Procédé et appareil pour la formation d'un mélange de gaz à utiliser sous forme de courant d'injection. La présente invention concerne un procédé pour la formation d'un mélange de gaz à uti liser sous forme de courant d'injection, par exemple. d'un mélange de gaz combustible et de gaz comburant, à fournir à un four à com bustion interne, et un appareil pour la réali sation de ce procédé.
Le procédé présente la particularité qu'on amène 1'1u1 des gaz à une pression plus élevée que l'autre pour servir de gaz moteur, qu'on change une partie de l'énergie de pression de ce gaz moteur en énergie de vitesse avec ré duction de pression, qu'on amène l'autre gaz à une pression approximativement égale à la pression que rencontre le mélange clans l'es pace ou il est déchargé, en un endroit proche du point où le courant de gaz moteur a une vitesse relativement élevée et une pression basse, et le 'fait aspirer par ce dernier, puis retra.nsforme une partie de l'énergie de vi tesse du mélange en énergie de pression,
l'écoulement chi gaz moteur pendant lesdites réduction et reprise de pression étant effectué par un conduit à coefficient d'écoulement ap proximativement constant, et le réglage de la quantité de mélange fournie s'effectuant en réglant l'arrivée du gaz moteur.
L'appareil pour la réalisation du procédé comporte un dispositif pour amener l'un des gaz à une pression plus élevée que l'autre pour servir de gaz moteur, un dispositif pou vant transformer une partie de l'énergie de pression de ce gaz moteur en énergie de vi tesse avec réduction de pression, un dispositif pour amener l'autre gaz, à une pression ap proximativement égale à la pression que ren contre le mélange dans l'espace dans lequel il est refoulé, en un endroit proche du point où le courant de gaz moteur a une vitesse re lativement élevée et une pression basse et pour le faire aspirer par ce .dernier, un dis positif pour retransformer une partie de l'é nergie de vitesse du mélange en énergie de pression,
formant partie d'un conduit établi de manière à réaliser l'écoulement du gaz moteur avec un -coefficient d'écoulement ap- proximativement constant, et un dispositif de réglage de l'arrivée du gaz moteur pour faire varier la quantité de mélange fournie.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, un appareil suivant l'invention et des variantes, pour la formation d'un mélange combustible au moyen d'un gaz combustible et d'air servant d'agent comburant, en vue de l'alimentation d'un four à combustion interne.
La fig. 1 est une vue en élévation, partie _en coupe, d'une première forme d'exécution; La fig. la est une vue séparée d'un régula teur de pression pour le gaz combustible; La fig. 2 montre en coupe une partie d'un four avec l'une de plusieurs tuyères-brfileurs alimentées d'un mélange de gaz combustible par cette forme d'exécution de l'appareil, la coupe étant faite, à échelle réduite, suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 est une coupe de détail à plus grande échelle;
La fig. 4 montre, en coupe, une variante d'un dispositif pour régler la qualité du mé lange; La fi-. 5 montre, en coupe, une variante d'un ajutage à gaz combustible.
En se référant aux fig. 1, 2 et 3. (le l'air qui doit servir de gaz moteur et :l'agimt com burant est fourni .sous pression par un ven tilateur souffleur 10 (fig. 1), et arrive, par une tubulure 11, dans une chambre 12. T>?i robinet 13 est intercalé dans la. tubulure 11 pour régler l'arrivée d'air à la chambre 12 et la pression régnant dans celle-ci.
Sur l'une des parois latérales de la chambre 12 est monté un tube de Venturi 15, dont le cône d'entrée s'ouvre dans .cette chambre et Oont le cône de décharge est raccordé à une conduite 16 qui alimente des tuyères-brûleurs de dé charge du mélange combustible dans iin four à combustion interne. Une chicane annulaire 17 est formée dans la chambre 12, autour de l'entrée du tube de Venturi 15, pour assurer un écoulement uniforme de l'air da tous les points de la chambre dans le cône J'entre e du tube de Venturi.
Le gaz combustible qu'il s'agit de mélan ger à. l'air formant l'agent comburant est amené, par une tubulure d'alimentation- 20, à un régulateur de pression 21 qui réduit sa pression à une pression sensiblement égale iï celle du four qu'il s'agit d'alimenter; de<B>M</B> le gaz, sous la. pression désirée, passe dans une tubulure 22 et est déchargé par un aju- tage à gaz 23 dans le cône d'entrée du tube de Venturi, aspiré par le gaz moteur.
