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Procédé de combustion et br@leur pour la niât en oeuvro de co procédé*
La présenteinvention concerne d'une manière générale un procédé et un appareil pour faire brûler des combustibles fluides dans une zone close,, L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un appareil pour faire brûler des gaz en volumes importants et à de' grandes vites@es, en vue de faire fondre et d'affiner des déchets métalliques, tout en maintenant à un minimum le
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niveau de bruit de la combuationt Lon bru Leurs à Cas sont largement uti.
lisée dans l'industrie métallurgique pour compléter la
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source de chaleur dans Ion fours de différents tY}J08, tel. que le four à aolo, le four h réverbère et le four iloutri. que* Dans ces fours, le brûleur à Cr.u sort réduire le temps total do chauffage ou de funiong h auamonteE>l' offi- oaoité du four$ h diutnuur la consommation total* l1' éner[;!. électrique dun8 le oui d'un four dlttctrtqu., et h diminuer l\ulll'J1 lu cofiar,rnatinn doa 6tectrorlen, ainoi qui augmenter la disponibilité du four Pour qu'un brûleur h az uni 11 efficace pour une toile utilisation, il faut. qu'il ooit capable do fournir c.ed;
.nt un tompa anoet prol6 une flam- me dont la tempéra tw soit comprise entre 16500 et 2760' Co On Mélange des volunoc importante de gaz combustible) par exemple de gas naturel avec un sa!! oxydant. par exemple avec do l'oxycône, de manière h obtenir les toiapdratitres ddoltées, On fait fonctionner le brûleur nécesuairn.aont t l'intérieur du four, Avec ce typo de combustion on produit
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un bruit ausourdîosant# qui n'eat pas seulement nuicible aux nerfs du personnel, mais qui a en outre pour effet, dans certaine cas, le refus du personnel de travailler dans lea zones où fonctionnent les brûleurs
La présente invention réalise un procédé
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et un appareil, qui permettent d'obtenir les temporel-ares et les calories désirés de combustion, dans le temps néces- saire,
tout en évitant le bruit prohibitif qui accompagne le fonctionnement des brûleurs ordinaires du type considé- ré ici.
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L'un des buts de l'invention est donc de réaliser un procédé etun appareil pour faire brftlor des combustibles fluides, cane produire un bruit excessif et nuisible.
Le procédé et l'appareil, conformes à
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l'invention et permettant de brûler des cocabuotiblee flui- des avec un niveau de bruit relativement bas, sont simples efficaces et peu coûteux
Ce procédé et oot appareil permettent
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de brûler des combustibles gazeux dans une zone cloue z de gnuides vitesuon at t dou températures lovées, avec un minimum de bruit*
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Ce procède et oot appareil présentent l'avantage d'une grande ooup.eaae d'application, ot pouvant 8tre utiliodo pour deu types v3ria de combustibles D'autres bute et avantagea de 1 invonw tion apparaîtront au couru de la doacript1on qui va suivre et qui se réfère au doarin annexé, sur lequel! - la fige 1 ust une vue supérieure en plan du nouveau brûleur cunfvrcac: 1 invant.ion; - la fi-# 2 cuit une coupe nuivant la li,-ne 2-2 do la fi. 1;
- la fige , oust uno vuo en bout du côté do l'oxtrem1td do décharge du brûleur Le procède) conforme h l'invention et permettant do brûler des combustibles fluides aveo un mi- nimum do bruit, on.1iRto oat101t!ollc.-:.,nt bzz diriger un cou- rant do carnbufi,.b.o fluido sur un trajet sensiblement 1'00" ti.1.1rno ot r" diri. or tilmultttnéinont un courut d'un gaz d'oxydation du cOMb1tible. do façon quo co dernier courant
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soit ooaxial par rapport au courant de combustible.
