de tuyère de la tuyère Laval ordinaire est le coude d'ar- rondi derrière la partie conique de la tuyère. Grâce à ce coude, en particulier dans le mode de réalisation de la ,présente invention,on obtient que les ondes stationnaères
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de Mach produites en cas de courant ultra-sonore, qui pé- nètrent les unes dans les autres et sont réfléchies aux limites du jet d'après certaines règles, peuvent être in- fluencées de telle manière qu'illeur est imprimé une telle direction de courant que le jet ultrasonore quittant la tuyère sort, sans subir de choc de compression, comme jet parallèle ou comme jet se rapprochant de très près d'un jet parallèle.
On obtient le même résultat à toute autre pression désirée dans la tuyère, pendant que le jet se sépare, dans chaque cas, des flancs à la surface de la tuyère où son expansion est terminée jusqu'à la pression extérieure . Dans les cas respectifs, on n'a qu'une varia- tion de l'angle entre la première onde de réflexion et l'axe du jet, ce qui n'exerce aucune influence sur la forme ultérieure du jet de gaz. Cette tuyère donne la possibilité d'obtenir, dans une grande gamme de pressions, un jet de gaz homogène parallèle ou approximativement parallèle . Ce fait, non en concordance avec la théorie des courants en usage jusqu'à présent, a été prouvé par des essais et expériences méthodiques.
Avec ces tuyères, on réussit aussi à produire un jet ultrasonore de forme parfaite dans les conditions diffi- ciles de service se présentant dans les chalumeaux cou- peurs.
Le plan annexé montre, schématiquement en coupe lon- gitudinale et en fort grossissement, un exemple de mode de réalisation de la tuyère.
Ainsi que déjà dit, le rapport entre le diamètre maximum de la section d'entrée D2 et le diamètre minimum Di de la section minimum ne dépasse pas D2/Dl = 2. De plus grands rapports de diamètres portent grand préjudice aux qualités de la tuyère. Lorsqu'ils dépassent D2/D2 = 3,ils rendent la tuyère inutilisable pour le découpage autogène
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et les conditions s'y rapportant. L'angle entre la flanc de l'évasement conique et l'axe du courant donne jusqu'à # # la? des valeurs qui sont bonnes, mais avec un agnan- @ dissement croissant de l'angle les valeurs portent préju- dice aux qualités de la tuyère et la rendent inutilisable à partir d'environ c = 20 .
Les flancs possèdent,au moins sur une grande partie de leur longueur, une forme courbée qui correspond, comme montré sur le plan, à une partie d'une ellipse plate. En général, la partie courbée ne devrait pas être plus courte qu'environ le tiers de la longueur de la tuyère . Dans l'exemple du mode de réalisa- tion montré sur la figure , la longueur de la partie cour- bée à surfaces égalesest d'environ la moitié de la lon- gueur de la tuyère, ce qui est un optimum dans bien des cas.
Des essais de découpage ent prouvé que les vitesses d'avance qu'on peut obtenir avec la nouvelle tuyère sont 1/2 à 2 fois plus grandes que les vitesses maxima qu'on peut obtenér avec des engins de découpage modernes pour une consommation spécifique d'oxygène tout au plus égale et des surfaces coupées bien soigneusement et parfaitement lisses. Une autresupériorité de ces tuyères sur les tuyè- res employées jusqu'à présent se manifeste dans leur grande adaptabilité aux différentes conditions de découpa- ge.
Par exemple, avec la même tuyère ayant le diamètre minimum de 1/2mm, on peut découper toutes les épaisseurs de matière jusqu'à.200 mm avec de très bons rendements, tandis qu'avec les tuyères normales il faut des tuyères différentes pour les différentes épaisseurs de matière.
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