Brevet FR2004742A1 — publié le 19691128

la présente invention se rapporte en général 'aux 'brûleurs à combustibles liquides, et concerne plus particulièrement une gorge de brûleur perfectionnée destinée à contrôler la forme de flamme dans une chambre de combustion. v ; ; 5 La tendance actuelle est dirigée vers la fabrication en atelier de groupes d1évaporation de faibles et moyennes dimensions. En raison des restrictions imposées par les moyens de transport, les dimensions en hauteur et en largeur de ces chaudières ont été limitées, de sorte que l'accroissement de capacité ne peut être obtenu 10 que par l'allongement du .groupe pour permettre.l'installation de surface de chauffe supplémentaire. Oes limitations impliquent que les groupes d'évaporation comportent des chambres de combustion longues et relativement étroites. Ces groupes sont habituellement équipés de brûleurs qui se déchargent dans des gorges du ty-15 pe circulaire, évasées en direction de la chambre de combustion. On obtient le mélange de combustible ét d'air principalement en communiquant une composante rotatrice de mouvement à l'air de combustion admis, par le réglage des portes de registre, d'où s'ensuit une flamme courte, touffue, ainsi qu'une tendance de celle-ci à 20 s'étendre dans une direction, radiale. A chaque augmentation de la puissance d'évaporation "de ces chaudières correspond une augmentation de la capacité des brûleurs et en fait une diminution des distances latérales désirées entre la gorge du brûleur et les parois de plafond, plancher et- de côtés, en 25 raison des susdites limitations des dimensions de hauteur et de largeur. la combinaison des consommations plus fortes"de combustible et de la réduction des distances entre la gorge du brûleur et les parois latérales a aggravé le problème posé par le heurt de la flamme lequel provoque la formation de forts dépôts de coke sur les 30 parois latérales de la chambre de combustion. Ges dépôts, si on les laisse s'accumuler, nuisent à l'efficacité de combustion du combustible et peuvent nécessiter un arrêt du groupe pour nettoyage. En outre, on a constaté qu'un heurt sévère et continu peut produire des points chauds qui se sont montrés préjudiciables aussi 35 bien à l'enveloppe qu'aux tubes de la chaudière. la présente invention a principalement pour objet d'éliminer le heurt de la flamme sur les parois de plafond, de plancher et la 69 08659 2 2004742 térales de la chambre de combustion,. Elle réalise cet objet au moyen d'une gorge de brûleur 'dont la périphérie interne consiste en surfaces axialement orientées, et évasées disposées par alternances et sélectivement situées de telle sorte que les parties axiale-5 ment orientées aient pour fonction de retenir la flamme et de .la projeter dans une direction axiale, éliminant ainsi le heurt de la flamme aux endroits où la distance de la gorge du brûleur aux parois latérales est insuffisante ou juste suffisante, alors que les surfaces évasées, disposées là où l'espace, libre est ample, permettent 10. à la flamme de s'étendre dans une direction radiale» L'invention a également pour objet de combiner la caractéristique de faible chute de pression d'air d'une surface évasée avec la caractéristique de contrôle de forme de flamme de la surface axialement orientée afin de réaliser une gorge de brûleur qui, tout 15 en éliminant le heurt de la flamme, conserve également une valeur de chute de pression d'air commercialement acceptable. L'invention a encore pour objet de perfectionner le rendement du groupe en réduisant l'excès d'air requis pour la combustion complète du combustible» Oe perfectionnement est obtenu par l'augmen-20 tation de la turbulence . et un meilleur mélange de combustible et d*air produits par les transitions brusques de mode d'écoulement résultant des surfaces alternées évasées et axialement orientées de la gorge. Aux dessins annexés, qui représentent à titre d'exemple un mo-25 de de réalisation de l'invention : la figure 1 est une perspective schématique de brûleur et de - chambre de combustion; la figure 2 est une vue latérale en coupe de l'ensemble de brûleur y compris la gorge, suivant la ligne 2-2 de la figure 3;et 30 la figure 3 est une vue en direction de la face intérieure de la paroi de brûleur de la figure 1 « Dans la forme de réalisation représentée aux