Brevet FR2058218A1 — publié le 19710528

29^37 -i- 2058218 La présente invention concerne un appareil pour la fabrication de fibres de verre par étirage de filets de verre fondu projetés par la force centrifuge à travers des ouvertures ménagées à la périphérie d'un corps tournant; l'invention concerne égale-5 ment un brûleur destiné à un tel appareil. Dans l'appareil à fabriquer les fibres de verre, selon l'invention, un courant de gaz chaud sortant de la fente annulaire d'un brûleur est dirigé au-delà du bord d'un corps tournant, de mime axe que la fente du brûleur et dont la périphérie est 10 percée d'ouvertures par où le verre fondu est projeté, ledit brûleur comprenant : - une partie interne et une partie externe munies de lèvres de métal concentriques et creuses qui définissent la fente annulaire d'échappement du gaz brûlé, lesdites parties constituant 15 une chambre de combustion annulaire en communication ininterrompue avec ladite fente annulaire; - des rampes d'entrée et de sortie de fluide de refroidissement, et - des canaux joignant les rampes aux passages dans les 20 lèvres pour la circulation du fluide de refroidissement, les canaux d'amenée du fluide de refroidissement dans la lèvre de la partie interne passant dans ladite partie interne. Les parois interne et externe de la chambre de combustion peuvent être garnies de matériau réfractaire. 25 L'appareil comporte de préférence une chambre dite chambre de pression communiquant avec la chambre de combustion, ainsi qu'une arrivée de gaz à cette chambre de pression, le gaz étant enflammé dans la chambre de combustion et s'échappant ensuite à haute température et à grande vitesse par ladite fente annulaire. 30 Pour améliorer la régularité de l'alimentation en gaz de la chambre de combustion, on peut disposer, à l'intérieur de la chambre de pression, un mur ou écran circulaire que le gaz doit franchir. Pour maintenir les parties interne et externe écartées l'une de l'autre, on peut prévoir entre la chambre de combustion 35 et la chambre de pression un organe de séparation comprenant une paroi munie d'ouvertures qui laissent passer le gaz de la chambre de pression dans la chambre de combustion. Cet organe de séparation peut Stre annulaire et le rapport de la longueur au diamètre des trous qui la percent et constituent les ouvertures pour le 70 29437 -2- 2058218 passage du gaz, est choisi de façon telle (par exemple six environ) que le courant gazeux produit puisse le refroidir. Les trous de l'organe de séparation peuvent être disposés suivant deux cercles concentriques, les trous d'un des cercles 5 étant décalés d'un demi-pas par rapport aux trous de l'autre. Une troisième série de trous de stabilisation peut être prévue suivant un troisième cercle placé entre les deux premiers cetcle». De préférence, l'appareil est muni d'un couvercle formant la partie supérieure de la chambre de pression et qui est fixé 10 de façon démontable aux parties interne et externe, par exemple par des boulons, pour pouvoir être enlevé et permettre d'accéder à l'intérieur de l'appareil pour l'examiner, le nettoyer ou remplacer une pièce interne. Les rampes d'entrée et de sortie . de fluide de refroidissement sont, de préférence, fixées sur la 15 face externe du couvercle. Les canaux dans la paroi de la partie interne peuvent être associés par paires réparties sur sa périphérie, l'alimentation en fluide de refroidissement étant telle que le fluide s'écoule dans le même sens dans les deux canaux d'une même paire, 20 c'est-à-dire qu'en un ou plusieurs points le fluide pénètre dans le passage de la lèvre de la partie interne par les deux canaux d'une même paire, et qu'en un ou plusieurs autres points il s'en échappe par les deux canaux d'une autre paire, et parcourt ainsi une partie du passage de la lèvre d'une paire de canaux à une au*» 25 tre. De préférence, l'appareil comporte des moyens pour amorcer l'allumage du gaz dans la chambre dë combustion. Ces moyens d'allumage peuvent comprendre une électrode traversant une des parois de la chambre de combustion. 