Le ré gulateur de pression 21 comporte un dia phragme 24 formant le fond d'une chainhre 25 dans laquelle le gaz arrive par une sou pape 26 portée par un levier 27 articulé à. la paroi latérale de la chambre 25 et reli,@ an diaphragme 24 par lequel la soupape est ainsi commandée.
La face inférieure du diaphragme ?1 est soumise à l'action d'un fluide qui détermine la pression qui doit être maintenue dans la chambre 25, et avec laquelle le gaz doit être amené. Quand la, pression interne du foui à alimenter est égale ou approximativement égale à, la pression atmosphérique, la. pression de réglage voulue sur la face inférieure du diaphragme peut être obtenue par un simple orifice 28 prévu au fond de la boîte .dü régu lateur 21 et ouvert à l'atmoshpère, comme re présenté en fi,, la, de façon que la pression atmosphérique soit maintenue dans la cham bre 29 au-dessous (lu diaphragme 24.
Si ce pendant la pression interne du four à alimen ter est supérieure ou inférieure à celle atmos phérique, la pression de réglage voulue sur la face inférieure du diaphragme régulateur 24 peut être obtenue au moyen d'un tube 30, indiqué en fig. 1, reliant l'orifice 28 à l'intP- rieur du four. Ce tube de liaison peut évidem ment aussi être employé quand la pression interne du four est égale à celle atmosphérique, mais il n'est alors pas nécessaire. Grâce à ce dispositif régulateur de pression, le gaz com bustible sera, toujours amené à la. tubulure 22 à une pression maintenue égale à celle exis tant à. l'intérieur du four, c'est-à-dire à la.
pression que rencontre le mélange injecté par les tuyères-brûleurs clans le four.
Le courant d'air passant à travers la par tie rétrécie du tube de Venturi 15 est très ra pide, et, par suite. ce courant ne suivra pas on ne s'écoulera pas doucement le long des parois du cône 35 (fig. 3), si l'angle d'ouver ture de ce cône est trop grand. Si cet angle est trop grand, il en résultera la formation de courants latéraux ou clé remous, ce qui est un désavantage puisque la conversion de la vitesse en pression clans le cône clé décharge exige une réduction régulière clé la vitesse sans courants latéraux ni remous pour s'effec tuer convenablement, c'est-à-dire pour qu'il se produise une élévation maximum clé pres sion correspondant à la réduction de la vi tesse.
De plus, la présence de remous a pour effet de faire varier longitudinalement la po- siLion du point de moindre section transver sale du jet, .sous les variations de vitesse du courant. Ce changement dans la situation du point de moindre section transversale du jet s'opposeiait au maintien des proportions cons tantes des gaz constitutifs du mélange, puis qu'il signifierait un changement correspon dant du point de vitesse maximum et de pres sion minimum, qui se trouve au point de moin dre section transversale du jet, et qui par suite ne resterait plus en position fixe ou constante sur la section transversale mini mum ou étranglement du tube.
D'autre part, un angle d'ouverture trop petit donnerait une longueur excessive du cône de décharge et@en- tra.înerait clés pertes considérables- par frotte ment. On a, constaté qu'un .angle d'ouverture clé 10 était avantageux dans les conditions ordinaires de fonctionnement.
Si l'angle d'ouverture du cône d'entrée 30 (lu tube de Venturi 15 est trop grand, le cou rant d'air quittant ce .cône ne remplira pas l'étranglement du tube de Venturi et la. pre mière partie du cône de décharge, mais il jaillira sans toucher les parois à l'endroit de cet étranglement et formera ce qu'on appelle une veine contractée en donnant naissance à des remous qui, non seulement empêchent la pleine récupération de la pression équivalente à la perte clé vitesse, mais s'opposent au main tien des proportions constantes dans le mé lange en déterminant, sous les variations quantitatives de l'écoulement d'air, un dé placement longitudinal, dans le tube,
du point de vitesse maximum e1; de pression minimum, dont la position est déterminée par la section transversale minimum du jet plutôt que par la section transversale minimum ou étrangle ment du tube. Ce déplacement du point de vitesse maximum et de pression minimum sous des vitesses d'écoulement variables devra être évité, et la situation de ce point devra être maintenue constante pour toutes les vi tesses d'écoulement dans la capacité normale de l'appareil, de façon à conserver des pro portions constantes dans le mélange.
