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.