Brevet FR2001914A1 — publié le 19691003

-i~ 2001914 La présente invention se rapporte à des pompes-injecteurs dans lesquelles un jet de gaz ou de liquide provenant d'une source à haute pression sert à entraîner un autre fluide à une pression plus faible de sorte que pendant l'entraînement le fluide à haute 5 pression est étranglé ou laminé et le fluide à basse pression est comprimé, le mélange résultant étant refoulé à une pression intermédiaire entre la haute pression et la basse pression initiales des fluides. Cette forme de pompe est particulièrement utile comme sur-10 presseur pour comprimer un gaz à basse pression et l'amener à une pression de travail utile; par exemple, en faisant entraîner un gaz à basse- pression dans un courant de gaz à haute pression et en mélangeant de ce fait les deux gaz il est possible de produire un mélange de gaz particulier à une pression intermédiaire voulue:. 15 les formes de surpresseurs de gaz connues peuvent être cons truites avec un étage unique ou avec des étages multiples, et dans l'agencement classique d'une buse d'alimentation à hautpression, d'une gorge de mélange et d'une chambre de diffusion pour chaque étage, les étages sont disposés le long d'un axe longitudinal com-20 mun. lorsqu'il s'agit de débits de gaz importants, les dimensions longitudinales des surpresseurs tendent à être considérables, même lorsque les surfaces en section droite des éléments sont relativement faibles. Bar exemple, un surpresseur à un seul étage dont le gaz d'entraînement présente un débit de 14.000 m} par heure, 25 présente une longueur qui se rapproche de 6 mètres et un ensemble à deux étages peut présenter une longueur totale de 9 .mètres„ En conséquence, la présente invention a pour but de fournir une forme nouvelle et perfectionnée de pompe-injecteur pouvant être utilisée comme surpresseur compact pour un gaz. 30 Suivant la présente invention, une pompe-injecteur comprend un conduit d'alimentation en fluide à haute pression, un conduit d'alimentation en fluide à basse pression entourant le conduit à haute pression, un conduit d'alimentation en fluide à basse pression entourant le conduit à haute pression, une couronne circonfé-35 rentielle d'ajutages sur le conduit à haute pression, agencés de manière à refouler radialement dans une gorge de mélange formée entre deux plaques ou disques rapprochés s'étendant radialement, cette gorge étant reliée au conduit d'alimentation à basse pression de sorte que le fluide à haute pression qui sort des ajutages entraîne 40 le fluide provenant du conduit à basse pression. 69 03746 -2— 2001914 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à 5 l'invention. Sur ce dessin, la figure 1 est une coupe schématique d'une pompe-injecteur à un seul étage pouvant être utilisée comme, surpresseur pour gaz, et la figure 2 est une vue semblable d'une pompe-injecteur à 10 deux étages. En se reportant particulièrement à la figure 1 du dessin, une pompe-injecteur .comprend un conduit central d'alimentation 1 en gaz à haute pression entouré par un conduit 2 pour gaz à basse pression dont les parois sont disposées de manière à converger et à 15 former un conduit annulaire 3 autour d'une couronne circonféren-tielle d'ajutages 4 de refoulement radial du gaz, lesquels sont disposés à l'extrémité du conduit 1 d'alimentation à haute pression, ces ajutages refoulant dans un intervalle annulaire formé entre deux disques ou plaques rapprochés 5 et 6, cet invervalle 20 servant de chambre de mélange et de chambre de diffusion 7 pour les gaz» Le disque 5 peut former une première paroi d'une chambre de sortie circulaire 8, le disque 6 s'étendant à peu près complètement en "travers du diamètre de cette chambre mais laissant un es-25 pace annulaire de sortie du gaz autour de la périphérie du disque 6 de sorte que le gaz peut aller de la chambre de diffusion vers un • orifice de sortie 9 du gaz. les ajutages 4 pour le gaz à haute pression présentent une forme classique conforme aux critères de conception utilisés pour 30 des conditions d'écoulement supersonique, et dans ces conditions de fonctionnement le gaz d'entraînement à haute pression est accéléré à travers chaque ajutage en formant un jet turbulent à grande vitesse de sorte que le gradient de vitesse formé au bord de chaque jet produit un effet de cisaillement qui aspire dans le fluide en-35 vironnant à pression relativement faible qui s'écoule dans le conduit à basse pression 2 et l'entraîne vers l'avant dans la chambre de diffusion at de mélange. Du fait que la. surface en section droite de la chambre augmente d'une manière continue à mesure qu'augmente son rayon, la diffusion en est considérablement accrue. 