Pour obtenir ce résultat, l'angle d'ouverture du cône d'entrée sera tel que le coefficient de dé charge du cône demeure constant sous toutes les vitesses d'écoulement à considérer et soit clé préférence pratiquement de 100 %. On a constaté dans la pratique qu'un angle d'ou verture d'environ 46 pour le cône d'entrée est avantageux. Le cône d'entrée peut être relativement court et le diamètre de son ori fice d'entrée est sans importance pourvu, toutefois, que le cône soit suffisamment long pour imprimer au courant d'air la direction voulue. Une longueur approximativement égale à la moitié du diamètre de l'étrangle ment est considérée comme donnant de bons résultats pour le cône d'entrée.
Avec des cônes d'entrée et de décharge ainsi établis, le tube de Venturi aura pour résultat que le point de moindre section trans versale du jet est maintenu fixe à l'étrangle ment du tube, que l'élévation désirée de pres sion se produit, et que la transformation né cessaire d'énergie de vitesse en énergie de pression s'effectue sans pertes excessives dues au frottement. Le courant traversant le tube sera commandé par le cône d'entrée et l'étran glement, suivant la loi d'écoulement à travers (les orifices, des changements dans la pres sion à, l'intérieur de la chambre 12 déter minant une modification de l'écoulement avec chute de pression et augmentation clé vitesse à. l'étranglement.
L'ajutage à gaz 23 est monté pour se dé charger dans l'étranglement du tube de Ven turi L5 et amène à celui-ci un courant de gaz sous l'effet moteur de l'air fourni par le ven tilateur 10. Son orifice de sortie aura une section de dimensions appropriées pour lais ser passer le volume voulu de gaz combustible proportionné au volume de l'écoulement d'air. Il est, d'après la fig. 3, situé en avant du point c e section transversale minimum de l'étranglement, à une distance plus ou moins bra.ncle, suivant les dimensions de sa section libre.
L'ajutage à gaz 23 a une entrée arrondie et conique et son orifice au delà. de cette en trée conique a une paroi cylindrique ou lé gèrement conique pour fournir un jet de gaz <I>s</I> 'écoulaiit avec un coefficient d'écoulement ou de décharge approximativement constant: dans le tube de Venturi 15. A l'extrémité da ,.ortie, la paroi de l'ajutage est effilée pour ne pas contrarier le courant d'air et éviter la formation de remous à sa sortie.
La position de l'ajutage à gaz combustible par rapport à l'étranglement du tube de Ven turi peut être réglée clans certaines limites, et. ce changement de position donnera lieu à un changement dans les proportions des gaz constitutifs du mélange ou dans la richesse de ce dernier, le déplacement de l'ajutage vers l'intérieur ou vers l'étranglement augmentant la richesse du mélange, tandis que son dé placement vers l'extérieur donne un mélange plus pauvre. Pour réaliser ce réglage relatif de l'ajutage par rapport au tube de Venturi, cet ajutage peut être monté sur un chapeau à vis de manière à, pouvoir être réglé comme représenté en fig. 1. et 2.
Mais le déplacement de l'ajutage vers l'intérieur, en quittant la po- sitiori la meilleure ou la plus efficac^, signi fie une perte de rendement de l'appareil, et, par suite, il est de beaucoup préférable, sous certaines conditions, de laisser l'ajutage en position fixe, et d'utiliser un autre dispositif de réglage réalisant des changements de pro portions dans le mélange.
L'ajutage à gaz est d'ailleurs à montaY#-e amovible, de sorte qu'on peut l'enlever facile ment et le remplacer par d'autres de dimen- sions différentes pour adapter l'appareil aux divers gaz combustibles qu'il faut mélanger à des volumes d'air différemment proportion nés pbur former un mélange explosif.
Pour pouvoir changer la position de l'aju tage à, gaz pendant la marche de l'appareil, on peut recourir à la variante représentée à la fig. 4, où la pièce filetée portant l'ajutage 23 et se vissant dans une tubulure taraudée est pourvue d'une tige 37 qui passe au dehors à travers un -presse-étoupe et qui est munie d'un volant de manoeuvre. On peut ainsi tour ner la pièce porte-a;j.utage de façon à déplacer l'ajutage longitudinalement vers l'intérieur ou vers l'extérieur par rapport à l'étrangle ment du tube de Venturi.