30 Les lèvres sont de préférence en acier inoxydable ou en cuivre». Les rampes d'entrée et de sortie ne possèdent de préférence qu'un seul raccordement pour l'admission du fluide et qu'un seul raccordement pour son évacuation. 35 L'invention couvre également un brûleur construit tel que défini ci-dessus et capable d'émettre un courant gazeux annulai — re susceptible de transformer du verre fondu en fibres de verre. On va maintenant décrire, simplement à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins 70 29437 -3- 2058218 annexés dans lesquels : la fig.l est une coupe verticale d'un appareil de fabrication de fibres de verre qui comprend un brûleur produisant un courant de gaz chaud; 5 la fig.lA est une coupe d'une partie du brûleur de la figure 1; la fig.2 est une vue en plan, partiellement en coupe, du brûleur de la fig.l; la fig.3 est une vue en élévation d'une partie du brûleur 10 des figs.l et 2; la fig.4 est une coupe d'une variante d'une partie du brûleur des figs.l et 2; et la fig.5 est une vue en plan de la pièce représentée à la fig.4. 15 Sur la fig.l on voit en pointillé un corps creux ou cen- trifugeur 1 fixé à un arbre creux 2 pouvant tourner autour d'un axe vertical. Quand l'appareil fonctionne, le verre fondu est amené à travers l'arbre 2 dans le centrifugeur 1 et des filets de verre fondu sont projetés, par la force centrifuge, par les 20 ouvertures ménagées à la périphérie du centrifugeur 1. Ces filets de verre fondu sont alors étirés par un courant de gaz chaud provenant d'une fente annulaire ménagée dans un brûleur et qui est dirigé au delà du bord du corps centrifugeur. Le brûleur enveloppe l'arbre 2 et comprend un couvercle 25 3 à gradins, de forme générale circulaire, présentant une partie centrale plus basse à laquelle est fixée, au moyen de boulons 5, la partie annulaire interne 4 en acier inoxydable, un joint annulaire 6 étant interposé entre ladite pièce et le couvercle. La partie interne 4 comporte une jupe 7, évasée vers l'extérieur, 30 conformée pour recouvrir le centrifugeur 1, et dont l'extrémité inférieure 7 définit une lèvre creuse 80 ayant un passage 8 pour le fluide de refroidissement. Une partie externe 81 en acier inoxydable est fixée à la face inférieure et sur la périphérie du couvercle 3 au moyen de 35 boulons 9, un joint d'étanchéité annulaire 10 étant interposé entre le couvercle et cette partie externe. La partie externe 81 comporte une paroi cylindrique 11 et une paroi transversale 12 de forme annulaire dont l'extrémité intérieure définit une lèvre 82 ayant un passage 13 pour le fluide de refroidissement# 70 29437 -4. 2058218 Les deux lèvres 80 et 82 sont disposées concentriqueraent l'une par rapport à l'autre et leurs faces en regard, 14 et 15 respectivement, définissent une fente annulaire 83 continue et ininterrompue, de largeur uniforme. 5 Un anneau 16 est placé entre la partie interne 4 et la paroi cylindrique 11 de la partie externe et sert à maintenir les deux parties concentriquement, dans la position d'espacement relatif nécessaire, la section transversale de l'anneau 16 ayant la forme représentée à la fig.l. L'anneau 16 est fixé par des 10 boulons 17 à un collet 18 de la partie interne 4, en saillie vers l'extérieur, sur lequel il s'emboîte; il est de même fixé par des boulons 19 à un collet 20 de la partie externe, en saillie vers l'intérieur, sur lequel il s'emboîte. En maintenant l'intervalle nécessaire entre la partie interne et la partie externe, l'an-15 neau 16 sert à conserver à la fente annulaire continue 83, entre les faces 14 et 15, une largeur sensiblement uniforme sur tout son périmètre. La partie interne 4 porte un anneau de matériau réfractaire 21 dont la face externe est sensiblement alignée avec la face 20 14, et il est prévu uh anneau de matériau isolant 22 interposé entre l'anneau réfractaire 21 et la paroi de la partie interne 4. La partie externe 81 porte un anneau de matériau réfractaire 23 possédant une face interne ayant une portion inclinée 24 se raccordant à la face 15, et il est prévu un anneau de matériau 25 isolant 25 interposé entre l'anneau réfractaire 23 et la paroi cylindrique 11. Si l'on préfère, les anneaux de matériau isolant 22 et 25 peuvent être omis, les anneaux 21 et 23 étant modifiés, dans ce cas, de façon à remplir l'espace représenté comme occupé par les anneaux 22 et 25. Ainsi que l'on peut le voir sur la 30 fig.l, les anneaux réfractaires 21 et 23 sont maintenus emboîtés dans l'anneau 16 et les collets 18 et 20 respectivement, de sorte que ces anneaux réfractaires interne et externe portent respectivement contre les surfaces interne et externe de la pièce 16, qui les maintient écartés. 