40 II est souhaitable que la surface en section droite du., con 69 03746 -3- 2001914 duit 1 d'alimentation à haute pression soit au minimum égal à six fois la surface en section droite totale de toutes les gorges des ajutages. Il est préférable que les ajutages soient espacés de distances égales autour du conduit et il est également préfé-5 rable que les ajutages soient espacés de telle sorte que la distance entre les bords voisins des ajutages voisins ne soit pas inférieure au diamètre de sortie de l'ajutage, c'est-à-dire les diamètres mesurés à la surface extérieure du conduit. De plus, lès ajutages doivent être disposés entre et à des 10 distances égales des disques et la distance entre chacune des sorties d'un ajutage et l'entrée dans la gorge de mélange et de la chambre de diffusion doit de préférence ne pas être supérieure à dix fois le diamètre de sortie de l'ajutage. La distance ou l'intervalle qui sépare les deux disques for-15 mant la chambre de mélange et la chambre de diffusion détermine la, quantité de combustible injecté et l'augmentation de pression produite pour toute pression d'entraînement ou de fonctionnement. On peut faire varier cette distance pour l'adapter aux conditions de fonctionnement choisies de manière à obtenir des rapports entre la 20 surface de sortie d'un ajutage et la surface d'entrée a de la gorge de mélange et de la chambre de diffusion de : surface de sortie de l'ajutage /surface d'entrée a de la gorge de mélange = 0,03 à 0,3 et de préférence de 0,05 à 0,15. La distance entre l' entrée a de la gorge de mélange et la soi"-25 tie j^de la chambre de diffusion doit de préférence être égale à vingt fois la distance séparant les disques0 On se rend compte que l'invention qui est décrite permet de réaliser un ensemble de surpresseur de gaz dans lequel les dimensions longitudinales globales sont considérablement réduites en 30 comparaison des types connus aupâravent de surpresseur, tandis que le diamètre global reste à peu près semblable. Par exemple, pour un ensemble à un seul étage d'un débit de 14.000 m par heure réalisé suivant la présente invention, sa longueur serait de 0,90 à 1 mètre. •jçj La figure 2 représente un surpresseur à deux étages dans le quel un conduit d'alimentation à haute pression 11 est allongé de manière à alimenter un second étage de compressetir, les gaz refoulés de la gorge de mélange et de la chambre de diffusion du premier étage étant déviés par une chicane à.jparoi inclinée 10 vers un con-40 duit de gaz annulaire 13 qui entoure une partie du tube 11 formant 69 03746 -4- 2001914 un second étage» Une couronne d'ajutages 14 disposée à l'extrémité du conduit 11 dirige un gaz à haute pression dans la gorge de mélange et la chambre de diffusion 17 du second étage, lesquels sont formés par l'espace annulaire se trouvant entre deux disques parai-5 lèles 15 et 16 et le gaz du premier étage est entraîné dans la gorge de mélange, en sortant du conduit 13. le gaz entraîné et le gaz à haute pression sont mélangés et diffusés pendant qu'ils s'écoulent radialement vers l'extérieur entre les disques pour être refoulés dans une chambre de sortie 18 en passant sur la périphé-10 rie du disque 16. la longueur supplémentaire nécessaire pour réaliser un second étage est d'environ 0,30 à 0,45 mètre et un ensemble à deux étages assurant un débit de 14.000 m^ par heure aurait une longueur de 1,50 mètre. Un ensemble équivalent à trois étages aurait une lon-15 gueur de 1,80 mètre,, Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 