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PROCEDE,ETIDISPOSITIFS-POURSTABIL'I,SER7'LES FLAMMES !DES 'BRULEURS 'A ,MELANGE .PREALABLE.
La présente invention concerne les brûleurs à gaz à mélange préa- lable de gaz combustible et de comburant dits brûleurs à flamme bleue.
Elle a pour objet la stabilisation des flammes pour des vitesses d'écoulement du mélange combustible supérieures à la vitesse de soufflage.
On sait que pour toute tête de brûleur à flamme bleue alimentée d'un mélange combustible de composition et température définies, ce brûleur fonctionnant dans des conditions d'emploi qui déterminent la température de la t'été du. brûleur et l'accès de l'air secondaire aux flammes, il existe une vitesse limite d'écoulement du mélange combustible dans les orifices de la tête de brûleur appelée vitesse. de soufflage. Lorsque la vitesse d'écoule- ment est supérieure à la vitesse de soufflage, la flamme quitte la tête de brûleur.
Pour accroître le débit du brûleur, il faut augmenter les dimen- sions de la tète. Lorsque la vitesse de soufflage est faible et .c'est le cas pour les mélanges combustibles à base de carbures d'hydrogène saturés tels que méthane,propane et butane, l'encombrement de la tête de brûleur est parfois trop important et la concentration de chaleur'trop faible pour certains em- plois.
On a donc cherché à reculer cette limite de fonctionnement du bru- leur à flamme bleue et l'on connaît plusieurs procédés, appliqués principa- lement aux brûleurs utilisant lesgaz de pétrole, qui permettent de stabili- ser la flabme au delà de la vitesse de soufflage correspondant à un brûleur ordinaire. Cette stabilisation peut être obtenue en plaçant à côté de la flam- me principale une flamme à faible vitesse d'écoulement, ou en dirigeant la flamme vers une surface chaude ou en plaçant autour des orifices de la tête de brûleur une paroi de forme appropriée créant un mouvement tourbillonnaire
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d'ensemble des gaz chauds.
Tous ces procédés présentent des inconvénients : réalisation coûteuse, température élevée de la tête de brûleur, ou contre-pression im- portante à la sortie de la tête de brûleur.
Le procédé appliqué dans les brûleurs suivant la présente inven- tion obvie à ces inconvénients, tous les orifices de la tête de brûleur pou- vant être identiques et alimentés à la même pression et le fonctionnement étant assuré sans échauffement anormal de la tête de brûleur.
Dans le brûleur suivant l'invention la stabilisation des flammes est assurée par des tourbillons de gaz à haute température prenant naissan- ce à la périphérie des veines de gaz combustible enflammées immédiatement à la sortie de la tête de brûleur, le volume de gaz intéressé par ce mouvement tourbillonnaire étant suffisamment faible pour que l'échauffement de la tête du brûleur et la résistance à l'écoulement du mélange combustible à travers les orifices de la tête de brûleur soient négligeables.
Le procédé appliqué dans les brûleurs suivant la présente inven- tion est caractérisé en ce que la veine du mélange combustible est divisée on deux ou plusieurs veines partielles dont les axes de sortie sont inclinés les uns par rapport aux autres de façon à accentuer les tourbillons qui ont tendance à se former entre deux veines gazeuses voisines.
L'invention a éga- lement pour objet un dispositif pour la mise en pratique de ce procédé, ca- ractérisé on ce que les orifices de sortie de flamme de la tête de brûleur sont disposés de telle manière que l'axe d'un orifice est incliné par rap- port à un ou plusieurs des axes d'orifices voisins, l'écartement et l'inclinai- son relative de deux orifices voisins a axes inclinés l'un par rapport à 1' autre étant choisis pour que les tourbillons qui prennent naissance entre les deux veines de gaz obliques l'une par rapport à l'autre soient suffisants pour stabiliser la flamme.
De préférence les orifices de sortie de flamme de la tête de brûleur sont disposés sur au moins deux rangées voisines sur toute leur lon- gueur, les axes des orifices de chaque rangée étant situés sur des surfaces sensiblement parallèles les unes aux autres, les axes des orifices d'une même rangée étant inclinés par rapport aux axes des orifices voisins d'une rangée voisine.
Le dessin annexé montre dans les figures 1 - 20 un nombre de brûleurs comme exemples de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre un exemple de réalisation dans lequel les orifices 1,1' de la t'été de brûleur 2 ont une forme rectangulaire; ils sont disposés sur deux rangées parallèles, les axes des orifices de chaque rangée (p.ex.l) sont dans un plan parallèle au plan qui contient les axes des ori- fices de l'autre rangée (p.ex.l'). Les axes des orifices d'une même rangée sont parallèles, tandis que les directions des axes des orifices des deux ran- gées sont obliques les uns par rapport aux autres. Le mélange combustible amené à 3 s'écoule à grande vitesse par ces orifices.
La vitesse moyenne de sortie des gaz est la même pour chaque orifice, mais on constate (fig.2) qu'il se forme immédiatement à la sortie, entre deux orifices voisins 1,1' placés sur des rangées distinctes, des tourbillons 4 qui, en ramenant des ¯gaz brûlés encore à haute température vers la base des flammes, assurent la sta- bilité des flammes pour des vitesses d'écoulement du mélange combustible net- tement plus élevée que celle qui correspond à la limite de soufflage obser- vée pour un brûleur ne comportant qu'une rangée d'orifices ou plusieurs ran- gées d'orifices ayant tous les axes parallèles.
