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BRULEUR à GAZ au nom de la société anonyme : COMPAGNIE GENERALE DE GAZ ET D'ELECTRICITE @ La présente invention est. relative a un oruieur a gaz et elle a pour but de permettre une grande souplesse de marche. c'est-à-dire de permettre une grande variation de la quantité da gaz brûlé en un temps donné, sans provoquer une perturbation dans le régime de combustion.
En général, dans les brûleurs connus, le gaz est amené sous pression et aspire dans un injecteur de l'air atmos- phérique nécessaire à sa combustion. En faisant varier le débit de gaz, on fait varier en même temps le rapport volu- métrique entre le gaz et l'air parce que la quantité d'air aspirée par le gaz varie beaucoup plus rapidement que la quantité de -gaz provoquant l'entraînement de l'air.
Si on change le débit du gaz, le débit d'air varie en fonction de diverses variables : force vive du jet de gaz, pressions à l'entrée du mélangeur et à la sortie du bec, résistances intérieures des canaux du brûleur, etc... A une réduction du débit de gaz correspond généralement une réduc-
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tion du débit d'air, la formation d'un mélange plus riche en gaz, par conséquent manque d'air primaire et nécessité d'apport d'air secondaire et par suite production d'une flamme moins chaude.
En outre, en réduisant le volume du mélange gaz et air, on réduit la vitesse de translation du mélange, vitesse qui, pour une réduction de débit suffisante, peut devenir infé- rieure à la vitesse de combustion du mélange, avec la consé- quence que le mélange viendra brûler en amont du bec, à l'éjecteur à gaz.
Si on augmente le débit de gaz, on remarque, outre le fait que le mélange gaz et air devient plus pauvre avec un résultat également défavorable sur la température de la flamme, que la vitesse de translation du mélange dépasse largement la vitesse de combustion et que la flamme décolle du bec.
Ces différents effets ont pour conséquence de réduire la souplesse de marche, ce qui ne peut d'ailleurs avoir lieu qu'au détriment de la température de la flamme, Le réglage du brûleur devient pratiquement impossible dans le cas d'un préchauffage à une température atteignant à peu près 400 C parce qu'alors la vitesse de combustion devient tellement granae qu'il y a toujours allumage à l'injecteur.
On connaît également des brûleurs pour usages industri- els dans lesquels l'air est amené sous pression dans un injecteur qui sert à entraîner le gaz préalablement détendu à la pression atmosphérique. Ces brûleurs présentent les mêmes inconvénients que ceux dans lesquels le gaz sous pre@sion aspire l'air de l'atmosphère dans un injecteur.
Des inconvénients analogues sont également obtenus si de l'air secondaire est en outre envoyé sous pression dans la flamme résultant de la combustion d'un mélange de gaz et d'air formé dans un injecteur en amont, du bec.
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La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
A cet effet, le brûleur suivant l'invention est pourvu de moyens servant à amener séparément l'air et le gaz sous pression jusqu'à l'endroit de l'inflammation du gaz, ces moyens étant conditionnés de façon que les jets de gaz pur et d'air qui sortent par des trous distincts à l'endroit d'inflammation, se rencontrent.
Avec un tel brûleur, en réalisant une section adéquate des trous de sortie de l'air et du gaz et en réglant la pression de chacun de ces fluides, la flamme ne décollera pas du bec, même pour la pression maximum d'utilisation.
Dans ces conditions, si on réduit, même très fortement, la pression du gaz:ou de l'air à partir de cette pression maximum, il ne peut pas y avoir de combustion en arrière du bec puisque le mélange d'air et de gaz n'est formé qu'en avant du bec. De plus, en réduisant convenablement la pression d'un des fluides par rapport à l'autre, on peut conserver pour tous les régimes la même proportion volumé- trique entre l'air et le gaz qui se rencontrent en avant du bec, En d'autres termes, on peut faire en sorte que la qualité de la flamme reste la même pour tous les régimes de marche, que la flamme désirée soit réductrice, neutre ou oxydante.
La variation de pression de chacun des fluides avant leur mélange peut, en principe, être réglée à la main mais, en ..pratique, on a un grand avantage à réaliser cette varia- tion automatiquement.
