Brevet FR2292189A1 — publié le 19760618

a présente invention concerne des brûleurs desti- nés a' brûler un combu tible. Plus particulièrement, l''invention concerne la combustion d'un combusstible sous la forme do longs jets enflammés en forme de baguettes couvrant une graIlor'- distance au-d?là du brûleur et qui sont de petit diamètre. I1 y a de nombreux exemples dans lesquels il est souhaitable que la flamme produite par la combustion du combusti ble ait la forme de longs jets enflammés très rapides et de gran de énergie analogues à des baguettes ayant un petit diamètre et une très grande longueur. Ces flammes peuvent être très utiles dans des fours ou des brûleurs du type en éventail.Toutefois, les dispositifs antérieurs ntont pas produit de flamme d'une longueur convenable ou d'un diamètre suffisamment petit et d'une raideur ou orientation convenable du jet ou bien d'une énergie suffisante dans le sens de projection du combustible. Dans les dispositifs antérieurs, les flammes étaient généralement insta bles à cause de leur vitesse élevée et par suite du risque de soufflage de la flamme en raison de la grande vitesse de-projec tion du combustible. L'invention a principalement pour objet un brûleur d'un type pouvant être utilisé pour produire de longues flammes raides en forme de baguettes de petit diamètre pour la combustion d'un combustible projeté à grande vitesse. Un tel brûleur est entièrement stable meme si le diamètre de la flamme engendrée est réduit et si sa longueur est acre. Selon ses caractéristiques essentielles, l'invention concerne un brûleur présentant un orifice priz,cipal, dirigé axialement ou obliquement par rapport au tutie de combustible, qui, sous une pression convenable d'alimentation en combustible, crée un jet de combustible très rapide. Un tel jet de -combusti- ble ne peut être enflammé que de l'extérieur et, par conséquent, il conserve la mame forme lorsqu'il est enflamme.Par uite, il importe de produire un anneau de flamme stable continu autour du Jet de manière aue le eombustible de jet puisse être enflammé et que la combustion puisse se propager le long du jede combus tible. La flamme d'allumage est engendrée par une série de petits orifices secondaires dirigés obliquement vers l'extérieur de l'axe du tube suivant un angle de 45 à 60 ou plus. Ces petits jets sont convenablement mélangés avec l'air et allumés pour produire une flamme stable qui entoure entièrement le jet de combustible.Ainsi, au fur et à mesure que le jet sort de l'orifice principal et entraîne l'air le long de sa surface externe, le mé-- lange de combustible et d'air est allumé.et la flamme est stable étant donné que le combustible est continuellement allumé à la base du jet très puissant. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue par-dessus d'une forme de réalisation de l'invention la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure I la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 représente une vue par-dessus d'une autre forme de réalisation la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4 la figure 6 représente une troisième forme de réalisation la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6 les figures 8, 9 et 10 représentent trois formes de la flamme produite par les brûleurs des formes de réalisation représentées sur les figures 1, 2 et 3, les figures 4 et 5 et les figures 6 et 7 respectivement; et les figures 11 et 12 représentent encore une autre forme de réalisation de l'invention. la forme de réalisation préférée est représentée sur les figures 1, 2 et 3. La figure 1 est une vue en bout du brûleur désigné d'une façon générale par 10. La figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1, tandis que la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2. le brûleur comporte un tube 12 ayant une extrémité arrondie 22 et une ouverture principale axiale centrale 20 entourée par des orifices secondaires 21 par lesquels passe le combustible. Le combustible peut être un gaz ou un combustible liquide atomisé. Dans tous les-cas, la pression en amont des orifices de sortie est supérieure à la pression atmosphérique. La longueur de la flamme est à peu près proportionnelle à la racine carrée de la perte de charge à travers les orifices de sortie.Toutefois, le diamètre ae la flamme est sensiblement constant lorsque sa longueur est modifiée par une variation de la pression. il est possible d'utiliser toute pression en amont et une vitesse de sortie limite