35 Les anneaux réfractaires 21 et 23 définissent ainsi une chambre de combustion annulaire continue 85 en communication ininterrompue avec la fente annulaire 83 située entre les faces 14 et 15. Au-dessus de l'anneau 16 se trouve une chambre de pression annulaire 84 qui communique avec la chambre de combustion 70 29437 -5 2058218 par des trous 26 percés dans l'anneau 16. Ces trous 26 sont disposés) comme on peut le voir sur la fig.2, selon deux cercles concentriques, les trous d'un des cercles étant décalés d'un demi-pas par rapport aux trous de l'autre cercle, de façon à réa-5 liser une répartition triangulaire des trous. Un mélange de gaz de ville et d'air arrivant par une admission .27 (voir fig.2) est envoyé à la chambre de pression 84 par l'intermédiaire d'un raccord 28. Pour permettre une répartition aussi régulière que possible du mélange dans la chambre de 10 pression sans devoir donner, au raccord 28 une longueur exagérée, on peut monter dans la chambre de pression u n mur ou écran circulaire 29 de façon que le mélange pénétrant dans cette chambre doive passer par dessus le mur 29 pour atteindre les trous 26 de l'anneau 16. Le mélange combustible s'écoule alors par ces 15 trous et pénètre dans la chambre de combustion 85 où il s'enflamme de façon à donner naissance à un courant de gaz à haute température et à grande vitesse qui s'échappe par la fente annulaire 83 entre les faces 14 et 15. Ce courant de gaz à grande vitesse et à haute température sert à étirer les filets de verre que la 20 force centrifuge fait sortir par les ouvertures du centrifugeur 1 et à changer leur direction de mouvement de façon à donner naissance à des fibres de verre se déplaçant de haut éri bas. Au-dessus du couvercle 3 sont disposées, concentriquement l'une à l'autre, une rampe circulaire d'entrée 30 n'ayant qu'un 25 seul raccord 31 d'admission de fluide de refroidissement, et une rampe de sortie 32, partiellement circulaire, n'ayant qu'un seul raccord 33 d'évacuation de fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement circulé entre ces rampes et les passages 8 et 13 des lèvres 80 et 82 respectivement, de la façon 30 suivante s En quatre points sensiblement équidistants sur le sommet de la partie interne 4 se trouve un évidemient 34 communiquant avec une paire de canaux 35 traversant ladite partie pour gagner le passage 8. La paroi de la partie 4 est localement plus épaisse 35 dans la région de ces canaux 35, ainsi qu'on le voit en 36 sur la fig.2. A chaque point correspondant du couvercle se trouve un canal 37 qui communique, par un trou dans le joint 6, avec l'évidement 34. A chacune des deux positions diamétralement opposées se 40 trouve un tuyau 38 établissant une connexion entre la rampe 70 29437 6 2058218 d'alimentation 30 et le canal.37 dans le couvercle. Par conséquent, en chacun de ces deux points, le fluide de refroidissement s'écoule à partir de la rampe d'alimentation 30 par le tuyau et le canal 37 du couvercle, dans l'évidement 34 de la par-5 tie interne 4. A partir de l'évidement 34 le fluide descend les deux canaux 35 et parvient dans le passage 8 de la lèvre 80» Le fluide arrivant par les deux canaux 35 s'écoule alors dans le passage circulaire 8 en suivant deux directions respectivement opposées vers les deux autres positions, diamétralement 10 opposées, des canaux 35. Ainsi, le fluide parcourant le passage 8 s'approche, venant de deux directions opposées, de chacune de ces deux autres positions; il s'élève alors dans les deux canaux 35 jusqu'à l'évidement respectif 34 et de là pénètre dans le canal 37 du couvercle. A chacune des deux autres positions en 15 question se trouve un tuyau 39 établissant une