Des portions de la région interfaciale de séparation dos cou- rants cent séparées circonférentielloment l'une de l'autre, tandis que les courants sont dirigés parallèlement l'un à l'autre. Si on dirige ainsi les deux courants, comme on vient de l'expliquer, on obtient les meilleurs résultats, comme on a pu le constater, quand le gaz oxydant est dirigé au centre du courant de combustible et possède une vitesse supérieure à celle du combustible Cette plus grande vitesse du courant central a tendance à aspirer le combustible flui- do dans le courant d'oxydation;
de plus, puisque Ion cou- rants sont parallèles et que dos portions adjacentes de cou courants sont séparées temporairement l'une de l'autre, on obtient un mélange progressif dos courants sur une lon- 4"uour considérable de la flamme,avce une réduction réoul- tante sensible du bruit.
On a constaté que d'autres caractéristi- ques influençaient la réduction du bruit, comme par exemple la vitesse relative dos doux courants et leurs sections transveraales. Quand le gaz combustible est un gaz naturel et quand le gaz oxydant ost do 1' oxygène, le courant d'oxy- gène est dirigé au centre du courant do gaz naturel, avec une vitesse égalo à pou jprès à 3,5 fois la vitesse du gaz naturel* En môme temps, la section transversale du courant de gaz naturel doit être environ égale au double de la sec- tion du courant d'oxygène Oos dimensions relatives, non seulement favorisent la réduction du bruit pendant la combustion du gaz naturel, nais fournissent en outre, entre l'oxygène et le gaz naturel, un rapport en volume égal à 2,
qui est le plus avantageux pour brûler le gaz.
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En utilisant le nouveau procède oontorm. à la présente invention, on peut obtonir les te#p4rlture. n'coBD.1rolS comprition entre 1650*0 et 276OtCg en menao tctnpt qu'une quantité* do chaleur de 6#3 x xi Kofti à l'heure* ' Ces températures et cette quantité do chalour exigent de faire brûler -len volumes conciddrablos do combuatîbleg les donndeu tndtquéna 4u.no le tableau 1 suivant représentent les cohditinnn réelles de aine on oeuvre du présent procédé@ TABLEAU ,1
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ut do Débit du E;i.l.Z nu- Débit do li Rapport on volume l'ef1Htl turol on m3 lh. oxyno un do l'oxyton au ¯¯¯¯¯ h i # i ii 1;
.3 h leh. ,..# ,nI naturel ,
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<tb> 1 <SEP> 328 <SEP> 495 <SEP> 1,5
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<tb> 2 <SEP> 345 <SEP> 495 <SEP> 1,45
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<tb> 3 <SEP> 333 <SEP> 530 <SEP> ' <SEP> 1,65
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<tb> 4 <SEP> 368 <SEP> 530 <SEP> 1,44
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<tb> 5 <SEP> 354 <SEP> 460 <SEP> 1,37
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<tb> 6 <SEP> 368 <SEP> 550 <SEP> 1,5
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<tb> 7 <SEP> 368 <SEP> 565 <SEP> 1,57
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<tb> 390 <SEP> 545 <SEP> 1,4
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<tb> 9 <SEP> 368 <SEP> 550 <SEP> 1,5
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<tb> 10 <SEP> 390 <SEP> 565 <SEP> 1,45
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Pondant que les volumes importants de
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gaz, indiquas sur le tableau I, brdla1ent.
le niveau dut bruit du brûleur était ci bas qu'il notait pas posait!* do détecter h l'oreille non tonct1o}eont parmi les bruits habituels acconpagnant loo op'rtt1ono d'élaboration de 11 acier# Aucune plainte des ouvriers n'a été anromintr6i dans l'atollor ou les brûloviro fonctionnaient , et ceci est vrai
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môme dans lao oui oû on a fuit fonctionner oil'lultnn4,1.nt plusieurs brûleurs sonne colà est courant dans cette toch*
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nique On peut remarquer sur le tableau 1 que la
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combustible fluide préféré pour le prdaont procédé* ont le
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gaz naturel.
Cependant, on peut utiliser aussi, on conjonc-
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tion avec un gaz oxydant, d'autres eosnbtirti.blan fluides qui peuvent Ctyo duo combuntibloa strictement gaz*=# don corabuatiblun liquidoa ou môac doo oonbusttbios en finue particult'Ht On peut. citer, parmi les Gaz l'hydrobbnu et le propane@ parmi les cotabunLibIcs liquidua le mazout, lo ,ou. dron ou bituma, ot par.ni les corabuatiblps solides on po- tltoo particules le charbon pulvérioé. On pont évilemient utiliser don mélangea de ce:3 conbuotibloa do la 08mo manière quo les combustibles eo%Lloe Lo gaz oxydant préféré est il oxygène ceraiblerient pur, pour faire brûler les combustibles fluides mentionnés ci-docaus et dos nélancoa do ooa combua- tibles; on peut copondant utilioer également d'autroa ma- tièroa gazeuses oxydanteag corme par exemple l'air, lo fluor, et loura mélanGea.