D'autres dispositifs peuvent être employés dans le même but. Par exemple, l'ajutage peut être pourvu d'un organe permettant de régler sa section d'écoulement. Un ajutage de ce genre est représenté en 23a à. la fié,. 5 dans laquelle la section d'écoulement de l'a.jutaae peut être modifiée en réglant la position: d'un pointeau renflé 40.
Un autre moyen peut encore être prévu pour réaliser le réglage des proportions des constituants du mélange pendant le fonction nement de l'appareil, ce moyen étant combiné avec la tubulure de communication entre l'ajutage à gaz et le régulateur 21 pour régler la section d'arrivée du gaz en avant de l.'aju- ta.ge. Ce moyen, tel qu'il est représenté aux fig. 1 et 4, consiste en une soupape 45 dont le corps et le siège sont formés de manière à constituer entre eux un orifice à coefficient de décharge approximativement constant.
,Quand cette soupape est partiellement fermée, le volume de gaz arrivant à l'ajutage 23 est évidemment inférieur au volume qui y ai-rive quand la soupape est brande ouverte.
La, soupape 45 permet, de la sorte, d'effec tuer un réglage de la quantité de gaz arri vant à l'ajutage.
Le four, partiellement représenté en fig. 1 et dont une coupe partielle est montrée en fig. 2, est un four à injection de mélange combustible destiné à brûler ce mélange.
Ce four, désigné par 50, comprend une chambre 51. dans laquelle est placé un lit 52 de sup port de combustion, formé de pièces de ma- Hère réfractaire et contre lequel les jets de mélange gazeux explosif sont dirigés par les tuyères 53 qui sont montées dans la paroi latérale du four et qui sont alimentées de mélange gazeux explosif, au moyen de rac cords, par la conduite de distribution 16 ve- iiant du tube de Venturi de l'appareil décrit.
Les jets de mélange gazeux explosif, qui se déplacent à une vitesse supérieure à la vi tesse de propagation de _ l'inflammation du mélange, viennent frapper contre le lit de support de combustion par lequel le mélange est dévié et dispersé avec une chute rapide de sa vitesse d'écoulement, et la combustion se produit sur ou dans le lit. Si, pendant le fonctionnement du four, les tuyères-brûleurs s'échauffaient au point d'augmenter la contre-pression par suite du chauffage du mélange traversant les tuyères, cela aurait pour conséquence un changement dans les proportions du mélange, étant donné qu'il n'y a. pas de dispositif de compensation.
Cette augmentation de contre-pression, en augmentant la pression dans le cône de dé tente du tube de Venturi, entraînerait une réduction de la vitesse d'écoulement à travers l'étranglement du tube de Venturi ainsi qu'une réduction dans la proportion de gaz combustible qui entre dans l'étranglement en venant de l'ajutage 23. Ce chauffage du gaz dans les tuyères-brûleurs, est nuisible en ce sens qu'il réduit la quantité de mélange qui s'écoule de l'ajutage à la pression disponible.
Il convient donc d'employer des tuyères éta blies de manière à empêcher autant que pos sible ce chauffage du mélange, afin d'obtenir une pression approximativement constante. 3 cet effet; les tuyères seront formées et montAes de manière à limiter l'absorption de chaleur et à évacuer celle-ci rapidement pour que le mélange ne s'y échauffe pas à l'excès.
On ob tient ce résultat avec les tuyères représentées par le fait que, d'une part, elles sont montées dans la paroi .du four de manière qu'une pe tite partie seulement de l'extrémité de sortie ou bec de la tuyère soit exposée à la chaleur du four, le reste étant protégé par la paroi environnante en matière mauvaise conduc- triée, et que', d'aùtre part;
elles sont formées d'une masse métallique suffisamment grande pour évacuer rapidement vers les parties ex térieures du corps de la tuyère, la chaleur ab sorbée par l'extrémité opposée, et sont munies à leur bout extérieur d'ailettes de refroidis- sement 54 qui répandent la chaleur dans l'at mosphère.
