Brevet FR2264247A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne un chalumeau à découper le granit qui est particulièrement destiné à etre utilisé dans des carrières de granit, bien qu'il puisse également être utilisé pour découper d'autres roches ou types de matérivaux Dans les carrières de granit, on n'utilise encore pratiquement de nos jours que des moyens mécaniques pour détacher des blocs de roches ou pour les tailler. Parmi ces moyens classiques, on peut citer des haveuses, des trancheuses à percussion ou à channe, des perforatrices, etc. Ces machines sont très chères et nécessitent des apports d'eau en grande quantité. Parmi les moyens encore utilisés, on peut citer les explosifs qui toutefois ne permettent pas d'obtenir des blocs de roche ayant une géométrie bien déterminée. Depuis quelques années, on a essayé de mettre au point des outils du genre chalumeau qui délivrent une flamme chaude qui fait éclater la pierre et permet ainsi de la découper. Toutefois les essais tentés n'ont pas eu de succès industriel car ces outils tendaient comme de nombreux chalumeaux de découpage de métal à se détériorer rapidement sous l'effet de retouzsde flamme0 Un but de la presente invention consiste à prévoir un chalumeau à découper notamment le granit qui conduise à un coût d'exploitation inférieur à celui des moyens classiques, qui offre la possibilité de découpage de blocs géométriques meme importants, mais qui évite tout accident causé par un retour de flamme. Un autre but de l'invention consiste à prévoir un chalumeau dont le combustible est relativement bon marché puisqu'il s' agit principalement du fuel et le comburant de l'air, l'allumage du chalumeau utilisant toutefois de l'oxygène. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un chalumeau à découper délivrant une flamme chaude résultant de la combustion d'un hydrocarbure dont la buse comporte une chambre de combustion allongée et cylindrique recevant le fluide combustible et le fluide comburant sous pression, l'embout de sortie de ladite chambre de combustion ayant un profil de venturi tel que les gaz enflammés sortant de ladite buse aient une vitesse supersonique. Suivant une autre caractéristique, la chambre de combustion communique avec une chambre de mélange coaxiale à l'intérieur de laquelle est monté un gicleur délivrant le fluide combustible et dont les parois latérales sont percées d'orifices à travers lesquels est délivré le fluide comburant, les axes des orifices se croisant sensiblement à l'extrémité avant du gicleur. Suivant une autre caractéristique, la chambre de combustion est entourée sur toute sa longueur par une chambre de refroidissement cylindrique coaxiale comportant une cloison métallique cylindrique coaxiale séparant la chambre de refroidissement en une première chambre annulaire entourant immédiatement la chambre de combustion et dans laquelle le fluide comburant circule dans la direction allant de la sortie à l'entrée de la chambre de combustion, et en une seconde chambre annulaire dont la paroi extérieure est la paroi extérieure de la buse et dans laquelle le fluide comburant circule dans la direction allant de l'entrée à la sortie de la chambre de combustion, la première chambre annulaire communiquant avec lesdits orifices percés dans la paroi latérale de la chambre de mélange, la seconde chambre annulaire communiquant avec la conduite d'alimentation en fluide comburant, et les première et seconde chambres annulaires communicant entre elles au voisinage de la sortie de la buse. Suivant une autre caractéristique, le cylindre métallique séparant la chambre de combustion et la première chambre annulaire est cannelé à l'exté- rieur. Suivant une autre caractéristique, la buse comporte encore une chambre arrière cylindrique coaxiale dont la paroi interne est filetée et dans laquelle se visse une canne servant de fourreau à la conduite d'alimentation du fluide combustible et dans laquelle passe le fluide comburant sous pression. Suivant une autre caractéristtque, toutes les pièces constitutives de la buse sont en acier inoxydable réfractaire. D'autres caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue de coté de l'ensemble du chalumeau suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale partielle de la buse du chalumeau de la Fig. 1 la partie supérieure et la partie inférieure étant représentée décalées de 900 l'une par rapport à l'autre, la Fig. 3 est une vue en coupe transversale partielle de la buse de la Fig. 2 suivant la ligne III-III, la Fig. 4 est une autre vue en coupe transversale partielle du fourreau de la chambre de combustion de la buse de la Fig. 2 suivant la ligne IV-IV, et la Fig. 5 est encore une autre vue en coupe transversale partielle de la buse de la Fig. 2 suivant la ligne V-V. Le chalumeau de la Fig. 1 comprend une buse i, de laquelle sort une flamme 22 une canne 3 raccordée à la buse 1 par un raccord 4 et munie d'une poignée 5. Une conduite rigide 6 est reliée à la