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Dans un modo de réalisation particulier
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du préaont procédé , on dirico le courant d'oxycàno au cen-
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tre du courant do combustible fluide. Bien que cet;e méthode
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particulière ait dornd leo t.10illoura r6au3.tate en particu- lier quand le courait d*oxygène possède U11e plue grande
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vitesse, on peut cependant disposer au contraire le combus- tible fluide au centre du courant d'oxygène* Quelles que soient les places respectives des doux courants, il faut
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que l'un dos courants possède une vitcatio plus grande que
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l'autre pour obtenir les meilleurs résultats.
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Le dessin représente l'appareil que l'on
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a trouvé le Meilleur pour mettre on oeuvre le procédé pré** codent Le brûleur 10 est ferme do trait conduites concone triquoa ,3,, 12 ot 13, en for noirs ta conduite extérieure 13 comporte doux extrémités arrondît$ 17 et loi Ils est
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soudée sur la conduite 12 aux point. désignée par le nombre
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do référence 15$ La conduite centrale 11 tome une otbre 20 fournissant un cas oxydant tu travers lo brûleur 10j allé se torwino h une courte dîntance# Yr. l'1nt'r1o'. do la line do raccordement entre la conduite 12 et l'oxtr8t1i t' arrondie 18 do la conduite 13o La zona située à l'intérieur do la conduite 12, entre lco cxtr3m1t4.
don conduites 11 et 12, forma la tuyarc 21 du brûleur* Plusieurs tubes do oui, vre 23 sont disposas entro les conduites 11 ot 12 ot o1 éten- dent sur uno courte dlotl1ucO dans la tuyère 21. Tous cou tubes ont sonsiblomont le rnewo diambtre intérieur et le tofirao dlambtro oxtdrieurl ils sont alignes l>arallttlo.lcnt tu
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l'axe longitudinal du brûleur. On voit fort bien ces oarao-
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tôrintiqnca sur la fil. 39 lien tubos 23 s'appuient leu uns contre 1\'.:0 autres, autour do la chuobro centrale 20 ot dans la chambra 25, qui est formée entre ion conduiteo 11 ut 12 ot fournit le cob'wt1blo 4laide à la tuyère 21. Loo oxtrft- mitée de cou tubes sont alitées traraveroalorentt les tu- b4c nont fixée d'une l'tU11jro appropriée entre les oonduitoa 11 ot 12, cluna la chambre 251 110 pouvent 6tre braf,14o sur la ottffaca extériouro de la conduite 11.
On peut UtilÎcerl on plus do 1;. bnourot don rondelles (l' 4paictJour, ai on lao désiro9 pour établir la contact entre les tuboo 2) at lea Burtneos des conduites 11 et 12 La butée dos tuboo 23 autour
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de la surface extérieure de la conduite 11 ferme une mul-
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tiplicitè de petits canaux triancula1rel ad 1=n4tatomont adjacente à la conduit* Il# autour de la périphérie de celle-ci# La tuyère 91 est refroidit) au moyen d'une chambre concentrique de retro1difJ8Ctment >0 formes entre les conduites concentriques la et 1). Une conduite d'adminsion d'eau 32. o1 étendant latéralement et comportant un jcoudo 33p communique avec la chambre 30# 4 l'endroit de la,tuyère, ot sert à amener l'eau de rofoid13sont jusqu'à collo-cit L'eau chauffée quitte le brûleur prôé de la sec- tion arrière par une conduite do sortie 31.
Lo coude 33 et la conduite de sortie 31 sont Boudée sur la conduite 13, comme l'indique la soudure 34 entourant la conduite 31.
