Brevet additionnel subordonné brevet principal N <B>421579</B> L e brevet principal a pour objet un procédé pour produire de l'énergie sonique dans un milieu gazeux am biant, dans lequel -on alimente un ajutage avec un cou rant de gaz ayant une pression telle que l'ajutage pro duit un jet de gaz à une vitesse au moins sonique et on dirige ce jet de gaz vers un.
pulsateur, et dans lequel on effectue une expansion contrôlée du jet de gaz dans une section<B>de</B> sortie divergente de l'ajutage, et on règle le courant d'alimentation de gaz de façon que la pres sion dans une région du jet de gaz soit inférieure à celle du milieu ambiant et que la vitesse du jet de gaz reste au moins sonique de façcn à introduire du gaz ambiant dans cotte région. L,. brevet principal comprend égale ment un appareil pour la mise en #uvre de ce procédé.
Lors de la construction de tels appareils, dits généra teurs soniques, utilisant des ajutages convergents-diver- gents, il faut veiller à éviter un accroissement indu des couches limitrophes et à éviter que les couches gazeuses ne se décollent des parois intérieures<B>de</B> l'ajutage. Ces problèmes se posent spécialement dans la section diver gente de l'ajutage où la vitesse des gaz est élevée.
Si on ne leur trouve pas une solution, le rendement du généra- teur dans lequel on utilise un tel ajutage est irrégulier, surtout si l'on désire travailler avec une gamme rela tivement étendue de pressions d'entrée du gaz.
L'invention a donc pour but de procurer un procédé et un appareil qui. évitent ces inconvénients. Le procédé suivant l'invention est tel que celui revendiqué dans le brevet principal et caractérisé en -outre en ce qu'on fait passer l., courant de gaz par un passage destiné à conduire ce gaz sans changement de pression avant de diriger 1e courant de gaz dans le pulsateur. L'appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé, qui comprend, comme celui revendiqué au brevet principal,
un ajutage servant à transformer un gaz sous pression en un jet de gaz à vitesse au moins sonique et un pulsateur commu- niquant avec l'ajutage, l'ajutage comprenant une section divergente de sortie permettant au jet de gaz une expan sion contrôlée, est caractérisé, selon la présente inven tion, en ce que l'ajutage comprend une partie stabilisa trice de section transversale uniforme, de préférence cy lindrique, disposée entre la section divergente de sortie et l'entrée de l'ajutage.
Pour bien faire comprendre le procédé selon l'inven tion, on en décrira ci-après une mise en oeuvre particu lière avec référence aux dessins annexés, qui représen tent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ap pareil selon l'invention et dans lesquels la fia. 1 est une vue en perspective d'un générateur d'ondes de pression soniques fonctionnant au gaz, con forme à l'invention ; la fie. 2 est une coupe du générateur de la fig. 1, suivant la ligne 2-2 de la fia. 1, et vue dans le sens des flèches, et la fia. 3 est une coupe analogue d'un autre généra teur d'ondes soniques fonctionnant au gaz, conforme à l'invention.
Le générateur d'ondes soniques fonctionnant au gaz représenté aux fi-. 1 et 2 comprend un ajutage 10 dont le conduit se compose d'une partie d'entrée convergente 12, d'une partie milieu essentiellement cylindrique 13 de stabilisation , et une partie de sortie divergente 14. Une source de gaz sous pression (non représenté) com munique, par une tuyauterie 16, avec une extrémité de l'ajutage 10, dont l'autre extrémité communique avec un pulsateur 18. Ce dernier comprend une chambre ou cavité pulsa.toire 20 qui intercepte le jet de gaz produit par l'ajutage 10 et émet des ondes de pression soniques, le tout comme décrit dans le brevet principal.
La présence de la partie cylindrique de stabilisation 13 qui réunit la partie convergente 12 à la partie diver gente 14 de l'ajutage 10 augmente notablement la stabi- lité ainsi que la puissance débitée et le rendement du générateur sonique utilisant l'ajutage. En outre, cette partie médiane permet au générateur de fonctionner avec une gamme relativement étendue de niveaux de pression d'air variables à l'entrée sans que cela n'en traîne la chute de puissance et de rendement expéri mentée jusqu'ici.