Il convient qu'une partie annulaire limitée du métal autour -de l'orifice de dé charge des tuyères soit exposée à l'intérieur du foyer pour qu'aucune partie de la matière relativement non conductrice constituant le revêtement du four ne ,soit en contact immé- diat-avec le courant de gaz. sortant de.
la tuyère, car cette matière, par suite de ses pro priétés faiblement conductrices -de la chaleur, s'échauffe jusqu'à l'incandescence pendant le fonctionnement (lu four et, si elle s'étendait sur l'extrémité de la tuyère de manière à venir en contact avec le courant de mélange, elle provoquerait l'inflammation d'une partie du mélange en ce point, inflammation qui se pro pagerait à l'arrière plus ou moins dans le con duit de la tuyère, et . entraînerait. par suite l'échauffement du mélange à l'intérieur dudit conduit.
Le fait d'empêcher' les parois des tuyères de décharge du mélange de s'échauf fer à l'excès présente aussi none importance en -se sens. qu'il permet d'éviter les retours de flamme du mélange explosif. Lorsque l'appareil fonctionne, l'air étant fourni à une pression appropriée et l'appareil étant réglé pour obtenir les proportions vou lues pour une vitesse d'écoulement quelcon que, 9n peut faire varier à volonté 1,, quantité de mélange fournie dans les limites de travail de l'appareil en réglant tout simplement le robinet d'arrivée d'air 13, les proportions du mélange .étant maintenues sensiblement cons tantes.
En ouvrant. et en fermant ce robinet pour laisser passer plus ou moins d'air, l'écou lement du gaz augmente et diminue à peu près dans les mêmes proportions et la pression fi nale de décharge aux orifices des tuyères- brûleurs monte et descend d'une façon corres pondante et toutes les conditions voulues se trouvent remplies. Le mélange fourni sera un mélange homogène bien mêlé, ainsi qu'il a été dit plus haut.
Bien que l'invention ait été décrite pour un appareil où le gaz entraîné est amené sous forme de jet à l'intérieur d'un courant annu laire de gaz moteur et c'est souvent la dispo sition qui convient le mieux, il est évident qve la disposition pourrait aussi être inverse en ce sens que le gaz moteur serait alors amené à un ajutage central et le gaz entraîné à un passage annulaire qui l'entoure. Le conduit d'écoulement du gaz moteur pour la réduction et la reprise de pression serait alors formé de deux tubes successifs dont le premier projette le gaz moteur dans le second.
On peut aussi avoir intérêt quelquefois à se servir de gaz combustible comme gaz mo teur lorsqu'on peut se le procurer à une pres sion suffisante.
A method and apparatus for forming a gas mixture for use as an injection stream. The present invention relates to a process for forming a gas mixture to be used as an injection stream, for example. of a mixture of combustible gas and oxidizing gas, to be supplied to an internal combustion furnace, and an apparatus for carrying out this process.
The process has the peculiarity that one brings 1u1 of the gases to a higher pressure than the other to serve as driving gas, that a part of the pressure energy of this driving gas is changed into speed energy with pressure reduction, that the other gas is brought to a pressure approximately equal to the pressure encountered by the mixture in the space in which it is discharged, at a place near the point where the flow of motive gas has a velocity relatively high and low pressure, and causes it to suck by the latter, then retransform part of the speed energy of the mixture into pressure energy,
the flow chi driving gas during said reduction and resumption of pressure being effected by a pipe with an approximately constant flow coefficient, and the adjustment of the quantity of mixture supplied being effected by adjusting the arrival of the driving gas.
The apparatus for carrying out the method comprises a device for bringing one of the gases to a higher pressure than the other to serve as driving gas, a device capable of transforming part of the pressure energy of this driving gas in speed energy with pressure reduction, a device for bringing the other gas, to a pressure approximately equal to the pressure that exists against the mixture in the space in which it is delivered, in a place close to the point where the current of driving gas has a relatively high speed and a low pressure and to make it suck by this last, a positive device to transform a part of the speed energy of the mixture into pressure energy,
forming part of a conduit established to provide the flow of the driving gas with an approximately constant flow coefficient, and a device for adjusting the supply of the driving gas to vary the quantity of mixture supplied.
The accompanying drawing shows, by way of example, an apparatus according to the invention and variants, for the formation of a combustible mixture by means of a combustible gas and air serving as oxidizing agent, with a view to power supply to an internal combustion furnace.
