Brevet FR2300583A1 — publié le 19760910

La présente invention se rapporte à la technique de la lutte contre l'incendie et notamment aux installations pour 1'extinction des incendies par un gaz inerte et peut entre utilisée pour assurer l'extinction des incendies souterrains et la prévention des explosions dans les mines. On connatt actuellement une installation pour l'extinction des incendies par un gaz inerte, comprenant une soufflante, une chambre de combustion, un système de démarrage et un dispositif d'amenée d'eau (voir, par exemple, le Certificat d'auteur de 1'U.R.S.S. HO 231 502). Dans cette installation, pour l'allumage de la chambre de combustion on a recours à un ou plusieurs allumeurs à flambeau. L' air, qui est indispensable pour assurer le processus de combustion du jet de flamme amené par l'allumeur dans la chambre de combustion, arrive dans l'allumeur à partir d'un canal se trouvant en amont de la chambre de combustion.Cependant lors de l'utilisation dans de pareilles installations d'un moteur d'avion à réaction (dans les installations qui doivent avoir un grand rendement) en tant que soufflante, le processus de combustion et de formation du Jet de flamme se déroule d'une manière insuffisante, ce qui est dû à une basse pression de l'air dans le canal se trouvant en amont de la chambre de post-combustion et à sa saturation en gaz d'échappement du moteur à réaction. On connatt aussi un générateur de gaz inerte (voir, par exemple, le brevet anglais N0 908 890) comportant un moteur à réaction, un canal d'éjection et une chambre de post-combustion dans laquelle est disposé un allumeur à flambeau. Pour amener dans la cavité de 1'allumeur, de l'air non contaminé par les gaz d'échappement et ayant une pression plus haute, le générateur est pourvu d'une source spéciale d'air comprimé constituée par des bouteilles, reliées i la cavité de l'allumeur. Cependant, l'utilisation d'une source accessoire d'air comprimé rend plus complexe la construction du générateur de gaz inertes dans son ensemble, augmente son poids et rend incommode son utilisation, car le fonctionnement du générateur dépend de la présence de la source précitée au moment requis.Ces inconvénients sont indésirables surtout dans le cas où le générateur proposé est essentiellement utilisé pour la lutte contre les incendies dans les galeries minières souterraines. En outre, il est à noter que dans les dispositifs connus le combustible de travail est amené dans la chambre de post-combustion à travérs un collecteur, dont les buses sont orientées dans le sens du mouvement du courant de mélange air-gaz, d'ou il résulte que lors du fonctionnement du générateur aux régimes accélérés, le combustible n'a pas le temps de s'évaporer et pénètre à des endroits particuliers de la grille de la chambre de post-combustion à l'état liquide, ce qui entrain, par conséquent, un gradient élevé de tempe ratures dans la zone de la grille précitée.Par ailleurs, cela fait naître de grandes tensions, qui provoquent le gauchissement et la fissuration de la grille au cours de l'utilisation du générateur de gaz inertes, ce qui rend son fonctionnement moins sûr et réduit la durée de son service. En outre, il est à noter que la pénétration du combustible non évaporé à l'intérieur de la chambre de post-combustion du générateur provoque la formation de zones locales trop riches en forme de gouttes de combustible liquide entourées de mélange air-gaz. La formation de telles zones rend difficile le processus de combustion complète du combustible dans la chambre de post-combustion. I1 est possible d'assurer une évaporation complète du combustible avant sa pénétration sur la grille de la chambre de post-combustion en augmentant la longueur du canal d'éjection. Cependant, une telle solution technique est inadmissible vu que les longueurs des sections particulières du générateur sont limitées par les dimensions des moyens de transport (cages, wagonnets) dans lesquels le générateur est descendu dans une mine et est transporté à ltendroit où il faut éteindre l'incendie. En outre, cela exigerait une augmentation du poids de l'installation, ce qui est aussi indésirable si l'on prend en considération le fait que le générateur proposé est destiné essentiellement à être utilisé dans des galeries souterraines étroites de mines. Par ailleurs, il faut remarquer que dans les générateurs connus le refroidissement du tube à flamme de la chambre de post-combustion est réalisé au moyen de l'eau passant à travers une