On estime qu'une des raisons pour lesquelles l'ad jonction de la partie de stabilisation 13 produit des ré sultats tellement meilleurs est que les lignes d'écoule- ment du gaz traversant les ajutages sont redressées dans la partie 13 et ne s'incurvent pas aussi brusquement que lorsqu'elles passent directement de la section conver gente 12 à la section divergente 14.
Ceci produit un effet d'amortissement général sur l'écoulement, diminuant la tendance à la turbulence à l'intérieur et sur le pourtour des couches de gaz limitrophes longeant les parois inté rieures de la partie divergente 14. Cet effet d'amortis sement diminue simultanément la tendance du gaz à décoller des parois de la partie divergente.
On estime qu'une autre raison des perfectionnements décrits ici est que le mode de construction adopté em pêche le plan d'ans lequel la pression de gaz est égale à la pression ambiante (1e plan de pression ambiante ) d'atteindre les parties convergente et divergente de l'aju- tage,
ce qui provoque une déviation du courant de gaz qui tendrait à épaissir la couche limitrophe et à aug menter les risques de décollage du gaz de la paroi inté rieure de l'ajutage.
Un autre avantage de cette construction peut être démontré en faisant varier la pression du gaz d'entrée soit volontairement dans une gamme modérée, soit sous l'action des variations de pression qui peuvent exister dans les fournitures industrielles usuelles de gaz sous pression. Dans ces conditions, la tendance accrue au dé collage et à une turbulence excessive de la couche limi trophe provenant de ces variations de pression est réduite au minimum.
Le débit du générateur est donc prévisible et stable malgré ces variations de la pression d'entrée, à l'opposé des débits erratiques et imprévisi- bles que l'on rencontre souvent dans le cas d'ajutages ne comportant pas une telle partie .stabilisatrice, ce man que de stabilité étant dû, estime-t-on, au déplacement du plan de pression ambiante.
Le fait que les caractéristiques de débit sont stables et prévisibles donne, estime-t-on, plusieurs effets favo rables. D'une façon générale, la puissance de sortie soni que du générateur décrit est relativement stable et pré visible malgré les variations de pression usuelles du gaz industriel.
En outre, comme précité, la puissance de sortie sonique de ce générateur peut varier effectivement dans une gamme modérée de débits d'une manière stable et prévisible, en faisant varier la pression du gaz à :l'en trée.
Par exemple, des générateurs construits et fonc tionnant suivant la présente invention ont des puissances de sortie soniques constantes et prévisibles, lorsqu'ils fonctionnent avec des pressions de gaz à l'entrée variant entre environ 0,7 et 2,11 kg/cm2.
Un autre avantage réside en ce qu'en général le :ren dement de ces générateurs est augmenté, surtout celui des générateurs travaillant avec des pressions de gaz à l'entrée relativement élevées, voisines de 2,11 kg/cm2. Par exemple, des générateurs comprenant, en plus de l'ajutage convergent-dnvergent, la parue médiane de stabilisation,
ont produit une puissance de sortie sonique supérieure d'au moins 50% à ce que l'on obtient sans 1a partie stabilisatrice.
Un autre avantage réside -en ce que la fréquence de l'onde de pression sonique produite par le générateur est plus nette, c'est-à-dire que les fréquences produites se limitent à une bande plus étroite que celle obtenue précédemment avec des générateurs de ce genre, de sorte que la puissance débitée est plus exempte de parasites.
On estime que ces résultats sont obtenus parce que le fait d'avoir un débit stable et prévisible entraîne une stabilité correspondante des dimensions et de l'empla cement des ondes de choc dans le jet. On estime que l'axe longitudinal des ondes de choc reste relativement en ligne avec l'axe longitudinal de l'ajutage 10 et que le profil de l'onde reste relativement symétrique par rapport à cet axe. En outre, la distance entre l'extrémité de sortie de l'ajutage et les points où l'enveloppe des ondes de choc converge reste relativement constante, c'est-à-dire ne fluctue pais rapidement.
Comme, pour obtenir un rendement optimum du générateur, la cavité du pulsateur 20 doit être localisée, centrée et dimension- née avec autant de précision que possible par rapport à l'emplacement et aux dimensions de l'onde de choc, il est possible d'utiliser un pulsateur à dimensions fixes dans un tel générateur pour produire une puissance sonique de sortie ne s'écartant que légèrement des va leurs optima,
lorsque la pression du gaz à l'entrée varie. En outre, la réduction des fluctuations de l'onde de choc tend fortement à rendre plus net le spectre de fréquence du débit sonique.