connection entre le canal 37 et la rampe de sortie 32 dans laquelle s'écoule le fluide. L'écoulement du fluide de refroidissement par les canaux 35 dans la partie interne 4 sert, non seulement à alimenter le 20 passage 8 de la lèvre 80, mais encore à refroidir directement la partie interne. Le fluide de refroidissement communément employé est l'eau. Le fluide de refroidissement circule à travers le passage 13 de la lèvre 82 grâce à des tuyaux 40 et 41 faisant coramuni-25 quer ledit passage 13 avec les rampes d'entrée et de sortie 30 et 32 respectivement. Chaque tuyau 40 et 41 est muni, d'un raccord souple 86, à mi-chemin de sa longueur, pour permettre le montage et le démontage du couvercle 3 du brûleur. Une obturation 13A (fig.lA) est ménagée dans le passage 13 entre les points où ce 30 passage est raccordé avec les tuyaux 40 et 41; le fluide de re-froisissement s'écoule donc dans le passage 13 d'un côté de l'obturation 13A, parcourt la quasi-totalité du passage annulaire puis s'échappe par le tuyau 41 situé de l'autre côté de l'obturation. 35 Une électrode 42 traversant le couvercle 3 par un trou ménagé à cet effet, et logée dans une cavité convenable de l'anneau 16, sert à amorcer l'inflammation du mélange combustible dans la chambre de combustion 850 L'expérience a révélé qu'un brûleur tel que décrit ci- 70 29437 -7- 2058218 dessus produit un courant gazeux de température et de vitesse' relativement uniformes tout autour du centrifugeur 1 et peut par conséquent itre utilisé dans la production de fibres de diamètre relativement uniforme. On a également constaté que le brûleur 5 peut être utilisé avec succès dans la production de fibres de verre de plus grande longueur que les longueurs habituelles. En outre, on comprendra que les raccordements de service équipant le brûleur sont remarquablement simples par le fait qu'il n'y a qu'une entrée de gaz combustible et d'air 27, qu'une entrée de 10 fluide de refroidissement 31, et qu'une sortie de fluide de refroidissement 33. En outre, la fixation du couvercle au brûleur au moyen de boulons permet d'enlever facilement ce couvercle pour des opérations de vérification et de nettoyage ou pour remplacer un organe interne. En particulier on peut avoir besoin de rem-15 placer l'anneau 16 par un anneau modifié décrit ci-dessous. Si on le désire, le brûleur peut être alimenté avec un mélange de gaz naturel et d'air au lieu d'un mélange de gaz de ville et d'airc Les figures 4 et 5 représentent une modification dans la 20 disposition des trous perçant l'anneau de séparation. 16. Dans cette variante on a ménagé dans 1'anneau 16 des trous de stabili- -sation supplémentaires 43 entre les deux cercles de trous 26 et à un pas approximativement double de celui des trous 26. Ces trous de stabilisation ont une partie supérieure 44 de plus 25 petit diamètre. Le rapport de la longueur au diamètre des trous 26 et 44 est choisi en fonction de l'écoulement de gaz que l'on veut obtenir et peut par exemple être de l'ordre de 6. La partie externe, la partie interne 4 et l'anneau 16 peuvent être faits de cuivre au lieu d'acier inoxydable. Ces 30 pièces sont réalisées par usinage, autant que possible à partir de la masse, et l'usinage de haute précision final est de préférence effectué après que la pièce ait été chauffée à une température suffisamment élevée pour éliminer les tensions. 70 29437 -8 2058218 REVENDICATIONS 1) Appareil pour la fabrication de fibres de verre dans lequel un courant de gaz chaud est dirigé à partir de la fente annulaire d'un brûleur au-delà du bord d'un corps tournant dont 5 l'axe est le même que celui de la fente du brûleur et dont la périphérie est percée d'ouvertures à travers lesquelles le verre fondu est projeté, ledit brûleur comprenant : une partie interne et une partie externe qui comportent des lèvres concentriques creuses en métal délimitant la fente annulaire d'échappement 10 du gaz brûlé, lesdites parties interne et externe définissant une chambre de combustion annulaire en communication ininterrompue avec ladite fente annulaire, des rampes d'entrée et de sortie de fluide de refroidissement, et des canaux joignant les rampes aux passages dans les lèvres pour la circulation du fluide de 15 * refroidissement à travers lesdits passages, les canaux pour la circulation du fluide de refroidissement dans la lèvre de la partie interne passant dans ladite partie interne. 