poignée 5 et est connecté d'une part, à un tuyau d'arrivée d'air sous pression 7 et, d'autre part, à un tuyau d'arrivée d'oxygène sous pression 8. Un tuyau d'arrivée de fuel 9 pénètre dans la poignée 5 et se prolonge à l'intérieur de la canne 3 jusqu'à l'entrée d'un gicleur monté dans la buse 1. Les tuyaux 7, 8 et 9 portent respectivement des robinets ou vannes à pointeaux 10, tl et 12 permettant de régler les débits et pressions d'alimentation des comburants et du fuel. L'air et/ou l'oxygène passent dans la canne 3 entre le tuyau de fuel et la paroi de la canne qui est étanche. La buse 1 est représentée en coupe partielle longitudinale à la Fig. 2 et comprend un cylindre extérieur 13 en acier inoxydable, un fourreau intermédiaire 14 en acier inoxydable, un fourreau intérieur 15 en acier inoxydable réfractaire, un embout avant 16 percé d'un orifice central en forme de venturi en acier inoxydable réfractaire, un embout arrière creux 17 en acier inoxydable réfractaire, un manchon porte-canne 18 en acier inoxydable, un porte-gicleur 19 et un gicleur 20, tous deux étant également en acier inoxydable. L'entrez 21 du gicleur est reliée à l'extrémité du conduit d'arrivée du fuel 22 relié, à travers 5, au tuyau 9. Le montage de la buse 1 peut astre fait de la façon suivante: l'embout 16 sortant d'usinage est embotté-en force dans la partie adjacente du fourreau 15, un espace étant réservé entre le bout de 15 et l'épaulement 23. Cet espace est ensuite comblé par de la soudure d'apport 24 assurant l'étanchéité du joint entre 15 et 16. Une fois la soudure effectuée, l'apport de soudure 24 est usiné au tour pour rendre éviter toute solution de continuité entre 16 et 15 qui nuirait à l'écoulement de l'air. L'embout 17 est ensuite embotté en force dans l'autre extrémité du fourreau 15, par sa partie cylindrique la plus petite. Auparavant l'embout 17 a évidemment été entièrement usinée au tour. Ensuite, le fourreau 14 est embotté en force sur la partie cylindrique la plus large de l'embout 17, puis soudé à celui-ci par une couronne de soudure 25. A noter que l'autre extrémité du fourreau 14 s'emboîte aussi sur une partie de l'embout 16, cette partie 26 apparaissant mieux à la Fig. 3. On voit que la section droite de la partie 26 de 16 a la forme d'un carré aux coins arrondis. Ainsi les coins, tels que 27, servent à maintenir le fourreau 14 en position tandis que les espaces laissés libres 28 permettent le passage de l'air de la gauche vers la droite. On observera que la partie supérieure en coupe de la Fig. 2 représente une partie décalée de 900 par rapport à la partie de la buse dessinée en traits tirets au-dessous de l'axe:- Cela explique que, sur Ia coupe, un passage 28 apparaît tandis qu'en bas on a fait apparaître un coin 27. Le cylindre 13 est ensuite monté en force sur l'embout 16 tout en étant maintenu concentrique par rapport à l'ensemble 14-17 par des apports de soudures 29. Ces points sont d'abord soudés sur le fourreau 14, puis usinés au tour. La Fig. 5 montre une coupe ou les points 29 sont au noklre de trois répartis à 1200. Le manchon 18 est ensuite emmanché dans le cylindre 13 et soudé à celui-ci par un apport 30. Enfin le porte-gicleur 19 est vissé dans 17 et le gicleur 20 est monté dans 19 où sa position longitudinale est réglable. La buse 1 ainsi montée définit une chambre de combustion 31, une chambre de mélange 32 et une-chambre d'alimentation 33. La chambre d'alimentation 33 reçoit, à travers la canne 3, de l'air ou, dans la phase initiale d'allumage, de l'oxygène. L'air ou l'oxygène passe de la chambre 33 dans la chambre annulaire formée entre 13 et 14 vers l'arrière de l'embout 16, puis à travers les espaces 28 dans la chambre annulaire formée entre 14 et 15 vers l'extérieur de l'embout 17. bans ce premier trajet, le gaz, air ou oxygène, a une action de refroidissement de la chambre de combustion 31. Ensuite le gaz passe dans la chambre de mélange 32 à travers les trous radiaux 34 forés dans l'embout 17. Les axes des trous 34 se croisent juste devant le gicleur 20. Le mélange de gaz et de fuel vaporisé par le gicleur est projeté dans la chambre de combustion 31 à travers l'orifice 35 cylindrique faisant communiquer 32 et 33. La flamme des gaz en combustion sort de 31-par l'orifice 36 dont le profil est tel que les gaz y atteignent la vitesse du son. Ainsi on obtient le résultat recherché d'une flamme très chaude sortant à grande vitesse ce qui évite des retours de flamme. il faut noter que la quantité de mouvement des gaz enflammés qui sort de la buse 1 est telle que l'ensemble du chalumeau semble léger quand il est en fonctionnement. On notera à la Fig. 2 que l'axe 37 de l'orifice 36 n'est pas confondu avec l'axe de la buse, mais fait par exemple un angle d'environ 90 avec lui. On obtient ainsi une utilisation plus pratique du chalumeau en permettant d'abord de mieux voir la flamme, puis de faire- varier facilement le point d'impact de la flamme sur la pierre en faisant tourner légèrement