A cet effet, le brûleur suivant l'invention est pourvu d'un dispositif assurant automatiquement en un en- droit donné du circuit des deux fluides gazeux, l'égalité des pressions de ces deux fluides malgré une variation. de pression de celui de ces fluides qui se trouve normalement
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à la pression la plus faible.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, le dispositif susdit comprend un équipage mobile équilibré, sur une des faces auquel agit la pression du gaz dont la pression variable est normalement plus faible que celle de la source de l'autre gaz etsur l'autre face duquel agit la pression exercée par cet autre gaz et qui est con- trôlée par une soupape intercalée Gans le circuit d'ali- mentation de ce dernier gaz qui est envoyé dans ce circuit en amont de la dite scupape à une pression supérieure à celle du premier gaz, la dite soupape étant montée de fa- çon à se rapprocher de son siège quand la pression sur la face de l'équipage mobile en aval d'elle est supérieure à la pression exercée sur l'autre face de cet équipage.
Lorsque le brûleur est équipé de cette façon, une variation quelconque de la pression de l'un ou l'autre des deux fluides agissant sur ce dispositif n'a d'influence que sur le débit de ces fluides sans modifier le rapport volu- métrique du mélange.
L'expérience a montré qu'il importe d'observer cer- taines conditions entre les formes et les dimensions des trous de sortie ae l'air et du gaz.
Suivant l'invention, la loi de variation, dans le sens perpendiculaire au plan des jets de gaz et d'air, de la largeur ue chaque trou pour le passage de l'air, mesurée parallè@ement au plan des jets de gaz et d'air, est sem- blable @ la loi de variation aans le même sens, de la lar- geur de chaque trou pour le passage au gaz, mesurée paral- lelement au plan susdit.
Suivant une forme de réalisation particulière, à chaque flamme correspond un trou d'arrivée de gaz ménagé au fond de l'angle d'une cornière suivant la bissectrice de l'angle de celle-ci et deux trous d'arrivée d'air raéna-
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gés dans les ailes de la cornière symétriquement par rapport au trou unique pour le gaz.
Suivant une autre forme de réalisation particulière, les trous pour le passage du gaz sont ménagés dans un tube servant de chambre d'amenée de gaz tandis que les trous pour le passage de l'air sont ménagés dans deux autres tubes servant de chambre d'amenée d'air et soudés de part et d'au- tre du premier tube.
Suivant une troisième forme de réalisation particulière, une chambre d'amenée de gaz en forme de couronne est logée dans une boite servant de chambre d'amenée d'air.
D'autres particularités et détails de l'invention ap- paraîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes de réalisation d'un brûleur suivant l'invention.
La figure 1 est une vue en élévation d'un brûleur sui- vant l'invention.
La figure 2 est, à plus grande échelle, une coupe ver- ticale du dispositif régulateur représenté à la figure 1.
La figure 3 représente schématiquement différentes formes de trous pour le passage du gaz et de l'air, conve- nant pour la réalisation de l'invention.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 5,
La figure 5 est une vue en plan d'une partie d'une rampe dtun brûleur à flammes multiples.
Les figures 6 à 9 sont des coupes transversales du genre de celle de la figure 4 dans d'autres formes de réa- lisation d'une rampe d'un brûleur à flammes multiples,
La figure 10 est une vue en perspective, après coupe diamétrale dans le brûleur représenté à la figure 1-,
Les figures 11 à 17 sont des représentations du même '
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genre que celle de la figure 3, relatives à d'autres for- Lies de réalisation a'un brûleur suivant l'invention.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté un ventilateur centri- fluée 2 réalisé de façon à refouler de l'air sous une pres- sion pratiquement constante par une conauite 3 en commu- nication avec un dispositif 4', à l'intérieur duquel on réalise automatiquement l'égalité ae pression entre l'air préalablement détendu partiellement et le gaz contenu dans une conduite 5 à une pression inférieure à celle de l'air refoulé par le ventilateur 2. La pression du gaz est trans- mise à l'intérieur du dispositif 4 par l'intermédiaire @ d'une conduite 6. La conduite 5 aboutit à un brûleur à gaz représenté schématiquement en 7 et auquel l'air à la pression déterminée par le dispositif 4 est amené par une conduite 8.
Ce brûleur est représenté à plus grande échelle et avec plus de détails à la figure 10. Il sera décrit en même temps que celle-ci.