dessins, l'ensemble de brûleur illustré est destiné à consommer un combustible liquide et est appliqué à une chambre de combustion pourvue d'une pa-35. roi réfractaire dans laquelle est formée l'ouverture de brûleur pourvue d'une gorge réfractaire de la configuration spéciale caractéristique de l'invention 69 08659 5 2004742 tion est également applicable aux brûleurs consommant un combustible solide ou gazeux* En référence à la figure t* l'agencement de chaudière représenté est pourvu d'une chambre de combustion tO de coupe transversa-5 le rectangulaire, comprenant une paroi de brûleur 11, des parois latérales 12 et 14, une paroi arrière 13, un plancher 15, et un toit 16. Le long de la chambre de combustion 10 s'étend un passage de gaz 17 renfermant la surface d'absorption de chaleur par convection (non représentée) * qui est séparé de la chambre, et formé par la pa-10 roi latérale 12 et la paroi latérale 20 dé chaudière, et qui communique avec la chambre de combustion par le passage 18 formé entre l'extrémité de la paroi latérale 12 et la paroi arrière 13* L'autre extrémité du passage de gaz 17 est pourvue d'une sortie 19 formée entre 1'extrémité de la paroi latérale 20 et la paroi d'extrémité 15 21 de la chaudière, pour déchargé des gaz de combustions, créés aana la chambre de combustion 10, dans une cheminée convenable (non représentée), après avoir traversé la longueur du passage de gaz. Un brûleur 22 est agencé de manière à s'allumer dans une gorge réfractaire 23 formée dans la partie 24 de la paroi 11 de brûleur.La 20 totalité des parois sus-énumérées, sauf la paroi 11 de brûleur, sont garnies de tubes d'évaporation (non représentés)• La paroi 11 est de préférence formée de matière réfractaire, éliminant ainsi la nécessité du cintrage compliqué et onéreux des tubes pour leur adaptation à la gorge 23, toutefois, ceci ne doit pas Être considé-25 ré comme une restriction, et en cas de besoin, l'invention s'applique également à une paroi de brûleur du type tubulaire. La gorge circulaire 23 de brûleur présente des segments rë-fractaires tronconiques 25 s'étendant radialement vers l'intérieur en des positions espacées à la périphérie de la gorge 23, leurs 30 petites extrémités 25A constituant une ouverture 23A autour du brûleur 22 à combustible liquide et adjacente à lui, 1'ouverture 23A ayant en coupe transversale une surface uniforme, au moins le long d'une majeure partie de sa longueur axiale. Les côtés des segments tronconiques 25 coopèrent avec la gorge 23 pour former des conduits 35 26 s'évasant .extérieurement en direction de la chambre de combustion. Dans la forme de réalisation illustrée, la gorge 23 représentée comporte quatre segments tronconiques 25 alternativement es- 69 08659 4 2004742 pacés avec les conduits évasés 26„ Les quatre conduits s'étendent le long de lignes radiales jusqu'aux angles respectifs formés par les parois latérales 12, 14 et la paroi 11 de brûleur, alors que les quatre segments tronconiques 25 disposés radialement s'étendent 5 le long de lignes radiales normales, d'une façon générale, aux parois adjacentes respectives latérales 12, 14, au plancher 15 et au toit 16» les conduits 26 évasés permettent l'élargissement à volonté de la flamme où existe me distance suffisante, par exemple entre les angles en diagonale de la chambre de combustion et la gor-■JO ge du brûleuro les segments tronconiques 25 retiennent, la flamme, là où l'espace libre est marginal ou insuffisant, par exemple entre-la gorge du brûleur et les parois latérales, le plancher et le toit de la chambre de combustion dans la forme de réalisation illustrée^ Les conduits évasés 26 sont utilisés chaque fois que l'espace li-15 bre le permet afin de maintenir dans des limites acceptables la chute de pression d'air dans la gorge de brÛleuro L'irrégularité nette du contour de la gorge résultant de la brusque transition entre irn segment tronconique et les conduits adjacents, favorise la turbulence et le meilleur mélange d'air et de combustible,, 20 En référence à la figure 2, le brûleur 22 à combustible liquide est représenté dans une position de retrait partiel pour la clarté du dessin» Le brûleur 22 est monté au centre d'un ensemble de brûleur de type circulaire 27 en alignement avec la gorge 23, et dépasse dans l'ouverture 24 formée dans une partie de