le chalumeau autour de son axe. Comme il apparatt à la Fig. 2, le porte gicleur 19 est une pièce de révolution qui se visse dans 17 contre laquelle il est bloqué par un contre-écrou 38 en laiton. Le porte-gicleur 19 présente une queue 39 dans laquelle est ménagée un alésage cylindrique 40 par lequel le fuel atteint la chambre 4 d'alimentation du gicleur 20. Dans l'alésage 40, est glissée l'extrémité 22 du conduit d'arrivée du fuel. Cette extrémité est taillée en biseau pour faciliter son introduction dans 40. Le conduit 22 est maintenu dans 40 par deux joints toriques 42 et 43. il est en effet préférable de prévoir deux joints au lieu d'un seul afin d'éviter toute fuite de fuel vers la chambre 33 qui entratnerait une combustion et pratiquement la destruction de la canne 3. L'expérience a montré que deux joints étaient suffisants pour assurer l'étanchéité requise.Le gicleur 20 est un gicleur de 13 gallon disponible dans le commerce. La position du gicleur 20 se règle en avançant ou en reculant le porte-gicleur 19 puis en serrant 38, de manière que les sorties de fuel se mélangent au mieux avec les entrées de gaz sortant des trous 34. Pour allumer le chalumeau, on alimente le gicleur 20 en fuel en ouvrant le robinet 'IO qui met le tuyau 9 en relation avec une mope à fuel (non montrée). D'autre part le robinet 12 est ouvert pour alimenter la canne 3 en oxygène sous pression, par 8. On allume la flamme 2 et on ajuste les pressions pour former correctement cette flamme. Ensuite, on ferme le robinet 12 d'oxygène tout en ouvrant en compensation le robinet 11 d'air comprimé. Quand la pression de l'air d'alimentation a atteint 8,5 kg, on ferme complètement le robinet 12 d'oxygène. Le chalumeau est alors en état d'entre utilisé. Sur la Fig. 4, il apparaît que le fourreau intérieur 15 comporte des cannelures 44 délimitant des arêtes très courtes 45 qui améliorent le refroidissement du fourreau 16 et guident le flux sensiblement laminaire du gaz comburant vers les trous 34. il est rappelé qu'au cours du montage, on doit s'attacher particulièrement à ce que les intervalles entre les fourreaux soient respectés et à ce qu'ils soient concentriques. Bien que les principes de la présente invention aient décrits ci-dessus en relation avec une exemple particulier de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été àite qtl'à titre d'exemple et qu'elle ne limite la portée dc l'invention. REVENDICATIONS 1) Chalumeau à découper, notamment des roches telles que le granit, délivrant une flamme chaude résultant de la combustion d'un hydrocarbure dont la buse comporte une chambre de combustion allongée et cylindrique recevant le fluide combustible et le fluide comburant, caractérisé en ce que l'embout de sortie de ladite chambre de combustion a un profil de venturi tel que les gaz enflammés sortant de ladite buse atteignent une vitesse supersonique. 2) Chalumeau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion communique avec une chaibre e mélange coaxiale à l'intérieur de laquelle est monté un gicleur délivrant le fluide combustible et dont les parois latérales sont percées d'orifices à travers lesquels est délivré le fluide comburant, les axes des orifices se croisant sensiblement à l'extrémité avant du gicleur. 3) Chalumeau suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de combustion est entourée sur toute sa longueur par une chambre de refroidis- sement cylindrique coaxiale comportant une cloison métallique cylindrique coaxiale séparant la chambre de refroidissement en une première chambre annulaire entourant immédiatement la chambre de combustion et dans laquelle le fluide comburant circule dans la direction allant de la sortie à l'entrée de la chambre de combustion, et en une seconde chambre annulaire dont la paroi extérieure est la paroi extérieure de la buse et dans laquelle le fluide comburant circule dans la direction allant de l'entrée à la sortie de la chambre de combustion, la première chambre annulaire communiquant avec lesdits orifices percés dans la paroi latérale de la chambre de mélange, la seconde chambre annulaire comruniquant avec la conduite d'alimentation en fluide comburant, et les première et seconde chambres annulaires communicant entre elles au voisinage de la sortie de la buse. 4) Chalumeau suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le cylindre métallique séparant la chambre de combustion et la première chambre annulaire cannelé à l'extérieur. 5) Chalumeau suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la buse comporte encore une chambre d'alimentation cylindrique et coaxiale, à l'arrière de la chambre de mélange, dont la paroi interne est filetée et dans laquelle se visse une canne servant de fourreau à la conduite d'alimentation du fluide combustible et dans laquelle passe le fluide comburant sous pression. 6) Chalumeau suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que toutes les pièces constitutives de la buse sont an acier inoxydable.