La longueur J de la partie de stabilisation 13 doit avoir urne valeur minimum égale au glissement axial du plan de pression ambiante qui se produirait dans un ajutage convergent- divergent ordinaire dont les par ties convergente et divergente ont les mêmes dimensions que celles de l'ajutage proposé, lorsque la pression à l'entré varie entre certaines limites attendues.
Ce glis sement axial peut être déterminé en utilisant les équa tions suivantes -servant à calculer les diamètres d'ajutage auxquels le plan de pression ambiant--<B> </B> apparaît pour une pression d'entrée maximum et une pression d'entrée minimum attendues, et on calcule ensuite la distance axiale entre les points le long de l'axe de l'ajutage où se trouvent ces diamètres.
EMI0002.0149
où :
A =section transversale du conduit de l'ajutage en to ut point de son axe longitudinal. A* = section transversale du conduit de l'ajutage à l'endroit où le nombre Mach du gaz dans l'aju- tage est 1,0.
M = nombre Mach du gaz s'écoulant en tout point de l'axe longitudinal de l'ajutage où l'a section trans versale de l'ajutage est A et la pression du gaz en écoulement est P.
k = le rapport entre les chaleurs spécifiques des gaz circulant dans l'ajutage.
Po = pression absolue du gaz à l'entrée de l'ajutage (pression de stagnation).
P =pression absolue du gaz dans l'ajutage en tout point de son axe longitudinal.
En pratique, la longueur J de la partie de stabilisa tion 13 est faite un peu plus grande que le minimum précité. Le rapport entre la longueur J de la partie de stabilisation 13 et la longueur L de la partie divergente 14 est habituellement compris entre 1/s et 1/2. Des aju- tages utilisant un rapport J/L de 1/s se sont avérés par ticulièrement intéressants.
La cavité 20 du pulsateur 18 est maintenue dans le rapport d'espacement désiré par rapport à l'ajutage 10 au moyen d'une paire de bras 22 attachés à une partie annulaire 24, elle-même vissée à l'ajutage 10 au moyen de parties filetées 26. Ces parties filetées peuvent être utilisées pour régler la distance entre le pulsateur 18 et l'ajutage 10.
La longueur I et l'angle de convergence (a) de la partie convergente 12, et la longueur L et l'angle de divergence (b) de la partie divergente 14 nécessaires pour obtenir un débit préféré du générateur sonique peu vent tous être déterminés par les équations (1) et (2) et conformément aux principes exposés dans 1e brevet principal. De façon semblable, la distance Y entre l'ex trémité avant de la cavité de pulsateur 20 et la sortie de l'ajutage 10, et la profondeur Z de la cavité 20 à utiliser pour obtenir un rendement optimum du généra teur peuvent être déterminées en se basant sur les prin cipes exposés dans le brevet principal.
La cavité de pulsateur 20 comprend une ouverture cylindrique ayant une paroi arrière conique 28. La pré sence de lia paroi aTriàre conique 28 dans la cavité 20 améliore le rendement du générateur sonique par le fait que les fréquences des ondes .soniques émanant de la cavité 20 se limitent à une bande notablement plus étroite que dans les appareils connus de ce genre. C'est-à-dire que l'onde de pression sonique sortant du générateur est plus nette et contient moins de parasites.
Lorsqu'on utilise ce pulsateur à fond conique avec un ajutage comportant une partie de stabilisation telle que 13, l'effet marqué de netteté de la partie stabilisa trice ajouté à l'effet de netteté du pulsateur produisent une onde de pression sonique de sortie ayant une carac téristique de fréquence très satisfaisante.
L'angle de conicité (c) de la paroi arrière 28 de la cavité de pulsateur 20 à fond conique a, de préférence, une valeur comprise entre 900 et 1500. En pratique, un angle d'environ 1200 s'est avéré très satisfaisant. On estime que le fond de la cavité du pulsateur intercepte et réfléchit les ondes de choc du jet de gaz produit par l'ajutage 10 de façon à réduire les ondes de pression soniques aux fréquences indésirables.
Le générateur sonique représenté à la fig. 3 com porte une enveloppe 30 se composant d'une partie cy lindrique 32 taraudée intérieurement comme représenté en 34, d'une paire de bras 36 reliant une partie d'extré mité 38 de l'enveloppe 30 au support fileté 32 et d'une cavité du pulsateur 40 formée dans la. partie d'extré mité 38.