Le dispositif 4 est lui même représenté à plus grande échelle à la figure 2. Il comprend un équipage mobile équi- libré comprenant une membrane souple 9 sur une des faces 10 ae laquelle agit la pression du gaz qui lui est transmise par la conduite 6. Sur l'autre face 11 de la membrane 9 agit la pression exercée par l'air en aval d'une soupape 12, montée sur une tige 15 solidaire de la membrane 9. Cette soupape est intercalée dans le circuit de l'air qui est amené en amont d'elle par la conduite 3 à une pression plus forte que la pression du gaz. Cette soupape est montée de façon à se rapprocher de son siège 14 quand la pression sur la face 11 de la membrane 9 en aval dtelle est supé- rieure à la pression exercée sur l'autre face 10 de la
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membrane 9 par le gaz.
L'équipage mobile constitué par la membrane souple 9, la tige 13 et la soupape 12 est équilibré pour'la pression sensiblement constante de l'air amené dans la conduite 3 grâce à une deuxième membrane souple 15 montée, sur la ti- ge 13.
Par son passage. entre la soupape 12 et le siège 14 de celle-ai, l'air se détend partiellement.. Si la pression exercée par l'air sur la face 11 de la membrane 9, en aval de la soupape 12, est supérieure à la pression exercée par le gaz sur la face 10 de cette membrane, l'équipage mobile se déplace dans le sers de la flèche X et rapproche la soupape 12 de son siège jusqu'à ce que l'air en aval de cette soupape ne soit plus qu'à une pression égale à la pression du gaz. A ce moment, l'équipage reste immobile.
Si la pres- sion'du gaz augmente, l'équipage mobile se déplace en sens. inverse de la flèche X jusqutà ce que la press,ion de l'air, agissant sur la face 11, soit égale à la nouvelle pression du gaz agissant sur la face 10.
Le dispositif régulateur 4 permet non seulement d'a- dapter à des variations de pression du gaz la pression de mais également d'adapter cette dernière pression à ' l'air en aval de ce dispositif' - des variations éventue.l- les de la pression dtair en amont, à condition que la pres- sion de l'air en amont reste supérieure à celle du gaz.
la figure 1, on voit que la conduite 8 ne contient aucune résistance variable à L'écoulement de l'air tandis que.la conduite 5 contient un robinet 16 dont l'obturation plus ou moins grande permet de régler la pression en aval de lui. De ce fait, on peut régler le régime à la sortie du brûleur de façon que la flamme soit oxydante, neutre ou réductrice. On peut également, grâce à ce robinet 16, adapter le brûleur à des variations du pouvoir calorifique du gaz.
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Si on veut déterminer une modification du régime du brûleur sans influencer la nature de la flamme, on doit agir sur le Gaz en amont du dispositif régulateur 4, par exemple au moyen d'un robinet 17. Cette action peut, en principe, être commandée à la main mais, dans le cas du brûleur représenté à la figure 1, il est commandé en fonc- tion de la température atteinte dans un récipient 18 chauf- fé par le brûleur 7. Ce récipient est, à cet effet, pourvu d'un thermostat 19, agissant sur le robinet 17 par une liaison 20.
Si on désire effectuer le préchauffage de l'air envoyé au brûleur, l'échangeur de chaleur doit être disposé entre le dispositif régulateur 4 et le brûleur 7. Il est avanta- geux de préchauffer Gans ce cas les deux fluides en même temps, de façon qu'une variation dans la température de préchauf@age n'influence pas le rapport entre l'air et le gaz. Le préchauffage du gaz peut avoir lieu en amont du dispositif régulateur 4.
Grâce à ce dispositif régulateur 4 assurant les pres- sions voulues à la sortie des orifices dtair et de gaz du brûleur 7, on obtient automatiquement la constance du rapport volumétrique entre l'air et le gaz. Pour que cette constance soit assurée dans toute la section de la flamme résultant de la combustion à la rencontre du jet d'air et du jet de gaz, il importe que les trous de sortie de ces fluides reondent à certaines conditions.
Les axes des jets de gaz et d'air qui se reneontrent determinent un plan. Pour que la constance susdite soit réalisée, il faut que, dans le sens perpendiculaire au plan (les jets de gaz et d'air, la loi ae variation de la largeur de chaque trou pour le passage de l'air, mesurée parallèlement à ce plan, soit semblable à la loi de variation dans le même sens, de la largeur de chaque trou
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pour le passage du gaz, cette largeur étant également me- surée parallèlement au plan susdit.