03746 -5- 2001914 HBTBHPICATiaHS 1 - Pompe-injecteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit d'alimentation en fluide à haute pression, un conduit d'alimentation en fluide à basse pression entourant le conduit à haute 5 pression, une couronne circonférentielle d'ajutages sur le conduit à haute pression, agencés de manière à refouler radialement dans une gorge de mélange et une chambre de diffusion formée entre deux plaques ou disques rapprochés s'étendant radialement, la gorge étant reliée au conduit d'alimentation à basse pression de telle 10 sorte qu'un fluide à haute pression sortant des ajutages entraîne un fluide provenant du conduit à basse pression. 2 - Pompe-injecteur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les ajutages présentent des formes s'adaptant à des conditions d'écoulement supersonique d'un fluide et de manière à 15 accélérer un fluide à haute pression refoulé à travers l'ajutage, 3 - Pompe-injecteur suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la surface en section droite du conduit d'alimentation à haute pression est égale à au moins six fois la surface en section droite totale de toutes les gorges des ajutages. 20 4 - Pompe-injecteur suivant la revendication 3> caractérisée en ce que les ajutages sont espacés de distances égales autour du conduit. 5 - Pompe-injecteur suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les ajutages sont espacés de telle sorte que les distan- 25 ces séparant les bords voisins des ajutages "voisins ne sont pas inférieures au diamètre de la sortie d'un ajutage, c'est-à-dire le diamètre de l'ajutage mesuré à la surface extérieure du conduit à haute pression» 6 - Pompe-injecteur suivant l'une quelconque des revendioa-30 tions précédentes, caractérisée en ce que les ajutages sont disposés entre les disques et à égale distance de ceux-ci, la distance entre chacun des ajutages et l'entrée de la gorge de mélange n'étant pas supérieure à dix fois le diamètre de sortie de l'ajutage» 7 - Pompe-injecteur suivant la revendication 6, caractérisée 35 en ce que les dimensions de l'intervalle qui sépare les plaques ou disques sont telles qu'on obtient entre la somme des surfaces de sortie des ajutages et la surface d'entrée de la gorge de mélange des rapports qui sont compris entre 0,Q3et 0,3. 8 - Pompe-injecteur suivant la revendication 7, caractérisée 40 en ce que les rapports indiqués sont compris entre 0,05 et 0,15. BAD ORIGINAL 69 03746 6- 2001914 9 - Pompe-injecteur suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la distance radiale entre l'entrée de la gorge de mélange et la sortie de la chambre de diffusion est égale à vingt fois la distance séparant les disques ou plaques» 5 10 - Pompe-injecteur suivant les revendications de 1 à 9, carac térisée en ce que l'un des disques forme une paroi d'extrémité d'une chambre de sortie extérieure, l'autre disque s'étendanl^ à peu près complètement en travers du diamètre de cette chambre mais laissant un espace annulaire de sortie du gaz autour de la périphé-10 rie du disque de sorte que le gaz peut passer de la chambre de mélange et de diffusion, entre les disques, vers un conduit de sortie du gaz dans la chambre de sortie. 11 - Pompe-injecteur suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le conduit de sortie forme un conduit d'entrée d'un 15 fluide à basse pression du second étage d'une pompe-injecteur à étages multiples, et le conduit à haute pression est allongé de manière à alimenter une couronne d'ajutages du second étage agencée de manière à diriger le fluide à haute pression dans une gorge de mélange et une chambre de diffusion du second étage, lesquels sont 20 formés par l'espace annulaire se trouvant entre deux disques parallèles s'étendant radialement depuis le conduit à haute pression, de sorte que le gaz du premier étage est entraîné dans la gorge de mélange en sortant du conduit d'entrée, le gaz entraîné et le gaz à haute pression étant mélangés et diffusés pendant qu'ils s'écou-25 lent radialement vers l'extérieur entre les disques pour être refoulés dans une chambre de sortie du. gaz.