Un ajutage cylindrique 42 est fileté extérieurement et est vissé dans la partie taraudée 34 de l'enveloppe 30. L'ajutage 42 contient un passage ou conduit axial com portant une partie de stabilisation cylindrique initiale rectiligne 44 suivie d'une partie divergente 46. Une source de gaz comprimé (non représenté) communique avec l'enveloppe 30 par un conduit 48 ayant une extré mité filetée 50 qui se visse dans la partie taraudée 34.
La construction du générateur représenté à la fig. 3 est plus simple que celle des générateurs soniques pré cédents. En premier lieu, l'usinage des parties 44 et 46 de l'ajutage 42 est plus simple parce que l'ajutage 42 peut être préparé séparément pour être monté dans l'en veloppe 30 lors de l'assemblage final. En outre, l'ajutage 42 n'a pas de partie convergente correspondant à la partie 12 de l'ajutage représenté aux fig. 1 et 2.
Ceci simplifie encore la construction de l',ajutage. L'expé rience à montré qu'il est inutile d'utiliser une partie convergente dans un ajutage de générateur sonique fonctionnant au gaz, si on utilise une partie de stabilisa tion comme la partie 44. On a découvert qu'il en est ainsi, peu importe que le diamètre intérieur du tube 48 amenant l'air au générateur soit :égal ou supérieur au diamètre de la partie de stabilisation 44.
La valeur minimum de la longueur K de la partie de stabilisation 44 peut être calculée de la façon dé crite ci-avant pour déterminer la longueur minimum de la partie stabilisatrice J de l'ajutage 10. En pratique, le rapport entre la longueur K de la partie stabilisa trice et l'a longueur N de la partie divergente est habi tuellement compris entre 1/s et 1/2. Des ajutages utilisant un rapport K/N de 1/s se sont avérés particulièrement intéressants.
Comme le gaz traversant la partie stabili satrice 44 a un nombre Mach de 1,0 la longueur N et l'angle de divergence (d) de la partie divergente 46 peu vent être déterminés de la même façon que les valeurs correspondantes (b) et L de la partie 14 de l'ajutage 10. De façon semblable, les valeurs optimales d'emplacement et de profondeur Q et R du pulsateur 40 peuvent être déterminées sur la base des principes décrits dans le brevet principal.
Les caractéristiques de fonctionnement de .trois exemples d'ajutages construits et fonctionnant selon la forme d'exécution représentée aux fi-. 1 et 2 sont don nées au tableau suivant. La pression de l'air entrant et le débit de chacun des générateurs mis à l'essai varient entre des valeurs relativement faibles (0,28 kg/cm9 et 400 watts) pour l'appareil de l'exemple 1 et des valeurs relativement grandes (2,11 kg/cm2 et 1400 watts) pour l'appareil de l'exemple 3.
EMI0003.0105
Exemple <SEP> 1 <SEP> Exemple <SEP> 2 <SEP> Exemple <SEP> 3
<tb> Po <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,28 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,56 <SEP> kg/cm2 <SEP> 2,11 <SEP> kg/cm2
<tb> Débit <SEP> d'air <SEP> entrant <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,363 <SEP> 0,442 <SEP> 0,870
EMI0004.0001
Exemple <SEP> 1 <SEP> Exemple <SEP> 2 <SEP> Exemple <SEP> 3
<tb> To <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C
<tb> (a) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 30o <SEP> C <SEP> 30o <SEP> C <SEP> 30o <SEP> C
<tb> (b) <SEP> . <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C
<tb> I <SEP> ................ <SEP> 0,721 <SEP> cm <SEP> 0,721 <SEP> cm <SEP> 0,721 <SEP> cm
<tb> J <SEP> ................ <SEP> <B>0,216</B> <SEP> cm <SEP> <B>0,216</B> <SEP> cm <SEP> 0,216 <SEP> cm
<tb> L <SEP> ................ <SEP> 0,699 <SEP> cm <SEP> 0,815 <SEP> cm <SEP> 0,655 <SEP> cm
<tb> Y <SEP> ................ <SEP> 0,622 <SEP> cm <SEP> 0,508 <SEP> cm <SEP> 0,622 <SEP> cm
<tb> Z <SEP> <B>..... <SEP> . <SEP> ..........</B> <SEP> 0,762 <SEP> cm <SEP> 0,762 <SEP> cm <SEP> 0,762 <SEP> cm
<tb> PE <SEP> (absolu) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,0525 <SEP> kg/ce- <SEP> 0,0525 <SEP> kg/em2 <SEP> 0,0553 <SEP> kg/ce
<tb> ME <SEP> ..............