A la figure 3, on a représenté un trou de section circulaire 21 servant à l'arrivée du gaz sous pression et, de part et d'autre de ce trou al, deux trous 22 et 23 servant à l'arrivée de l'air sous pression. Ces trous 22 et 23 sont également de section circulaire et ont le même diamètre que le trou 21.
Les axes des jets de gaz et d'air sortant des trous 21 à 23 déterminent un plan représenté schématiquement par la ligne 24. Si les trous 22 et 23 constituent les orifices de sortie de deux canaux inclinés par rapport à celui de l'orifice de sortie désigné par 21, les jets d'air rencon- trent le jet de gaz.
La largeur des trous 21 à 23, mesurée parallèlement au plan 24, est donc limitée par des circonférences iden- tiques, Il s'ensuit que la loi de variation de cette largeur dans le sens Y perpendiculaire au plan 24 est la même pour tous les trous, Il en résulte que chacune des tranches élémentaires du jet de gaz, mesurée à une distance déterminée du plan 24, reçoit une proportion d'air égale à celle reçue par n'importe quelle autre tranche élémen- taire du même genre.
Aux figures 4 et 5, on a représenté un brûleur à flammes multiples dans lequel les différentes flammes juxtaposées constituent une rampe rectiligne,
Le trou 21 servant à l'arrivée du gaz, correspondant à une flamme, est ménagé au fond de l'angle d'une cornière 25 suivant la bissectrice de cet angle (figure 4). Les trous 22 et 23 servant à l'arrivée de l'air sont ménagés dans les ailes de la cornière 25 symétriquement par rapport au trou unique 21 servant à l'arrivée du gaz. Les deux trous 22 et 23 pour le passage de l'air sont ménagés perpendicu-
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lairemcnt aux exiles de la cornière.
Les trous d'amenée ae gaz pour les différentes flam- mes sont en communication avec une chambre d'amenée de gaz 26, entourée d'une chambre 27 d'amenée d'air, avec laquelle les trous 22 et 23 dans les ailes de la cornière 25 com- muniquent.
Les chambres 26 et 27 de la figure 4 sont constituées de fers plats soudés entre eux en 28 et à la cornière 25 en 29.
A la figure 6, on a représenté d'une façon semblable à celle adoptée pour la figure 4, un brûleur comprenant plusieurs rampes à flammes multiples. Ce brûleur comprend le long de chaque rampe une chambre d'amenée de gaz 26 avec laquelle communiquent les trous 21 ménagés au fond de l'angle d'une cornière 25. Ces cornières sont soudées entre elles le long des boras de leurs ailes et forment une des parois d'une chambre d'amenée d'air 30 commune à toutes les rampes, cette chambre entoure les différentes chambres d'amenée de gaz 26.
On voit également à la figure 5 que les chambres d'ame- née de gaz 26 sont constituées par des tubes présentant une échancrure longitudinale dans laquelle la cornière 25 de la rampe correspondante est soudée.
A la figure 7, on a représenté un autre brûleur à flammes multiples dans lequel la chambre d'amenée de gaz 86 et la chambre d'amenée d'air 27 sont constituées par des tubes concentriques 31 et 32 présentant une échancrure lon- gitudinale dans laquelle la cornière 25 est soudée.
A la figure 8, on voit encore une autre forme de réali- sation d'un brûleur suivant l'invention, dans laquelle les trous 21 pour le passage du gaz sont ménagés dans un tube 33 servant de chambre d'amenée (le gaz, tandis que les trous 22 et 23 pour le passage de l'air sont ménagés dans deux
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autres tubes 34 et 35 servant de chambre d'amenée d'air et soudés au tube 33 de part et d'autre de celui-ci. Les tubes 34 et 35 ont leur axe au-dessus de celui du tube d'amenée de gaz 33 compris entre eux.
A la figure 9, on a représenté un brûleur comprenant plusieurs rampes à flammes multiples dans lequel un seul tube d'amenée d'air 36 est prévu entre chaque paire de tubes d'amenée de gaz adjacents 37.