Le même procédé do fixation est utilisé pour fixer la con- duite 35 d'admission do gaz sur la conduite 12, do façon à la faire communiquer avec la chambre 25; cette fixation est réalisée dans la zone découverte de la conduite 12, à l'extérieur de la conduite 13'
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Un Onea[;Ol.1ent étanche au fluide est établi entre les conduites 11 ot 12 au moyen d'un presse.
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étoupo 37 et do bridoa 30# 39;
celles-ci servant aussi à aligner ooncontr1quoont la conduite 12 avec la conduite 11, à liarribre du brùloure Le pro8Be'<'étoupa 7 oomprund un col inourv4 40, qui est noudi en 4Z sur la bride 38 et qui comporta uno partie filetdu 4f .0 Viouant dans une section taraudée 43 de la jupe d'un charoDU 44 pouvant coulicter sur la conduite llé Uno garn1tura éladtiquo 45# comprenant une bauo 45g à section ronde, $et enfoncée 4 force entre Io col 40, la conduite 11 et le chapeau 44#
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Les brides 38 et 39, dont celle-ci est Boudée en 57 aur la conduite 12, août réunies ensemble au moyen de via 55 à tête cubique.
Un joint 56 assure l'étanchéité nécessaire
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u. fluide. Comme on le voit sur la figure t, un gas oxydant est fourni a la conduite Il au moyen d'un raccord en T 6, dont l'.xtrda1\' opposée a la conduite il, reçoit un bouchon 48# permettant de purger la vapeur.
Les dimensions relatif ! des conduites constituant le brûleur sont des
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facteurs principaux puisque$ oomme on il expliqué précédaient, le broleur 44t conçu pour mettre en oeuvre le procédé décrit ici, dans lequel les volumes et les vitesses des gaz ont une Importance ainsi que la proximité entre les deux gaz pendant la combustion@ Le tube central d'oxygène 11 est un tube standard dont le diamètre intérieur est égal appro-
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ximativetnent a............................,, .#. -.,.................u.!.....m #'-*#
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26,6 mm; la conduite 12 possède également des dimen- nions standards; son diamètre intérieur est égal à peu près à 63,5mm.
Les tubes 23, qui sont standards possèdent un diamètre intérieur de 9,24 mm. et une épaisseur de paroi de 2,23 mm, tandis que 1'épais- cour d@s parois de la conduite 11 est égale à 3,38 mm.
Si on compare les sections de passage de la chambre 20 et do la chambre 25, après que les tubes 23 ont été placée dans la chambre 25, on constat que la section restante de passage de la Chambre 25,s'est- à-dire la section totale des tubes 23 et des parties triangulaires 26, 50, est un peu supérioure à deux fois la section de la chambre 20, et peut être égale par exemple a la section de la chambre 20 multipliée approximativement par 2,262,
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On comprendra mieux l'importance des
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dimensions indiquées o1wdoqU8 après avoir lu l 'explication suivante du fonctionnement du brûleur qt de l'ieouleaent des matières fluides a travers celui-ci* La conduite 47 d'admission d'oxygène coranunique avec une réserve appropriée
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d'oxygène et comporte un dispositif pour régler et mesurer
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le débit d'entrée do 1 axybna dans la chambre bzz De môme, la conduite 35 d'admission du gaz cotibuatible cet Foliée à uno source appropriée do gaz naturel, ot aUGu1 . un dieposi< tif de régulation ost do dosage Puisque les m4c3niooo raon.
tionndu ci-dussuo do régulation ot de dosage sont standardo, on no les a pas représentes sur lao dosai!) annexé fondant quo l'eau de rofroidiasenont o'6ooulo dans la ahaabre 30# l'oxygène et le ,>z naturel sont introduits dans Ion chambre4 20, 25 h partir do leurs sources roupectivoop Pour obtenir lus volumue désirés dos doux gnat au nomont 04 coi (pu dmorgont do la tuybro 21 du brûleur ctA introduit 1Iox;vno avec un Jdbit sufrioant pour lui donner une vitesse draie à '.5 fois la vitoooo du e naturel tvorest la chambre 25.
En combinant cette u1ontat1on do vitesse 4e l'oxygène uvoo le fait quo la section do la chabro 25 cet .:ale .