<SEP> 2,74 <SEP> 2,87 <SEP> 2,74
<tb> AE <SEP> .............. <SEP> 0,807 <SEP> cm2 <SEP> 0,910 <SEP> cm2 <SEP> 0,807 <SEP> cm2
<tb> Fréquence <SEP> de <SEP> la <SEP> sortie
<tb> sonique <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 6000 <SEP> Hz <SEP> 6000 <SEP> Hz <SEP> 6000 <SEP> Hz
<tb> Puissance <SEP> de <SEP> sortie <SEP> so nique <SEP> approximative <SEP> 400 <SEP> watts <SEP> 550 <SEP> watts <SEP> 1400 <SEP> watts où .
Po = pression de l'air entrant.
Le débit d'air entrant est donné en mètres cubes par minute.
T" = température de l'air entrant.
(a) = angle de convergence de l'ajutage (b) = angle de divergence de l'ajutage I = longueur de la partie convergente de l'ajutage. J = longueur de la partie cylindrique de l'ajutage. L = longueur de la partie divergente de l'ajutage.
Y = distance entre la sortie de l'ajutage et l'entrée du pulsateur.
Z = profondeur du pulsateur.
PE = pression du gaz à la sortie de l'ajutage.
ME = nombre Mach du gaz à la sortie de l'ajutage. AL = section de l'ajutage à la sortie.
La fréquence de la sortie sonique est donnée en herz. La puissance de sortie sonique a été mesurée à la source. Des résultats semblables à ceux donnés dans le ta bleau ci-dessus ont été obtenus au cours d'essais effec tués sur des générateurs construits selon la forme d'exé cution de L'invention représentée à la fi-. 3.
Subordinate additional patent Main patent N <B> 421579 </B> T he main patent relates to a process for producing sonic energy in an ambient gaseous medium, in which a nozzle is supplied with a stream of gas having a pressure such that the nozzle produces a gas jet at at least sonic velocity and this gas jet is directed towards a.
pulsator, and in which a controlled expansion of the gas jet is effected in a divergent outlet section of the nozzle, and the gas supply flow is adjusted so that the pressure in a region of the gas jet is lower than that of the ambient medium and that the speed of the gas jet remains at least sonic so as to introduce ambient gas into this region. L ,. main patent also includes an apparatus for carrying out this process.
When constructing such devices, called sonic generators, using converging-diverging nozzles, care must be taken to avoid an undue increase in the adjacent layers and to prevent the gaseous layers from detaching from the interior walls <B> of </B> the nozzle. These problems arise especially in the diverging section of the nozzle where the gas velocity is high.
If a solution is not found, the efficiency of the generator in which such a nozzle is used is irregular, especially if one wishes to work with a relatively wide range of gas inlet pressures.
The object of the invention is therefore to provide a method and an apparatus which. avoid these drawbacks. The process according to the invention is such as that claimed in the main patent and characterized in addition in that the current of gas is passed through a passage intended to conduct this gas without change in pressure before directing the stream. of gas in the pulsator. The apparatus for carrying out this process, which comprises, like that claimed in the main patent,
a nozzle for converting a pressurized gas into a gas jet at at least sonic speed and a pulsator communicating with the nozzle, the nozzle comprising a diverging outlet section allowing the gas jet to be expanded in a controlled manner, is characterized, according to the present invention, in that the nozzle comprises a stabilizing part of uniform cross section, preferably cylindrical, disposed between the diverging outlet section and the inlet of the nozzle.
In order to make the process according to the invention fully understood, a particular implementation thereof will be described below with reference to the appended drawings, which represent, by way of example, two embodiments of the apparatus. according to the invention and in which the fia. 1 is a perspective view of a gas-operated sonic pressure wave generator in accordance with the invention; the trust. 2 is a sectional view of the generator of FIG. 1, following line 2-2 of the fia. 1, and seen in the direction of the arrows, and the fia. 3 is a similar section through another gas-operated sonic wave generator according to the invention.