chemise d'eau. Afin d'améliorer le refroidissement on augmente généralement la quantité d'eau à amener, ce qui a pour conséquence une consommation excessive d'eau, exige un système plus complexe d'amenée d'eau et, chose la plus importante, on ne peut pas assurer une vitesse unifor me de circulation d'eau sur toute la surface du tube à flamme et, par conséquent, un refroidissement régulier, ce qui entrain à son tour un gauchissement du tube à flamme et sa mise hors d'usage prématurée. L'obJet de l'invention est de remédier aux inconvénients précités, qui sont propres aux dispositifs connus. L'invention vise à changer l'orientation et la disposition relative des éléments principaux constituant le dispositif de façon à éliminer les zones de travail superflues et à réduire les dimensions totales du dispositif sans une perte quelconque de la puissance de fonctionnement. Le problème posé est résolu grâce à un dispositif pour lfextinc tion des incendies réalisé à base d'un moteur à turbine à gaz, qui comprend disposés successivement l'un après l'autre à la sortie dudit moteur : un canal d'éjection contenant un collecteur avec des buses servant à amener du combustible, une chambre de post-combustion avec un allumeur à flambeau relié à un système d'amenée de l'air comprimé et un carter extérieur dans lequel est amenée de l'eau de re froidissement. Le dispositif précité est caractérisé en ce que la cavité dudit allumeur à flambeau de la chambre de post-combustion est reliée au moyen d'un canal à une partie à écoulement du moteur à turbine à gaz dans la zone de haute pression à partir de laquelle l'air comprimé pénètre à l'intérieur dudit allumeur du combustible, ledit collecteur étant disposé de façon que ses buses servant à amener le combustible, soient tournées à l'encontre du courant du mélange d'air et de gaz provenant de la sortie dudit moteur, tandis que le système servant à amener de l'eau de refroidissement dans le carter extérieur de ladite chambre de post-combustion est pourvu de canaux longitudinaux passant le long de toute la surface extérieure de la chambre. Grâce à un tel agencement on n'a plus besoin d'avoir recours à une source accessoire d'air comprimé pour les allumeurs de la chambre de post-combustion, ce qui permet de rendre plus simple la construction, de réduire le poids et d'assurer une utilisation commode du générateur. Une telle solution technique permet de réduire les dimensions totales du dispositif pour l'extinction des incendies en conservant sa puissance de travail et en prolongeant sa durée de service. Suivant une des variantes de réalisation de l'invention, le dispositif pour l'extinction des incendies est caractérisé en ce que le collecteur pourvu des buses tournées à l'encontre du courant de mélange air-gaz, est disposé dans la zone du canal d'éjection, dans laquelle les températures sont à peu près égales sur toute la longueur des jets du combustible amené qui découlent sous l'action du courant gazeux, et sont inférieures en même temps à la température de combustion du combustible considéré. Grâce à une telle construction le parcours du combustible jus qu'à la grille de la chambre de post-combustion augmente pour une même longueur du canal d'éjection et, par conséquent, la durée de séjour du combustible dans le mélange air-gaz chauffé Jusqu'à la température de 4000 C augmente, ce qui favorise une évaporation complète d'une quantité plus élevée du combustible avant que ce dernier arrive sur la grille de la chambre de post-combustion. De plus, il se produit une augmentation de l'énergie de collision entre les particules de combustible et les particules de mélange air-gaz, étant donné que dans ce cas l'énergie est due à la collision des composants, tandis que dans les solutions connues cette énergie est due à la différence des énergies du combustible et du mélange air-gaz.L'énergie augmentée due à la collision des particules provoque un fractionnement encore plus fin des particules de combustible et, par conséquent, une réduction du temps nécessaire pour son évaporation complète. Par conséquent, dans la chambre de post-combustion parvient un mélange de combustion homogène. En fin de compte, tout cela permet d'empêcher le gauchissement de la grille et, par conséquent, rend le fonctionnement du générateur de gaz inertes plus sûr et prolonge la durée de son service. En outre, cela entraîne une amélioration du processus de combustion, augmente le rendement de combustion du combustible dans la chambre de