la paroi 11 de 25 brûleur» La gorge 23 est constituée par une matière réfractaire convenable, et présente des conduits évasés 26 et des segments tronconiques 25, alternativement espacés, la petite extrémité 25A des segments 25 constituant l'ouverture 23A0 Espacé extérieurément de la paroi 11 de brûleur, et disposé 30 parallèlement à cette dernière, se trouve le carter extérieur 28 du brûleur, qui s'associe à la paroi 11 pour former une boîte à air 29 destinée à faciliter le débit d'air de combustion refoulé par un ventilateur à tirage forcé (non représenté), dans l'ouverture 24 de brûleur» Une entrée d'air formée d'un cône tronqué creux 35 30 disposé au centre et immédiatement adjacent au côté extérieur de l'ouverture 24, dirige l'air de combustion dans la gorge 23. Dans 69 08659 5 2004742 la forme de réalisation représentée, le cône 30 de direction de l'air converge en direction de l'entrée de l'ouverture 24, et une partie de celui-ci dépasse dans la cavité 31 formée dans l'admission de la gorge 23. l'air de combustion est dirigé dans le cône 5 30 par un registre 32 pourvu d'une paroi extérieure 33 et d'une paroi intérieure 34 laquelle est fixée au cône directeur 30. On remarquera qu'entre les parois 33 et 34, le registre d'air est pourvu de portes réglables 35 convenablement commandées par un dispositif de manoeuvre 36 de manière à communiquer à l'air un mouvement 10 de tourbillon. Oet effet est encore augmenté par un certain nombre de jalettes 37 dans le cône 30 de sorte que l'air se déchargeant du registre 32 a tendance à former un courant d'air tourbillonnant, en turbulence, qui rase la périphérie interne de la gorge 23 du brûleur* 55 Une plaque circulaire d'obturation 38 ferme me ouverture d'ac cès 39 du carter 28, et un logement cylindrique 40 s'étend intérieurement de la périphérie de l'ouverture 39 d'accès, dans la boîte à air 29, jusqu'à la paroi extérieure 33 du registre d'air 32» Le couvercle circulaire 38 supporte un manchon central 41 dans lequel 20 passe une entretoise 42 faisant partie de l'ensemble 27 du brûleur. Oette entretoise 42 est axialement réglable suivant l'axe central du brûleur 22, et peut être bloquée à la position choisie au moyen du boulon 43» L'extrémité admission de l'entretoise 42 est filetée pour recevoir un ensemble d'étrier 45 qui est raccordé aux 25 canalisations de combustible liquide et de vapeur d'atomisation (non représentées). L'extrémité décharge 46 de l'étrier 45 est rac cordée à l'ensemble atomiseur 47 pour le passage du combustible et de la vapeur d'atomisation. Un ajustage étanche entre l'étrier 45 et l'atomiseur 47 est réalisé par l'introduction d'un joint (non 30 représenté) entre les surfaces d'accouplement, et l'application de pression au moyen d'un dispositif de blocage 48. Le tube 49 consti tuant le corps du brûleur est raccordé par son extrémité admission à l'ensemble atomiseur 47, et par son extrémité décharge à la plaque 50 de pulvérisation et au chapeau de retenue 51. A la bague 35 de support 52, située à l'extrémité éloignée de l'entretoise 42, est fixé un déflecteur 53 d'impulseur, formé d'un cône tronqué, dis posé concentriquement autour de l'axe longitudinal du brûleur 22 à 69 08659 6 2004742 combustible liquidée Un dispositif d'allumage 57 est destiné à enflammer le combustible principal, et comprend une boîte de. raccordement électrique 58, une chambre d'arrivée de combustible 59» une conduite de combustible 60, un conducteur électrique 61, des isola-5 teurs 62 et une chambre 63 d'allumage# En référence à la figure 3, la partie de la paroi 11 de brûleur représentée comprend l'ouverture 24 et la gorge 23 de brûleur, et présente des conduits évasés 26 espacés alternativement avec les segments tronconiques 25 dont les petites extrémités 25A forment ,tO l'ouverture 23A. L'impulseur 53 et les aubes directrices 37 sont concentriquement agencés autour de l'axe de la gorge de brûleur» L'impulseur 53 est pourvu d'une série d'ouvertures équidistantes 55 d'air, et de palettes déflectrices 56, ainsi que d'une ouverture centrale 64 permettant le passage de la plaque de pulvérisation 50 15 et du chapeau 51. la chambre d'allumage 63 est disposée pour décharger une flamme d'allumage dans l'espace annulaire compris entre l'impulseur 53 et le cône 30. la forme géométrique des segments tronconiques et