The gas-powered sonic wave generator shown in fi-. 1 and 2 comprises a nozzle 10, the conduit of which consists of a converging inlet part 12, of an essentially cylindrical middle stabilization part 13, and a divergent outlet part 14. A source of pressurized gas (not shown ) com munic, by a pipe 16, with one end of the nozzle 10, the other end of which communicates with a pulsator 18. The latter comprises a chamber or pulsa.toire cavity 20 which intercepts the gas jet produced by the nozzle 10 and emits sonic pressure waves, all as described in the main patent.
The presence of the cylindrical stabilization portion 13 which joins the converging portion 12 to the diverging portion 14 of the nozzle 10 significantly increases the stability as well as the power delivered and the efficiency of the sonic generator using the nozzle. In addition, this middle portion allows the generator to operate with a relatively wide range of varying inlet air pressure levels without resulting in the drop in power and efficiency experienced so far.
It is believed that one of the reasons why the addition of the stabilization part 13 produces so much better results is that the gas flow lines through the nozzles are straightened in part 13 and do not curve. not as abruptly as when they pass directly from the converging section 12 to the diverging section 14.
This produces a general damping effect on the flow, decreasing the tendency to turbulence inside and around the adjacent gas layers along the inner walls of the divergent part 14. This damping effect decreases. simultaneously the tendency of the gas to lift off from the walls of the divergent part.
It is believed that another reason for the improvements described here is that the method of construction adopted prevents the plane in which the gas pressure is equal to the ambient pressure (the ambient pressure plane) from reaching the converging parts and deviating from the adjustment,
which causes a deflection of the gas stream which would tend to thicken the adjacent layer and to increase the risks of the gas taking off from the inner wall of the nozzle.
Another advantage of this construction can be demonstrated by varying the pressure of the inlet gas either intentionally within a moderate range, or under the action of pressure variations which may exist in usual industrial supplies of pressurized gas. Under these conditions, the increased tendency to peel and excessive boundary layer turbulence from these pressure variations is minimized.
The flow rate of the generator is therefore predictable and stable despite these variations in the inlet pressure, in contrast to the erratic and unpredictable flow rates which are often encountered in the case of nozzles not comprising such a stabilizing part. , this lack of stability being due, it is estimated, to the displacement of the ambient pressure plane.
The fact that the flow characteristics are stable and predictable gives, it is estimated, several favorable effects. In general, the soni output power of the generator described is relatively stable and predictable despite the usual pressure variations of industrial gas.
Further, as above, the sonic output power of this generator can effectively vary over a moderate range of flow rates in a stable and predictable manner, by varying the gas pressure at the input.
For example, generators constructed and operated in accordance with the present invention have constant and predictable sonic output powers when operated with inlet gas pressures varying between about 0.7 and 2.11 kg / cm 2.
Another advantage resides in that in general the efficiency of these generators is increased, especially that of generators working with relatively high inlet gas pressures, close to 2.11 kg / cm 2. For example, generators comprising, in addition to the convergent-dnvergent nozzle, the median stabilization appearance,
produced at least 50% more sonic power output than without the stabilizer part.
Another advantage is that the frequency of the sonic pressure wave produced by the generator is sharper, i.e. the frequencies produced are limited to a narrower band than that obtained previously with generators. of this kind, so that the output power is more free of interference.
These results are believed to be obtained because having a stable and predictable flow rate results in a corresponding stability in the dimensions and location of the shock waves in the jet. It is estimated that the longitudinal axis of the shock waves remains relatively in line with the longitudinal axis of the nozzle 10 and that the profile of the wave remains relatively symmetrical with respect to this axis. Further, the distance between the outlet end of the nozzle and the points where the shock wave envelope converges remains relatively constant, i.e. does not fluctuate rapidly.
Since, in order to obtain optimum efficiency from the generator, the pulsator cavity 20 must be located, centered and dimensioned as precisely as possible with respect to the location and dimensions of the shock wave, it is possible to '' use a fixed-size pulsator in such a generator to produce sonic output power that deviates only slightly from optimum values,
when the gas pressure at the inlet varies. In addition, reducing the shock wave fluctuations strongly tends to sharpen the frequency spectrum of the sound flow.
The length J of the stabilization part 13 must have a minimum value equal to the axial sliding of the ambient pressure plane which would occur in an ordinary convergent-divergent nozzle whose convergent and divergent parts have the same dimensions as those of the nozzle. proposed, when the inlet pressure varies between certain expected limits.