Fig. 1 is an elevational view, partly in section, of a first embodiment; Fig. 1a is a separate view of a pressure regulator for fuel gas; Fig. 2 shows in section a part of a furnace with one of several nozzles-burners supplied with a mixture of combustible gas by this embodiment of the apparatus, the section being made, on a reduced scale, along the line 2-2 of fig. 1; Fig. 3 is a detail section on a larger scale;
Fig. 4 shows, in section, a variant of a device for adjusting the quality of the mixture; The fi-. 5 shows, in section, a variant of a fuel gas nozzle.
Referring to Figs. 1, 2 and 3. (the air which is to be used as the driving gas and: the fuel air is supplied under pressure by a blower fan 10 (fig. 1), and arrives, through a pipe 11, in a chamber 12. The tap 13 is interposed in the tubing 11 to regulate the air supply to the chamber 12 and the pressure prevailing therein.
On one of the side walls of the chamber 12 is mounted a Venturi tube 15, the inlet cone of which opens into this chamber and the discharge cone of which is connected to a pipe 16 which supplies the burner nozzles. of discharge of the combustible mixture into an internal combustion furnace. An annular baffle 17 is formed in chamber 12, around the inlet of Venturi tube 15, to ensure uniform flow of air from all points of the chamber into the inlet cone of the Venturi tube.
The combustible gas to be mixed with. the air forming the oxidizing agent is supplied, through a supply pipe 20, to a pressure regulator 21 which reduces its pressure to a pressure substantially equal to that of the furnace to be supplied; of <B> M </B> gas, under the. desired pressure, passes through a pipe 22 and is discharged through a gas nozzle 23 in the inlet cone of the Venturi tube, sucked in by the motive gas.
The pressure regulator 21 comprises a diaphragm 24 forming the bottom of a chainhre 25 in which the gas arrives by a valve 26 carried by a lever 27 articulated to. the side wall of the chamber 25 and connected, @ an diaphragm 24 by which the valve is thus controlled.
The underside of the diaphragm? 1 is subjected to the action of a fluid which determines the pressure which must be maintained in the chamber 25, and with which the gas must be supplied. When the internal pressure of the feed to be supplied is equal or approximately equal to the atmospheric pressure, the. desired adjustment pressure on the underside of the diaphragm can be obtained by a simple orifice 28 provided at the bottom of the regulator box 21 and open to the atmosphere, as shown in fi ,, la, so that the pressure atmospheric is maintained in chamber 29 below (diaphragm 24.
If this during the internal pressure of the furnace to be fed is higher or lower than the atmospheric pressure, the desired adjustment pressure on the underside of the regulating diaphragm 24 can be obtained by means of a tube 30, indicated in fig. 1, connecting port 28 inside the oven. This connecting tube can obviously also be used when the internal pressure of the furnace is equal to that of the atmosphere, but it is then not necessary. Thanks to this pressure regulating device, the combustible gas will always be brought to the. tubing 22 at a pressure maintained equal to that existing at. inside the oven, that is to say.
pressure encountered by the mixture injected by the burner nozzles in the furnace.
The air flow passing through the constricted portion of the Venturi tube 15 is very steep, and hence. this current will not follow nor will it flow gently along the walls of the cone 35 (fig. 3), if the opening angle of this cone is too large. If this angle is too large, it will result in the formation of side currents or eddies, which is a disadvantage since the conversion of speed to pressure in the key discharge cone requires a steady reduction in speed without side currents or eddies to be carried out properly, that is to say so that a maximum increase in pressure is produced corresponding to the reduction in speed.
In addition, the presence of eddies has the effect of causing the position of the point of least transverse cross-section of the jet to vary longitudinally, under variations in the speed of the current. This change in the situation of the point of least cross section of the jet was opposed to maintaining the constant proportions of the constituent gases of the mixture, then it would mean a corresponding change in the point of maximum speed and minimum pressure, which is found at the point of least cross section of the jet, and which consequently would no longer remain in a fixed or constant position on the minimum cross section or constriction of the tube.
On the other hand, too small an opening angle would give an excessive length of the discharge cone and result in considerable friction losses. A key opening angle 10 has been found to be advantageous under ordinary operating conditions.