post-combustion et, par conséquent, rend plus efficace le fonctionnement du générateur. Suivant une autre variante de réalisation de l'invention, le dispositif pour l'extinction des incendies est caractérisé par le fait, que ledit carter extérieur de la chambre de post-combustion à l'endroit d'amenée de l'eau de refroidissement est réalisé en forme de collecteur annulaire, tandis que dans sa cavité annulaire formée par la paroi de la chambre de post-combustion et son carter ex térieur sont disposées des cloisons longitudinales, formant des ca naux pour le passage de l'eau de refroidissement. Le perfectionnement précité permet de prolonger d'une manière considérable la durée de service du dispositif d'extinction des incendies et de rendre plus efficace son fonctionnement tout en assurant un meilleur refroidissement de la chambre de post-combustion. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples la Fig. 7 est une coupe longitudinale du dispositif pour l'ex- tinction des incendies réalisé avec un moteur à turbine à gaz, suivant l'invention; la Fig. 2 illustre une variante de construction du dispositif, suivant l'invention, pourvu a d'un collecteur d'alimentation en com- bustible avec des buses tournées à l'encontre du courant gazeux sortant du moteur; la Fig. 3 illustre encore une variante de réalisation du dispositif pour l'extinction des incendies, suivant l'invention (générateur de gaz inertes), qui est pourvu d'un système de refroidissement perfectionné de la chambre de post-combustion; la Fig. 4 est une section transversale de la chambre de postcombustion du dispositif représenté sur la Fig. 3. Le générateur comprend un moteur à réaction 1 (Fig. 1), un canal d'éjection 2, une chambre de post-combustion 3 pourvue d'une chemise d'eau 4 et d'un allumeur à flambeau 5, un système 6 d'alimentation en combustible et un système 7 d'amenée d'eau. La cavité 8 de l'allumeur 5 est reliée par l'intermédiaire d'un canal 9 à la partie à écoulement 10 du moteur à réaction 1 dans la zone de haute pression. Le générateur de gaz inerte fonctionne de la manière suivante. A partir du moteur à réaction t, les gaz d'échappement sont éjectés vers le canal d'éjection 2 et y sont mélangés avec l'air aspiré à partir du milieu ambiant. I1 en résulte la formation du mélange air-gaz dans lequel est injecté le combustible liquide, par exemple, du kérosène amené au moyen du système 6. Le combustible en pénétrant dans le mélange air-gaz s'évapore et se mêle au mélange précité. En conséquence, un mélange de combustion se forme et parvient ensuite dans la chambre de post-combustion 3. En mem temps une partie de l'air, comprimé au moyen du compresseur 11 du moteur à réaction, est entrarné depuis sa partie à écou liement 10 par l'intermédiaire du canal 9 arrive dans la cavité 8 de l'allumeur 5, dans laquelle elle est mélangée avec le combustible amené par les injecteurs de démarrage 12 en y formant le mélange de combustion. le mélange de combustion est allumé à l'aide d'une bougie d'allumage 13 et le jet de flamme formé est poussé à l'intérieur de la chambre de post-combustion 5 en allumant le mélange de combustion qui s' est formé dans cette chambre. Après l'allumage de la chambre de post-combustion l'amenée du combustible d'allumage aux injecteurs 12 des allumeurs 5 est arrêtée et le processus ultérieur de la combustion dans la chambre de postcombustion est maintenu par voie d'auto-inflammation. Le courant gazeux, en sortant de la chambre de post-combustion 3, est refroidi par l'eau amenée à travers les buses 15 à partir du collecteur 14. Au cours du refroidissement du courant, l'eau sséva- pore et le mélange vapeur-gaz formé est amené par les galeries minib- res ou les conduites de guidage au foyer d'incendie. De plus, il est à souligner que l'air provenant du compresseur du moteur à réaction est divisé en deux courants dont l'un est dirigé directement dans la chambre de combustion du moteur et le second est envoyé dans la partie à écoulement à partir de laquelle est réa- lisé-le prélèvement de l'air pur pour l'allumeur. Dans la cavité 2 se trouvant en amont de la grille il ne se produit que la préparation du mélange air-combustible à la combustion ladite préparation comprenant : le mélange du combustible avec le mélange air-gaz qui provient du moteur, à une température de 4000 C, le chauffage du combustible et son évaporation. le mélange air-combustible ainsi préparé parvient à travers la grille dans la chambre de post-combustion 3. Dans la zone de la