This axial slip can be determined using the following equations - to calculate the nozzle diameters at which the ambient pressure plane - <B> </B> occurs for maximum inlet pressure and pressure of minimum input expected, and then calculate the axial distance between the points along the axis of the nozzle where these diameters are located.
EMI0002.0149
or :
A = cross section of the nozzle duct at all point of its longitudinal axis. A * = cross section of the nozzle duct at the point where the Mach number of the gas in the nozzle is 1.0.
M = Mach number of the gas flowing at any point on the longitudinal axis of the nozzle where the cross section of the nozzle is A and the pressure of the flowing gas is P.
k = the ratio between the specific heats of the gases circulating in the nozzle.
Po = absolute pressure of the gas at the inlet of the nozzle (stagnation pressure).
P = absolute pressure of the gas in the nozzle at any point on its longitudinal axis.
In practice, the length J of the stabilization part 13 is made a little larger than the aforementioned minimum. The ratio between the length J of the stabilizing part 13 and the length L of the diverging part 14 is usually between 1 / s and 1/2. Of particular interest are adjustments using a J / L ratio of 1 / s.
The cavity 20 of the pulsator 18 is maintained in the desired spacing ratio with respect to the nozzle 10 by means of a pair of arms 22 attached to an annular part 24, itself screwed to the nozzle 10 by means of threaded portions 26. These threaded portions can be used to adjust the distance between the pulsator 18 and the nozzle 10.
The length I and the angle of convergence (a) of the converging part 12, and the length L and the angle of divergence (b) of the divergent part 14 necessary to obtain a preferred flow rate of the sonic generator can all be determined. by equations (1) and (2) and in accordance with the principles set out in the main patent. Similarly, the distance Y between the front end of the pulsator cavity 20 and the outlet of the nozzle 10, and the depth Z of the cavity 20 to be used to obtain optimum efficiency of the generator can be determined by based on the principles set out in the main patent.
The pulsator cavity 20 includes a cylindrical opening having a tapered back wall 28. The presence of the tapered back wall 28 in the cavity 20 improves the performance of the sonic generator by the fact that the frequencies of the sonic waves emanating from the cavity 20. are limited to a significantly narrower band than in known devices of this type. That is, the sonic pressure wave coming out of the generator is sharper and contains less noise.
When this conical bottom pulsator is used with a nozzle having a stabilizing part such as 13, the marked sharpening effect of the stabilizing part added to the sharpening effect of the pulsator produces a sonic pressure wave output having a very satisfactory frequency characteristic.
The taper angle (c) of the rear wall 28 of the conical bottom pulsator cavity 20 is preferably between 900 and 1500. In practice, an angle of about 1200 has been found to be very satisfactory. . The bottom of the pulsator cavity is believed to intercept and reflect shock waves from the gas jet produced by nozzle 10 so as to reduce sonic pressure waves at undesirable frequencies.
The sonic generator shown in FIG. 3 comprises a casing 30 consisting of a cylindrical part 32 internally threaded as shown at 34, a pair of arms 36 connecting an end part 38 of the casing 30 to the threaded support 32 and a cavity of the pulsator 40 formed in the. end part 38.
A cylindrical nozzle 42 is externally threaded and is screwed into the threaded portion 34 of the casing 30. The nozzle 42 contains an axial passage or conduit having a straight cylindrical initial stabilization portion 44 followed by a diverging portion 46. A source of compressed gas (not shown) communicates with the casing 30 via a conduit 48 having a threaded end 50 which screws into the threaded portion 34.
The construction of the generator shown in FIG. 3 is simpler than that of the preceding sonic generators. First, the machining of portions 44 and 46 of nozzle 42 is simpler because nozzle 42 can be prepared separately to be fitted into casing 30 during final assembly. In addition, the nozzle 42 does not have a converging part corresponding to the part 12 of the nozzle shown in FIGS. 1 and 2.
This further simplifies the construction of the nozzle. Experience has shown that it is unnecessary to use a converging part in a gas-operated sonic generator nozzle if a stabilization part like part 44 is used. It has been found to be so. it does not matter whether the internal diameter of the tube 48 bringing the air to the generator is: equal to or greater than the diameter of the stabilization part 44.