n'altère pas le rendement du brûleur. Une série d'orifices tertiaires plus petits 30,qui sont espacés circonférentiellement autour du tube au-dessous de son extrémité, débouchent dans un espace annulaire 15 compris entre le tube et un cylindre 14. Une série d'orifices 18 sont espacés circonférentiellement autour de la base 16 du cylindre 14. Le combustible passe généralement axialement dans l'espace 32 à l'intérieur du tube comme indiqué par des flèches 22'.La partie principale de ce combustible suit la trajectoire indiquée par des flèches 24 ppur sortir par les orifices principal et secondaires 20 et 21 généralement dans le sens de l'axe, comme indiqué par les flèches 25. -Une petite partie du combustible suit les flèches 23 et passe par les orifices tertiaires 30 dans l'espace annulaire 15 pour être déviée comme représenté. L'air situé à l'extérieur du tube 12 est aspiré dans l'espace annulaire 15 à travers les orifices 18, comme indiqué par les flèches 28. L'air et le gaz se mélangent dans l'espace annulaire et sont allumés par un moyen non représenté mais bien connu en pratique. Ce mélange produit une flamme stable continue, comme indiqué par les flèches 29, qui a pour fonction d'assurer l'inflammation du combustible sortant des orifices 20 et 21. Lorsque le jet de combustible qui, pour plus de commodité,sera désigné par combustible gazeux, sort des orifices 20 et 21 à grande vitesse, la pression régnant à la périphérie du jet gazeux est inférieure a Ta pression atr.phérique. T'air est aspiré radialcnent le long des côtés du jet pour se -mélanger avec la couche externe du combustible. De même, les jets enflam- més sortant de espace annulaire 15 autour de la colonne formée par le jet de combustible sont aspirés radialement vers l'intérieur et enflamment le combustible du jet et l'air se mélangeant avec lui.Ainsi, le jet très puissant est maintenant enflammé et l'allumage continu est maintenu au point de sortie du combustible et au-delà par la flamme stable engendrée par l'écoulement du combustible et du gaz à travers l'espace annulaire 15. Ainsi, en utilisant une pression suffisamment élevée du combustible dans l'espace 32 pour communiquer ainsi une vitesse suffisamment grande au jet sortant des orifices 20 et 21, on peut obtenir une flamme de grande longueur et de petite section, qui est maintenue continuellement à sa sortie du brûleur et dont la stabilité est améliorée par le mélange tertiaire gaz-air en 29. La forme de réalisation représentée sur les figures 1, 2 et 3 est préférée,étant donné que la flamme d'allumage indiquée par les flèches 29 est d'une grande efficacité. Lorsque la pression régnant dans le tube de combustible augmente, la vitesse de projection du jet augmente ainsi que la longueur de la flamme résultante, bien que le diamètre de cette dernière ne varie pas beaucoup. On va examiner maintenant la forme de réalisation des figures 4 et 5. Un tube 77 présentant une extrémité arrondie 38 comporte un grand orifice axial 40 par lequel le gaz sort comme indiqué en 46, dans le sens des flèches 48, à grande vitesse et le long de l'axe du tube. Plusieurs orifices secondaires plus petits 50 entourent l'orifice principal 40. Ces orifices sont inclinés suivant un angle A qui peut varier de 45 à 600. le gaz sortant par les petits orifices 50 dans le sens des flèches 45 est allumé à l'extérieur du tube et produit une flamme stable qui est utilisée, dans une forme de réalisation, pour enflammer continuellement le jet de combustible gazeux sortant à grande vitesse de l'orifice 40. le figures 6 et 7 représentent une légère modification qui est représentée par l-'utilisation d'une série de plus petits orifices principaux 52 présentant toutefois la meme surface globale que l'orifice 40. Dans ce cas de nouveau, le gaz sortant par les orifices secondaires 50 fournit le combustible nécessaire pour une flamme stable qui est utilisée pour allumer le jet de combustible très puissant qui sort continuellement. Les flammes produite par les brûleurs selon chacune des trois formes de réalisation sont représentées respectivement sur les figures 8, 9 et 10. La figure 8 représente la flamme que produit le brûleur des figures 1, 2 et 3 ,tandis que la figure 9 représente une flamme analogue produite par le brû- leur des figures 4 et 5. La figure 10 montre la flamme sortant du brûleur de la forme de réalisation des figures 6 et 7. D'une façon générale, la flamme 70 de la figure 10 est plus courte et plus large que les deux