chambre de post-combustion disposée immédiatement derrière la grille (en suivant la direction du courant) le mélange air-combustible s'enflamme au moyen du jet de flamme produit par l'allumeur 5. La grille de la chambre de post-combustion, servant de stabilisateur de flamme, sépare la zone de préparation du mélange aircombustible (cavité 2) de la zone de combustion (cavité 3). En conséquence, dans la cavité 2 disposée en amont de la grille la post-combustion n'a pas lieu. Suivant une des variantes de réalisation de l'invention, le générateur proposé comprend ledit moteur à réaction 1 (Fig. 2), un canal d'éjection 16 dans lequel est disposé un collecteur de combustible 17 avec des buses 18, une chambre de post-combustion 19 pourvue d'une grille 20 se trouvant à son entrée et d'une chemise d'eau 21 un collecteur 22 avec des buses 23 pour le refroidissement du courant gazeux, un système 24 d'alimentation en combustible et un système 25 d'alimentation en eau. Le générateur fonctionne de la manière suivante. Les gaz d'échappement du moteur à réaction 1 sont rejetés vers le canal d'éjection 16 où ils sont mélangés avec de l'air aspiré à partir du milieu ambiant. Il en résulte qu'il se forme un mélange air-gaz dans lequel à partir du collecteur 17, du combustible est injecté, à travers les buses 18, à l'encontre du mouvement du jet de gaz. Le combustible se disperse en se divisant en gouttelettes fines, s'évapore d'une manière intense et se mêle dans le canal d' éjection 16 ou le mélange air-gaz. I1 ei résulte la formation d'un mélange de combustion homogène qui parvient ensuite, à travers la grille 20, à l'intérieur de la chambre de post-combustion 19 où se réalise sa combustion. Le courant gazeux, en sortant de la chambre de post-combustion 3, est refroidi par l'eau amenée à partir des collecteurs 22 à travers les buses 23. Lors du refroidissement du courant, l'eau s'évapore et le mélange vapeur-gaz formé est envoyé-par les galeries minières ou par les conduites de guidage au foyer d'incendie. Afin de faire mieux comprendre la variante de réalisation de 1' invention précitée, il faut remarquer que dans le générateur de gaz inerte connu le combustible de travail est introduit dans le courant du mélange air-gaz en suivant la direction de son mouvement. Le mélange du combustible avec le mélange air-gaz dans les courants qui se déplacent dans la même direction, s'effectue d'une manière faible et le processus d'évaporation du combustible liquide sur un tronçon compris entre les injecteurs et la grille de la chambre de postcombustion n'a pas le temps de se terminer. La pénétration du combustible liquide sur la surface réchauffée de la grille de la chambre de post-combustion conduit à un gradient de temp*atures élevé de la grille précitée.Cela favorise l'apparition de tensions importantes qui provoquent le gauchissement et la fissuration de la gril le au cours de l'utilisation du générateur, ce qui rend son fonctionnement moins sûr et diminue la durée de son service. En outre, une partie du combustible liquide parvient à travers les perforations dans la zone de combustion, disposée en aval de la grille. Ceci conduit à la formation de zones locales trop riches, dans lesquelles la combustion se passe dans la région de diffusion et se distingue par une suite nette de processus (combustion par phases) comprenant : la mise à la température des particules de combustible, l'évaporation et la combustion des hydrocarbures légers et ensuite, des hydrocarbures lourds. C'est pourquoi lorsque le volume de la chambre de post-combus- tion est limité, le processus de combustion du combustible liquide n'a pas le temps de se terminer complètement et dans le mélange vapeur-gaz apparaissent les produits du combustible non brûlés ; CO, - 0,2 %; H2 - 0,1 %; CH4 - 0,2 %. La présence dans le mélange vapeur-gaz des composants inflammables rend l'extinction des incendies moins efficace, étant donné que le mélange vapeur-gaz est canalisé directement vers le foyer d'incendie. Dans le générateur proposé, les injecteurs du collecteur de combustible sont orientés à l'encontre du mouvement du mélange air-gaz (à contre-courant). Le degré de mélange du combustible avec le mélange air-gaz à contre-courant est considérablement plus élevé que le degré de mélange lorsque les courants sont dirigés dans le même sens. GrAce à l'intensification du processus de mélange, ainsi qu'au fractionnement des particules de combustible au cours de leur collision à contre-courant avec le mélange