Dans le dispositif représen- té à la fig. 1 la forme rectangulaire des orifices a été indiquée à titre d' exemple, mais de nombreuses autres formes d'orifices permettent d'obtenir le même résultat, l'essentiel étant de choisir convenablement l'inclinaison et l'écartement des orifices. Ces dispositifs peuvent être réalisés en employant les matières et les moyens d'usinage couramment utilisés pour la construction des brûleurs. Les orifices peuvent être notamment obtenus par moulage, per-
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gage, fraisage, matricage, etc.
Un dispositif spécial permet dans certains cas une construction particulièrement économique de brûleurs à flammes autostabilisées. Pour le réaliser on enroule en hélice autour d'une barrette rectangulaire 5 un fil métallique 6 de section circulaire ou prismatique (fig. 3); cet ensemble est ensuite placé entre deux parois 7 et 8 de la tête brûleur 2 comme il est indiqué à la fig. 4. Cette figure montre que le fil métallique 6 réalise un cloisonnement délimitant des orifices disposés de façon analogue à celle qui est représentée (fig. 1). Ce dispositif permet la fabrication économique de têtes de brûleurs de formes quelconques simplement en cintrant la barre-t- te 5 à la forme voulue et en l'introduisant dans un orifice de forme appropriée constitué par des parois 7 et 8 (fig. 5).
Plusieurs dispositif s de ce genre peuvent être juxtaposés. On a représenté fige 6 un brûleur comportant six rangées de sortie de flammes cons- tituées par trois barrettes 9 identiques à celle de la fig. l, séparées par deux barrettes lisses 10.
La figure 7 montre une variante de l'application de ce dispositif qui convient à la réalisation de brûleurs à tête de forme circulaire dont 1' ensemble des flammes a une forme cylindrique. Pour réaliser ce brûleur, on). prépare une bande rectangulaire 5 de faible épaisseur autour de laquelle on enroule un fil en spirale. Contre cette bande est placée une autre bande 11 non garnie de fil. L'ensemble des deux bandes est introduit dans la tête de brûleur 12 qu'il s'agit de cloisonner, La pose est simplifiée en opérant de la façon indiquée à la fig. 8. Une échancrure 13 étant pratiquée dans la pa- roi de la tète de brûleur 12, on enroule les deux bandes autour d'un mandrin 14 placé au centre de la tête de brûleur, jusqu'à ce que la section de la tê- te soit complètement garnie.
On peut alors arrêter les bandes et obturer 1' échancrure. La figure 9 montre un brûleur réalisé dans les mêmes conditions, mais le mandrin a été remplacé par un tube 15, qui permet ainsi de réaliser un brûleur couronne ayant une entrée d'air secondaire centrale à 16.
La figure 10 indique un autre dispositif qui comporte des bandes de métal laminé 17 portant en relief sur un coté des barrettes inclinées 18.
Les figures 11 et 12 représentent des brûleurs de forme circu- laire dont l'ensemble des flammes est disposé soit suivant un plan (fig. 11), soit suivant un cane (fig. 12). Des brûleurs similaires peuvent être cons- truits en enroulant un fil 6 autour de couronnes planes ou coniques 5 comme il est indiqué sur les figures 13 et 14.
La figure 15 donne une idée de la facilité avec laquelle on peut construire des brûleurs industriels de forme et de dimensions variées; le brûleur représenté figure 15 est constitué par deux bandes préparées 5,5' comme il est indiqué à la figure 3 et serrées entre un corps 19 en tôle ou en acier laminé et une cornière 20.
Dans tous les exemples de réalisation décrits jusqu'ici, tous les orifices sont disposés pour que les tourbillons stabilisateurs se produi- sent à la base de chaque flamme. Il est bien entendu possible de limiter 1' autostabilisation à une partie seulement de l'ensemble des orifices, les flammes autostabilisées stabilisant d'autres flammes allumées à la sortie d'orifices quelconques. La figure 16 représente une tête de brûleur compor- tant deux doubles rangées d'orifices 21, 21' pour des flammes autostabilisées placées de part et d'autre d'une flamme allumée à la sortie d'un orifice cons- titué par une simple fente 22. La figure 17 représente un brûleur cylindri- que dans lequel la flamme centrale allumée à la sortie d'un orifice 23 de gros diamètre est stabilisée par une ceinture de flammes autostabilisées.
La figure 18 représente une tète de brûleur cylindrique 12 cou- pée suivant un diamètre par une double rangée de flammes autostabilisées qui stabilise les deux flammes allumées de part et d'autre.
La figure 19 représente un dispositif analogue, mais les flammes
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autostabilisées sont placées au centre du brûleur 12 et forment un pilote cy- lindrique 24.
La figure 20 représente une tête de brûleur 12 à plusieurs ran- gées de flamme disposées en couronnes; une double rangée de flammes auto- stabilisées, à 26, stabilise les flammes allumées à la sortie d'orifices or- dinaires 25 disposés sur plusieurs rangées.
Les têtes de brûleurs décrites ci-dessus ne sont que quelques exemples des possibilités que présente l'application de la présente inven- tion soit à la totalité, soit à une partie des flammes et pour toutes les formes de têtes de brûleurs à flamme bleue.