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peu près doux fois la section do la chambre 20, on obtient
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un rapport net on volume ùo 1,5 environ entre iloxybno ot lo Laz naturel, te l'endroit oU laa courants do ets éaar- cent do luurs chaabroo- rospootivoso !La configuration lonci" tudinale dao chuwbroo 20, 25 et leur parnl1411aao imituol permettent d'obtenir due coiironto paralloloa et coaxiaux d'oxy&ne ot de gaz natttrolo Une expansion dos gae se pro- duit lr.1t1édiC4toncnt on avant du brûleur, comme on 10 voit
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sur la fige 2,
et donne aux fais la forme caractéristique
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d'une flamme* Du fait que le courant central d'oxygène possède uno plus grande vitesse que le courant de Gaz natu-
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rel qui l'entoura, le gaz naturel out aspiré progressivement dans le courant d'oxygène sur une distance oonsidérabla Ootto distance est déterminée naturellement par la vitesse
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relative des deux CM, ainsi que par los sections de leurs écoulements,qui ont été décrites précédemment En dirigeant los doux courants do gaz naturel ot d'oxygène parallèlement l'un à l'autre, cornue on l'a expliqué, on réalise un mélange progressif dos gaz, avec uno réduction résultante du bruit, mais do plus,
la portion do gaz naturel émergeant des in- tervalles entre les potitos partios triangulaires 26 se
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trouve on contact plus intime avec le courant d'oxysëno quo le-gaz émergeant des tuboa 23$ On moNO tompe, le az passant le long de la portion intérieurs des tubes 23, tout près do la surface extérieure de paroi de la oonduito cen-
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trale lit est plus 61oivd de la surface xt'r1oura oxtr8-ç me du courant d'oxygène que lao gaz naturel J'aiDant le long do la paroi extérieure immédiate de la conduite Il* Cotte différence résulte naturellement do l'épaisseur de la paroi
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du tube 23, épaisseur qui n'est que de 2,23 mm environ Cependant, cattu différence est suffisante pour onpQohcr un mélange ircunddiat dos portions des a,b jusquih ce qu'el...
les se trouvont h une distance considérable du brdlaur. On voit ainsi que c'ost la Gaz naturel, panant à travers les portions triunulairoa 26, qui est aspiré tout d'abord dans le oourant central dioxylbnop que le gaz passant h travers les portions des tubos 23 100 plus voisines do la conduite 11 est ensuite aspiré d1o 10 courant d'oXygène, ost que le gaz venant dos zones les plus éloignées dos tubes 23 ot dos
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partial triangulaires plus crandwa 50 ont fimiMent aspiré h non tours Du fait quo les tubes 23 ont an contact arroo l'extérieur de la conduite 11, ile formant avec c811..
ci une barrière do séparation dco courants, qui oomporto
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alternativement un contact ot une absence de contact entra
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les tubes 23 ot la conduite Il* On voit quo Ion tube# $3 8orv Jnt 2\ donner une plue t1"Itr.Jo vltosso a de portion., de la rdgion intorfaoiale, autrement narma.o dae deux courants* avoc une distribution oircont6rontiolle par rap-
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port au courant centrale
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Los tuboa 23 n'obligent pLI seulement lo courant do gaz naturel à uuivre un trajet rtotiUeM et parallèle 1 celui du lloxlùno, riais servent aueti h réa partir unitorm6ont lo jus naturel autour du courant d'oxy gbnoo Il on rdnuito quo la t'UJ1."o oxoroo un cfiot 4'0.11\1&'1&18 eo progro8Blf ot qu'elle n'ost pas irr4gull.ro eoeme dans le cas ou on utilise seulement doux conduites oonoeo- triques et p:1rZLllUoth L'allu::
1o.co progressif contribue 'sa- Icuont à reluira lo bruit -ta la combustion* Fendant quo leu courante de gaz naturel ot d1 oxygéna sortent du brûleur 10, dans les condition* décrites ci-dcsoua, et quo le Cas brdlo, une flamo d'une longueur de 3 m environ est obtenue grAce au m6o p3'. grossit des doux courants do cas aur cette longueur MM si le brûleur fonctionne à l'intérieur d'una sono cloue# par exemple l'intérieur d'un tour, le bruit est ni faible
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qu'on ne le remarque pas dans les conditions habituelles de travail de l'usinât , On remarquera sur la fie* 2 quo les tubes
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23 s'étendent sur uno court distance à l'intérieur do là
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tuyère 21 ot au do, do la conduite 11.