2) Appareil selon la revendication 1 dans lequel les deux parois interne et externe de la chambre de combustion sont 20 garnies d'un matériau réfractaire. 3) Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant une chambre de pression communiquant avec ladite chambre de combustion, ainsi qu'un conduit amenant à cette chambre de pression le gaz qui est enflammé dans la chambre de com- 25 bustion et qui s'échappe ensuite à haute température et à grande vitesse par ladite fente annulaire. 4) Appareil selon la revendication 3 comprenant, à l'intérieur de la chambre de prèssion, un mur ou écran circulaire qu'on fait franchir au gaz pour améliorer la régularité de l'ali— 30 mentation en gaz de la chambre de combustion© 5) Appareil selon la revendication 3 ou la revendication 4 dans lequel les parties interne et externe sont maintenues écartées l'une de l'autre au moyen d'un organe de séparation comprenant, entre la chambre de combustion et la chambre de pression» 35 une paroi percée d'ouvertures laissant le gaz s'écouler de la chambre de pression dans la chambre de combustion. 6) Appareil selon la revendication 5 dans lequel ledit organe de séparation comprend une paroi annulaire» le rapport de la longueur au diamètre des trous qui la percent et constituent 40 les ouvertures de passage du gaz étant choisi de façon telle 70 29437 -9- 205&218 (par exemple six environ) que le courant gazeux qui en résulte puisse refroidir l'organe de séparation. 7) Appareil selon la revendication 6 dans lequel les trous de l'organe de séparation sont disposés sur deux cercles 5 concentriques» les trous d'un des cercles étant décalés d'un demi-pas par rapport aux trous de l'autre cercle. 8) Appareil selon la revendication, 7 comprenant une troisième série de trous de stabilisation disposés suivant un troisième cercle placé entre les deux premiers. 10 9) Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, comprenant un couvercle formant la partie supérieure de la chambre de pression, fixé d'une manière amovible à ses parties interne et externe afin que son démontage permette d'accéder à l'intérieur de l'appareil pour l'examiner, le nettoyer ou y rem- 15 placer un organe interne. 10) Appareil selon la revendication 9 dans lequel les rampes d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement sont fixées sur la face externe du couvercle. 11) Appareil selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes dans lequel les canaux de la partie interne sont disposés par paires réparties autour de ladite partie, l'alimentation en fluide de refroidissement étant agencée de façon que le fluide circule dans le même sens dans le» deux canaux d'une même paire, c'est-à-dire qu'en un ou plusieurs points le fluide coule 25 dans le passage de la lèvre de la partie interne par les deux canaux d'une même paire, et qu'en un ou plusieurs autres points il s'en échappe par les deux canaux d'une même autre paire, et parcourt ainsi une portion dudit passage d'une paire de canaux à l'autre. 30 12) Appareil selon une quelconque des revendications pré cédentes comportant des moyens d'allumage pou£ amorcer l'allumage du gaz dans la chambre de combustion. 13) Appareil selon la revendication 12 dans lequel les dits moyens d'allumage comportent une électrode traversant une 35 paroi de la chambre de combustion. 14) Appareil selon une quelconque des revendications précédentes dans lequel les lèvres sont en acier inoxydable ou en cuivre. 15) Appareil selon l'une quelconque des revendications 70 29437 10. 2058218 précédentes dans lequel les rampes d'entrée et de sortie ne possèdent qu'un seul raccordement pour l'admission de fluide, et qu'un seul raccordement pour l'évacuation de fluide. 16) Brûleur selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes» capable d'émettre un courant gazeux annulaire pouvant transformer du verre fondu en fibres de verre.