autres flammes à cause des orifices multiples 52. Ces orifices provoquent également une certaine aspiration d'air à l'intérieur de la flamme où la combustion se produit, ce qui développe une pression dirigée vers l'extérieur ayant tendance à élargir le jet et la flamme résultante.Par conséquent, la'flamme est plus courte et plus large. Sur les figures 6 et 7, les jets secondaires sortant des orifices 50 sont inclinés suivant un angle B qui est compris entre 45 et 600 et qui peut atteindre 900. Dans certains cas, on obtient une meilleure stabilisation en détournant une partie du gaz à travers des orifices transversaux ou tertiaires 30 dans l'espace annulaire 15 délimité par une chicane 14Ai L'air est aspiré dans l'espace 15 à travers les orifices 18 et, lors de l'allumage, il produit une flamme continue pour assurer la stabilité des flammes primaire et secondaire. La présente invention a principalement pour avantage de produire la configuration préférée de la flamme d'une manière stable lorsque le débit du combustible dans l'orifice atteint la vitesse sonique ou une vitesse critique. Il existe une vitesse sonique ou critique en cas d'écoulement dans des orifices lorsque la pression absolue en amont de l'orifice est double de la pression absolue régnant en aval de ce dernier. les vitesses d'écoulement peuvent être comprises entre 180 et plus de 1260 m à la seconde à l'état critique ou sonique selon la nature particulière du combustible. Etant donné que la vitesse minimale peut ainsi dépasser largement les vitesses spécifiées de propagation de la flamme, la présente invention offre un moyen remarquable pour engendrer des flammes de petit diamètre en forme de baguettes lorsque la vitesse initiale d'écoulement du combustible enflammé atteint celle du son et lorsqu'il se produit une combustion stable sur toute la longueur de la flamme. Les figures 1 à 7 représentent toutes les principaux orifices de sortie du gaz 20, 40 et 52, comme étant orientés le long de l'axe du tube 37 du brûleur. il est évident que le tube du brûleur peut être installé dans toute direction désirée pour diriger en conséquence la flamme dans la même direction. Les figures 11 et 12 représentent une variante du brûleur des figures 4 et 5. L'orifice principal 40 est incliné par rapport à l'axe du tube 37 du brûleur. Bien qu'on ait repré senté un angle d'inclinaison de 450, l'angle de l'orifice par rapport à l'axe du tube peut avoir toute valeur désirée comprise entre 0 et 600 ou plus. Les petits orifices 50 qui entourent l'orifice 40 occupent également une nouvelle position de manière à entourer l'orifice principal 40 et à être inclinés suivant un angle voulu (par exemple 450) par rapport à ce dernier. Bien qu'on ne l'ait pas décrit, la chicane 14 ou 14A précédemment indiquée peut s'adapter à la forme de réalisation des figures il et 12. Dans certains cas, il suffit d'une chicane semi-circulaire avoisinant le coté où la flamme sort. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au brûleur décrit sans sortir du cadre de l'invent ion. REX5n IChTIGrTS 1. Brûleur prcduisant une longue flamme de petit diamètre en forme de baguette, brûleur caractérisé en ce qu'il comporte un tube destiné à transporter le combustible à une pression supérieure à iz pression atmosphérique, au moins un orifice principal de sortie du combustible de surface déterminée à l'ex- trémité du tube, plusieurs orifices secondaires plus petits entourant 11 orifice principal et dirigés latéralement vers ltexté- rieur, plusieurs orifices tertiaires plus petits,ménagés en amont de l'orifice principal pour diriger une petite fraction du combustible total dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube, et une chicane déflectrice présentant une extrémité aval qui se trouve entre les orifices secondaires et tertiaires, ladite chicane délimitant un espace annulaire en regard des orifices tertiaires, et plusieurs orifices ménagés dans la chicane pour diriger l'air aspiré dans l'espace annulaire. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs orifices principaux ménagés symétriquement dans l'extrémité fermée du tube, la surface totale des divers orifices étant sensiblement égale à la surface déterminée. 3. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction dans laquelle les orifices principal et secondaires sont orientés, forme un angle de 450 à 900 avec l'axe du tube. 4. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie du tube est sensiblement hémisphérique.