If the opening angle of the inlet cone 30 (the Venturi tube 15 is too large, the air flow leaving this cone will not fill the constriction of the Venturi tube and the first part of the. cone of discharge, but it will spring up without touching the walls at the place of this constriction and will form what is called a contracted vein giving rise to eddies which not only prevent the full recovery of the pressure equivalent to the key loss speed, but are opposed to maintaining constant proportions in the mixture by determining, under the quantitative variations of the air flow, a longitudinal displacement, in the tube,
from the maximum speed point e1; minimum pressure, the position of which is determined by the minimum cross section of the jet rather than the minimum cross section or throttle of the tube. This displacement of the point of maximum velocity and minimum pressure under varying flow velocities should be avoided, and the situation at this point should be kept constant for all flow velocities within the normal capacity of the apparatus, from so as to keep constant pro portions in the mixture.
To obtain this result, the opening angle of the inlet cone will be such that the coefficient of discharge of the cone remains constant under all the flow speeds to be considered and is preferably practically 100%. It has been found in practice that an opening angle of about 46 for the inlet cone is advantageous. The inlet cone may be relatively short and the diameter of its inlet port is irrelevant provided, however, that the cone is long enough to impart the desired direction to the air stream. A length approximately equal to half the diameter of the throat is considered to give good results for the inlet cone.
With inlet and discharge cones so established, the Venturi tube will result in the point of least cross section of the jet being held fixed at the tube constriction, the desired pressure rise to occur. , and that the necessary transformation of speed energy into pressure energy takes place without excessive losses due to friction. The current through the tube will be controlled by the inlet cone and the restrictor, depending on the law of flow through (the orifices, changes in the pressure inside chamber 12 determining a change of flow with pressure drop and increased speed at throttling.
The gas nozzle 23 is mounted to discharge in the constriction of the Ven turi tube L5 and brings to the latter a current of gas under the driving effect of the air supplied by the ventilator 10. Its orifice outlet will have a cross-section of suitable dimensions to allow the passage of the desired volume of combustible gas in proportion to the volume of the air flow. It is, according to fig. 3, located in front of the point c e minimum cross section of the constriction, at a distance more or less bra.ncle, depending on the dimensions of its free section.
The gas nozzle 23 has a rounded and conical inlet and its orifice beyond. of this conical inlet has a cylindrical or slightly conical wall to provide a jet of gas <I> s </I> 'flowed with an approximately constant flow or discharge coefficient: in the Venturi tube 15. A l 'end da, .ortie, the wall of the nozzle is tapered so as not to oppose the air flow and to avoid the formation of eddies at its exit.
The position of the fuel gas nozzle relative to the Ven turi tube constriction can be adjusted within certain limits, and. this change of position will give rise to a change in the proportions of the constituent gases of the mixture or in the richness of the latter, the displacement of the nozzle towards the interior or towards the constriction increasing the richness of the mixture, while its loss placement outwards gives a leaner mixture. To achieve this relative adjustment of the nozzle with respect to the Venturi tube, this nozzle can be mounted on a screw cap so as to be able to be adjusted as shown in FIG. 1 and 2.
But the displacement of the nozzle inwards, leaving the best or most efficient posi- tion, means a loss of the efficiency of the apparatus, and, therefore, it is much preferable, under certain circumstances. conditions, to leave the nozzle in a fixed position, and to use another adjustment device making proportional changes in the mixture.
The gas nozzle is, moreover, with a removable mount, so that it can be easily removed and replaced by others of different sizes to adapt the apparatus to the various combustible gases which are required. it is necessary to mix with volumes of air in different proportions born pbur to form an explosive mixture.
In order to be able to change the position of the gas adjuster while the appliance is in operation, the variant shown in FIG. 4, where the threaded piece carrying the nozzle 23 and screwing into a threaded pipe is provided with a rod 37 which passes out through a-stuffing box and which is provided with a handwheel. It is thus possible to turn the holder-a; j.utage part so as to move the nozzle longitudinally inward or outward with respect to the constriction of the Venturi tube.
Other devices can be used for the same purpose. For example, the nozzle can be provided with a member making it possible to adjust its flow section. A nozzle of this kind is shown at 23a to. the trusted ,. 5 in which the flow section of the a.jutaae can be changed by adjusting the position of: a swelling needle 40.