The minimum value of the length K of the stabilizing part 44 can be calculated as described above to determine the minimum length of the stabilizing part J of the nozzle 10. In practice, the ratio between the length K of the stabilizing part and the length N of the diverging part is usually between 1 / s and 1/2. Nozzles using a K / N ratio of 1 / s have proven particularly useful.
Since the gas passing through the stabilizer part 44 has a Mach number of 1.0, the length N and the divergence angle (d) of the diverging part 46 can be determined in the same way as the corresponding values (b) and L of portion 14 of nozzle 10. Similarly, the optimum values for location and depth Q and R of pulsator 40 can be determined based on the principles described in the main patent.
The operating characteristics of three examples of nozzles constructed and operating according to the embodiment shown in fi-. 1 and 2 are given in the following table. The incoming air pressure and flow rate of each of the generators tested vary between relatively low values (0.28 kg / cm9 and 400 watts) for the apparatus of Example 1 and relatively large values. (2.11 kg / cm2 and 1400 watts) for the apparatus of example 3.
EMI0003.0105
Example <SEP> 1 <SEP> Example <SEP> 2 <SEP> Example <SEP> 3
<tb> Po <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.28 <SEP> kg / cm2 <SEP> 0.56 <SEP> kg / cm2 <SEP> 2.11 <SEP> kg / cm2
<tb> Incoming air <SEP> <SEP> flow <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.363 <SEP> 0.442 <SEP> 0.870
EMI0004.0001
Example <SEP> 1 <SEP> Example <SEP> 2 <SEP> Example <SEP> 3
<tb> To <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C
<tb> (a) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 30o <SEP> C <SEP> 30o <SEP> C <SEP> 30o <SEP> C
<tb> (b) <SEP>. <SEP>.
<SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C <SEP> 150 <SEP> C
<tb> I <SEP> ................ <SEP> 0.721 <SEP> cm <SEP> 0.721 <SEP> cm <SEP> 0.721 <SEP> cm
<tb> J <SEP> ................ <SEP> <B> 0.216 </B> <SEP> cm <SEP> <B> 0.216 </B> < SEP> cm <SEP> 0.216 <SEP> cm
<tb> L <SEP> ................ <SEP> 0.699 <SEP> cm <SEP> 0.815 <SEP> cm <SEP> 0.655 <SEP> cm
<tb> Y <SEP> ................ <SEP> 0.622 <SEP> cm <SEP> 0.508 <SEP> cm <SEP> 0.622 <SEP> cm
<tb> Z <SEP> <B> ..... <SEP>. <SEP> .......... </B> <SEP> 0.762 <SEP> cm <SEP> 0.762 <SEP> cm <SEP> 0.762 <SEP> cm
<tb> PE <SEP> (absolute) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.0525 <SEP> kg / ce- <SEP> 0.0525 <SEP> kg / em2 <SEP> 0.0553 <SEP> kg / ce
<tb> ME <SEP> ..............
<SEP> 2.74 <SEP> 2.87 <SEP> 2.74
<tb> AE <SEP> .............. <SEP> 0.807 <SEP> cm2 <SEP> 0.910 <SEP> cm2 <SEP> 0.807 <SEP> cm2
<tb> Frequency <SEP> of <SEP> the <SEP> output
<tb> sonic <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 6000 <SEP> Hz <SEP> 6000 <SEP> Hz <SEP> 6000 <SEP> Hz
<tb> Power <SEP> of <SEP> output <SEP> approximate <SEP> <SEP> 400 <SEP> watts <SEP> 550 <SEP> watts <SEP> 1400 <SEP> watts where.
Po = incoming air pressure.
The incoming air flow is given in cubic meters per minute.
T "= temperature of the incoming air.
(a) = angle of convergence of the nozzle (b) = angle of divergence of the nozzle I = length of the converging part of the nozzle. J = length of the cylindrical part of the nozzle. L = length of the diverging part of the nozzle.
Y = distance between the outlet of the nozzle and the inlet of the pulsator.
Z = depth of the pulsator.
PE = gas pressure at the outlet of the nozzle.
ME = Mach number of the gas leaving the nozzle. AL = section of the nozzle at the outlet.
The frequency of the sonic output is given in herz. The sonic output power was measured at the source. Results similar to those given in the table above were obtained during tests carried out on generators constructed according to the embodiment of the invention shown in fi-. 3.