des conduits évasés alternés, représentée aux dessins, ne doit pas être considé-20 rée comme limitative, mais représente seulement l'un des nombreux agencements possibles en ce qui conoerne les dimensions et positions relatives des parties conformes.» En cours de fonctionnement, l'air de la boîte à air 29 est admis dans l'ensemble de brûleur circulaire 27 par les portes de re-25 gistre 35 qui sont réglées de manière à communiquer à l'air un mouvement de tourbillon» la plaque conique 30 dirige l'air dans l'ouverture 23A et les aubes 37 sont utilisées pour augmenter le mouvement tourbillonnant de l'air» la position d'allumage (non représentée) du brûleur 22 exige l'introduction de l'entretoise 42 en di- \ 30 rection de la chambre de combustion 10, afin de disposer ainsi l'impulseur 53 avec son bord avant dans le même plan que la petite extrémité de la cavité 31» la vapeur ou l'air est utilisé pour atomiser le combustible préalablement à sa décharge de la plaque de pulvérisation 50 sous la forme d'un jet conique de brouillard» la pul-35 vérisation de combustible se mélange à l'air de combustion admis, et est enflammée par une flamme produite par le dispositif 57 d'al 69 08659 7 2004742 lumage. Ce dernier fonctionne seulement pendant le bref intervalle requis pour allumer la flamme principale. Après cet allumage, l'inflammation de la flamme principale est auto-entretenue et se produit en général dans le contour en cuvette de l'impulseur. la flam-5 me est projetée dans la gorge du "brûleur dans laquelle sa forme se trouve réglée de manière à éliminer son heurt sur les parois, les segments tronconiques 25 ont pour fonction de contraindre la flamme et de la guider dans une direction axiale aux endroits où la distance entre la gorge et les parois latérales est insuffisante ou 10 à la limite. L'utilisation des conduits évasés 26, alternativement espacés avec les segments tronconiques 25, maintient la chute de pression de gorge dans les limites acceptables et favorise la turbulence ainsi qu'un meilleur mélange d'air et de combustible allumé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de 15 réalisation décrit et représenté, celui-ci n'ayant été donné qu'à titre d'exemple. 69 08659 8 2004742 REVENDICATIONS 1 - Chambre de combustion comportant une paroi de brûleur, une gorge de brûleur disposée dans la paroi et un brûleur situé dans la partie centrale de la gorge, celle-ci étant délimitée 5 par une face adaptée à guider dans une direction parallèle à l'axe du brûleur du fluide fourni à la chambre, et présentant en, au moins, un point de sa périphérie, une configuration imprimant audit fluide une composante de vitesse radiale centrifuge. 2 - Chambre de combustion suivant la revendication 1, dans 10 laquelle la face précitée est une face cylindrique pourvue d'un ou plusieurs conduits ou rainures, de profondeur progressivement croissante en direction de la chambre. 3 - Chambre de combustion suivant la revendication 1 ou 2, dans laquelle la gorge présente des segments réfractaires tronco- 15 niques s'étendant radialement vers l'intérieur en des positions espacées à sa périphérie, les petites extrémités de ces segments formant une ouverture entourant le brûleur et adjacente à lui, et présentant en coupe transversale une surface circulaire uniforme au moins le long d'une majeure partie de sa longueur axia- 20 le, et les côtés des segments formant, avec la gorge, des conduits s'évasant en direction de la chambre de combustion. 4 - Chambre de combustion suivant une quelconque des revendications précédentes comportant des parois latérales reliées à la paroi de brûleur, la gorge ayant au moins deux segments mu- 25 tuellement opposés faisant saillie sur la face de la gorge et s'étendant dans leur ensemble normalement aux parois latérales. 5 - Chambre de combustion suivant une quelconque des revend dications précédentes ayant une forme rectangulaire en coupe transversale, la gorge comportant quatre conduits s'étendant sui- 30 vant des lignes radiales dirigées vers les coins formés par les parois latérales et la paroi du brûleur. 6 - Chambre de combustion suivant une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi de brûleur est verticale. 35 7 - Chambre de combustion munie d'une gorge de brûleur tel le que décrite au mémoire, en référence aux dessins annexés.