On peut modttior cette diapaaitiat particulière on alignant le extr$mitds des tubes 23 avec le tybe 11 ou on inversant la d1apoa!- tion décrite et on prolongeant le tubo 11 au delà des et trem1t6s dojo tubes 23# Oopondant, dans la disposition préférée, luo tuboo 23 aldtondunt oone1bloment au delà du tube il car le gaz naturel paooant h travors loa tube
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23 so mélange ainsi pluo tard avea le courant dtxtgric Il n'est u3sontiel ni que le tubo 11 ."tondu au delà des tubes 23,
ni quo Ion tubes 23 attendent au delà de la
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conduite d'oxyno Il# Lo prolonoaont représenté sur le demain tend à étrangler les portions extérieures oxt¯vQte du courant do gaz naturel ot à les empocher de diverger
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vers l1 extérieur
On a constaté que l'écoulement d'un gaz h travers une conduite standard d'un diamètre intérieur de 26,6 mm, telle que la conduite 11, à une vitesse supérieure à 330 m/sec., produit du bruit.
Ainsi, la vitesse du gaz oxydant h travers la conduite 11 doit être inférieure à Cet . te valeur* La vitesse utilo minima d'écoulement 4 travers
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la conduite centrale 11 est d'environ 70 m/seo* On a cons- taté que la meilleure vitesse d'écoulement pour l'oxygène est comprise entre 70 et 290 m/sec. et on estime que la
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meilleure vitesse eat d'environ 244 m/sec* Ainsi, dans l'essai n 1 du tableau I, ou l'oxygène est introduit avec un débit do 495 m3/he@ la vitesse do l'oxygèno est d'en-
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viron 247 m/aoct Cotte vitesse est considérée cosmo la vitesse optima pour la conception présente du brûleur.
En décrivant la mise en place des tuboa 23 dans la chambre 25, on a indiqué que ces tubes sont
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brassa sur la surface do la paroi extérieure de la conduit^ Il* Ce modâ do fabrication offro l'avant... do permettre do rotirer complbtoaont la earduito 11 et la# conduites 23# pour une opération do ro.1placoClont do p1'0.. ou de nettoyage sans dér-vitor la paroi oxt<fieuy du bl,tum définie par la conduite 1)# qui est mont4o 4'un. 84ni'r. purwanonto a llintdrieur du tour dans la plupart dos ou* D'après la description pr4oddonto# du procédé ot du brûleur oontoe8 à l'invontion.
on voit quo cella-ci rèalioop pour la combustion de ooabuetlbloo fluides, à dao tcmpdraturos <!loveao et avec un d4saac.\ont do chaleur important, un procédé et un apparoil, qui por-
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mottent uno rdduotion du bruit, co qui n'était pas posai*
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blo dma le passés La procédé conformo à 1<invention cet offioaoo, simple ot d'uno mise on oeuvra pou OOt0U3o, 00U1."0 cola apparaît avec évîdcnco en considérait 1 ovin- plicitê do 1'appareil utilisé pour la misa on oeuvra du procède.
On peut fabriquer lo brûleur oontorme h l'iRVËn"
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tion nana avoir boooin d'aucun outil spécial ou d'aucune
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matibro opdeialop avec un nobro minimum da pièces* Ce brûleur occupe dans un four un eapsxoo relativement réduit| puioquo son diamètre n'cat quo de 10 ca dana osa plua grande onction transversale ot quo sa longueur est intdriowo à 1,06 m entre 1' entrée du raz ot la face avant du brûloir.
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On comprend quo certaines Modifications
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ot el1.ln("onontst ouE;-érd,a par les tochn1a1ona; sont nécon. aai roo do tempo on temps pour adaptor le brûlour a des matiârQa pnrttcul1brou, cou modifications et ohAn;,..oront. uont incluo dans 10 dooaino de l'invention