Another means can still be provided to achieve the adjustment of the proportions of the constituents of the mixture during operation of the device, this means being combined with the communication pipe between the gas nozzle and the regulator 21 to adjust the section d. 'arrival of gas in front of the adjustment. This means, as shown in FIGS. 1 and 4, consists of a valve 45, the body and the seat of which are formed so as to constitute between them an orifice with an approximately constant coefficient of discharge.
When this valve is partially closed, the volume of gas arriving at the nozzle 23 is obviously less than the volume which has-edge there when the valve is opened.
The valve 45 thus makes it possible to effect an adjustment of the amount of gas arriving at the nozzle.
The oven, partially shown in FIG. 1 and a partial section of which is shown in FIG. 2, is a furnace for injecting a combustible mixture intended to burn this mixture.
This furnace, designated by 50, comprises a chamber 51. in which is placed a bed 52 of combustion support, formed of pieces of refractory material and against which the jets of explosive gas mixture are directed by the nozzles 53 which are mounted in the side wall of the furnace and which are supplied with explosive gas mixture, by means of fittings, by the distribution pipe 16 coming from the Venturi tube of the apparatus described.
The jets of explosive gas mixture, which move at a speed greater than the rate of propagation of the ignition of the mixture, strike against the bed of combustion support through which the mixture is deflected and dispersed with a rapid drop of. its flow velocity, and combustion occurs on or in the bed. If, during operation of the furnace, the burner nozzles were to heat up to the point of increasing the back pressure as a result of the heating of the mixture passing through the nozzles, this would result in a change in the proportions of the mixture, since there is. no compensation mechanism.
This increase in back pressure, by increasing the pressure in the venturi tube de tent cone, would cause a reduction in the flow velocity through the constriction of the Venturi tube as well as a reduction in the proportion of gas. fuel entering the throttle from nozzle 23. This heating of the gas in the burner nozzles is detrimental in that it reduces the amount of mixture flowing from the nozzle to the available pressure. .
It is therefore appropriate to use nozzles established so as to prevent this heating of the mixture as far as possible, in order to obtain an approximately constant pressure. 3 this effect; the nozzles will be formed and mounted so as to limit the absorption of heat and to evacuate it quickly so that the mixture does not heat up excessively.
This result is obtained with the nozzles represented by the fact that, on the one hand, they are mounted in the wall of the furnace so that only a small part of the outlet end or nozzle of the nozzle is exposed. in the heat of the oven, the rest being protected by the surrounding wall of poorly conducted material, and that on the other hand;
they are formed from a metal mass large enough to rapidly evacuate the heat absorbed by the opposite end to the exterior parts of the nozzle body, and are provided at their outer end with cooling fins 54 which radiate heat into the atmosphere.
A limited annular portion of the metal around the nozzle discharge port should be exposed within the hearth so that no portion of the relatively non-conductive material constituting the furnace lining is in contact. immediately with the gas stream. coming out of.
nozzle, because this material, owing to its poorly conductive properties of heat, heats up to incandescence during operation (the furnace and, if it extended over the end of the so as to come into contact with the mixture stream, it would cause the ignition of part of the mixture at that point, which ignition would spread to the rear more or less into the duct of the nozzle, and would entail. consequently the heating of the mixture inside said duct.
Also of no importance in any sense is preventing the walls of the mixture discharge nozzles from heating up excessively. that it avoids flashbacks of the explosive mixture. When the apparatus is in operation, the air being supplied at an appropriate pressure and the apparatus being adjusted to obtain the desired proportions for any flow rate which can be varied at will. the working limits of the apparatus by simply adjusting the air inlet valve 13, the proportions of the mixture being kept substantially constant.
When opening. and by closing this valve to allow more or less air to pass, the gas flow increases and decreases in approximately the same proportions and the fi nal discharge pressure at the orifices of the burner nozzles rises and falls by a corresponding manner and all the desired conditions are fulfilled. The mixture supplied will be a well-mixed homogeneous mixture, as mentioned above.
Although the invention has been described for an apparatus where the entrained gas is supplied in the form of a jet within an annular flow of motive gas and this is often the most suitable arrangement, it is obvious. qve the arrangement could also be reversed in that the driving gas would then be brought to a central nozzle and the entrained gas to an annular passage which surrounds it. The driving gas flow duct for pressure reduction and recovery would then be formed by two successive tubes, the first of which projects the driving gas into the second.
It may also sometimes be advantageous to use fuel gas as a motor gas when it can be obtained at sufficient pressure.