air-gaz, la vitesse de leurs chauffage et évaporation devient considérablement élevée. I1 est aussi à remarquer qu'à l'introduction du combustible dans le mélange air-gaz à contre-courant la longueur du parcours des particules de combustible de l'injecteur à la grille et la durée de son séjour dans le courant chaud (4000 C) du mélange air-gaz, le degré de chauffage et d'évaporation du combustible augmentent par rapport aux solutions techniques connues. Par tailleurs, la longueur du parcours des particules de combustible peut etre réglée en modifiant la pression du combustible sur les injecteurs. Ainsi, dans la chambre de post-combustion parvient à travers la grille, un mélange homogène du combustible vaporisé avec du com burant (mélange air-gaz), dans lequel l'accès de l'oxygène d'air à tous les éléments combustibles est libre. Ce n'est que dans ce cas que l'on arrive à obtenir une intensité maximale de la combustion dans un faible volume, caractérisée par un rendement élevé de combustion du combustible et par l'absence de produits non brayés. Au cours du fonctionnement du générateur proposé la teneur du mélange vapeur-gaz en CO est de 0,001 %, tandis que l'hydrogène et le méthane sont absolument absents. Grâce à cela l'efficacité de l'extinction est élevée. Les contraintes thermiques s'exerçant sur la grille de la chambre de postcombustion deviennent plus faibles étant donné que dans le courant incident il n'y a pas de gouttelettes de combustible liquide et, par conséquent, le fonctionnement du générateur devient plus sûr et la durée de son service augmente. Enfin, suivant encore une variante de réalisation de l'invention, le générateur proposé comprend un moteur à réaction 26 (Fig. 3 et 4), un canal d'éjection 27, une chambre de post-combustion 28 avec une chemise d'eau 29, un système 30 d'alimentation en combustible et un système 31 d'alimentation en eau. La chambre de post-combustion 28 est composée d'un tube à flamme et d'un carter extérieur 33 formant la cavité annulaire dans laquelle sont disposées des cloisons longitudinales 34. Â l'endroit de l'amenée de l'eau le carter extérieur 33 est réalisé en forme de collecteur annulaire 35. Lors du fonctionnement du générateur de gaz inerte précité 1' eau à partir du système 31 arrive à l'intérieur du collecteur annulaire 35 d'où elle passe par les canaux-36, formés par les cloisons longitudinales 34, le carter extérieur 33 et le tube à flamme 32 en refroidissant ce dernier. Revendications 1 - Dispositif pour l'extinction des incendies réalisé à base d'un moteur à turbine à gaz comprenant disposés successivement l'un après l'autre à la sortie dudit moteur, un canal d'éjection contenant un collecteur avec des buses d'amenée de combustible, une chambre de post-combustion avec un allumeur à flambeau relié à un système d'amenée d'air comprimé et un carter extérieur dans lequel est amenée l'eau de refroidissement, caractérisé en ce que la cavité (8) dudit allumeur à flambeau (5) de la chambre de post-combustion (3) est reliée au moyen d'un canal (9) à la partie à écoulement du moteur à turbine à gaz (1) dans la zone de haute pression, à partir de laquelle l'air comprimé pénètre à l'intérieur dudit allumeur du combustible, le collecteur (14) étant disposé de façon que ses buses (15) d'amenée de combustible soient trounées à l'encontre du courant de mélange air-gaz provenant de la sortie dudit moteur (1), tandis que le système d'amenée d'eau de refroidissement dans le carter extérieur (33) de la chambre de post-combustion précitée est pourvu de canaux longitudinaux passant le long de toute la surface extérieure de la chambre. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur (14) pourvu des buses (15) tournées à l'encontre du courant de mélange air-gaz est disposé dans la zone du canal d' éjection (2) dans laquelle les températures sont à peu près égales sur toute la longueur des jets du combustible amené qui sont soumises à l'action du courant gazeux, et sont inférieures en même temps aux températures de combustion du combustible considéré. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carter extérieur (33) de la chambre de post-combustion (28) à l'endroit d'amenée de l'eau de refroidissement est réalisé en forme de collecteur annulaire (35), tandis que dans sa cavité annulaire formée par la paroi de la chambre de post-combustion (28) et son carter extérieur (33) sont disposées des cloisons longitudinales (34) formant des canaux pour le passage de l'eau de refroidissement.