A la figure 10, on a représenté, à plus grande échelle, le brûleur 7 dont il a été question à la figure 1. Ce brû- leur comprend une chambre d'amenée de gaz 38 en forme de couronne qui est en communication avec la conduite 5. Cette chambre 38 est logée dans une boîte 39 en communication avec la conduite 8. La chambre en forme de couronne 38 en ques- tion est constituée de fers plats soudés entre eux et à la cornière 25 qui présente une forme annulaire. Les trous 21 pour le passage du gaz sont ménagés au fond de l'angle de la cornière 25, tandis que les trous 22 et 23 pour le pas- sage de l'air sont ménagés dans les ailes de cette cornière, perpendiculairement à ces ailes.
Dans toutes les .formes de réalisation représentées aux figures 4 à 9, les trous pour le passage du gaz et de l'air sont des trous circulaires du genre de ceux dont il a été question à propos de la figure 3 mais il est à remarquer que la loi de variation de la largeur de ces trous, à laquelle il a été fait allusion en se référant plus spécialement à la figure 3, peut également être res- pectée lorsque tout ou partie des trous ne sont pas cir- culaires.
A la figure 11, on a représenté un trou circulaire 21 pour le passage du gaz et deux trous 22' et 23' pour le passage de l'air. Ces trous 22' et 23' sont de section elliptique et présentent, dans le sens perpendiculaire au
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4 4 5 4 5 7 plan 24 une dimension maximum, égale au diamètre du trou circulaire 21. Avec de tels trous, la flamme est plus oxydante que dansle cas des trous de la figure 3, si on suppose que les conditions de pression sont les mêmes.
A la figure 12, le trou pour le passage du gaz, et désigné par 21', est de section elliptique. Son plus grand diamètre est égal au petit diamètre des trous 22' et 23'.
A la figure 13, on a représenté un trou 21" pour le passade du gaz et des trous 22" et 23" pour le passage de l'air. Ces trous sont de section carrée et ont la même dimension.
A la figure 14, les trous 21''' pour le passage du gaz et 22'''et 23''' pour le passage de l'air sont de section rectangulaire et ont la même dimension dans le sens perpendiculaire au plan 24. Ils ont également la même dimension dans le sens parallèle à ce plan.
La figure 15 montre que les trous 22'''' et 23'''' pour le passage de l'air ont une dimension moindre que le trou 21'''pour le passage du gaz dans le sens parallèle au plan 24 mais ont la même dimension dans le sens perpen- diculaire à ce plan.
A la figure 16, c'est le trou 21'''' pour le passage du gaz qui présente, dans le sens parallèle au plan 24, une dimension moindre que les trous 22''' "( 23'''pour le passage ae l'air. Tous ces trous ont la même dimension dans le sens perpendiculaire au plan 24.
Enfin, à la figure 17, on a représenté un trou 21''''' pour le passage du gaz et.des trous 22''''' et 23''''' pour le passage de l'air ayant la forme de losanges et présen- tant les même dimensions.
D'autres formes de trous pourra ient également être choisies tout en réalisant la loi de variation de section énoncée plus haut mais, en pratique, on préfère en général
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s'en tenir à des trous de section circulaire dont la réali- sation est plus simple, On comprend également qu'en principe il n'est pas indispensable que les trous 22 et 23 pour le passage de l'air constituent les orifices de sortie de ca- naux dont les axée sont perpendiculaires entre eux, comme c'est le cas lorsque ces trous sont ménagés, perpendiculai- rement aux ailes d'une cornière. Les figures 8 et 9 repré- sentent d'ailleurs deux formes de réalisation dans lesquelles les jets d'air ne font pas entre eux un angle droit.
Il n'est pas non plus indispensable que les axes des trous 22 et 23 soient perpendiculaires aux ailes. de la cor- nière 25.
Afin de favoriser l'uniformité de la combustion, il est également avantageux d'utiliser deux jets d'air de part et d'autre du jet de gaz, bien qu'on puisse aussi utiliser un jet d'air entre deux-jets de gaz. jets
On préfère utiliser un jet de gaz entre deux d'air parce que le volume d'air nécessaire à la combustion est généralement plus élevé que le volume du gaz et qutun mélange intime se fait plus facilement. Avec du gaz de houil- le, le rapport entre le volume d'air et le volume de gaz est généralement voisin de quatre.
@ L'équilibrage de l'équipage mobile du dispositif régulateur 4 pourrait être réalisé autrement que par la membrane souple 15, par exemple au moyen de contrepoids. La, sensibilité du dispm- sitif serait toutefois moindre qu'avec la membrane 15.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus ou représentées aux dessins ci-annexés et que bien des modifi- cations peuvent. être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.