Brevet FR2354144A1 — publié le 19780106

L'invention concerne les injecteurs, souvent dits trompes, employés dans les broyeurs à jets, les appareils à sabler et à grenailler, les équipements de transport pneumatique et hydraulique, les canons pneumatiques, les pulvérisateurs, les réacteurs, les sdchoirs et d'autres dispositifs à jets assurant le broyage, le brassage, le transport de matériaux, le nettoyage de la surface des pièces et d'autres opérations, L'invention peut autre appliquée dans toutes les branches de l'industrie utilisant les dispositifs indiqués (génie civil, matériaux de construction, extraction des minéraux, travail des métaux, métallurgie, chimie, produits alimentaires). On connaît un injecteur comprenant une chambre dans laquelle le matériau qui y est admis se mélange à un fluide moteur (gaz ou liquide) sortant en surpression d'une tuyère montée dans la chambre, et un tute d'accélération adjacent à la chambre du c8té opposé à la tuyère, dans lequel le matériau véhiculé acquiert la vitesse nécessaire. te principal inconvénient de l'injecteur connu en ce que le matériau devant étre déplacé par l'injecteur arrive par écoulement libre, sans charge, dans le jet de fluide moteur issu de la tuyère, y compris le cas ou lue matériau arrive avec une faible intensité, par gravité, en tombant d'une certaine hauteur. Dans de tel dispositifs, la faible concentration du matériau dans le fluide moteur admis dans l'injecteur ne permet pas d'utiliser plus de 30% de 11 énergie cinétique du fluide moteur pour véhiculer et accélérer les particules de matériau dans le tube d'accélération. Le but de l'invention est de supprimer l'inconvénient indiqué. On s'est donc proposé de créer un injecteur dont la conception assurerait l'utilisation d'une bien plus grande partie de l'énergie cinétique du fluide moteur admis, c'est-àdire qui permettrait d' introduire dans un mEme volume de fluide moteur sortant de la tuyère et arrivant dans la chambre de l'injecteur, une quantité bien plus grande de matériau devant être déplacé par l'injecteur. La solution consiste en ce que, dans un injecteur pour appareils à jets, du typecomprenant une chambre pour le mélange du materiau à vé'-iculer avec un fluide moteur arrivant en surpression dans cette chambre, et un tube d'accélération adjacent à ladite chambre pour en évacuer à une vitesse déterminée le matériau vehiculé, d'après l'invention le dispositif d'admission du fluide moteur en surpression est constitue par au moins deux tuyères débouchant dans ladite chambre de telle fanon que les veines de fluide moteur qu'elles engendrent agissent l'une sur l'autre dans ladite chambre. I1 est avantageux que les veines de fluide moteur issues des tuyères soient orthogonales. Suivant l'une des variantes de réalisation de l'invention les axes des tuyères ont une même direction et les veines de fluide moteur qui en sortent agissent l'une sur l'autre au cours de leur mouvement dans cette même direction. Suivant une autre variante, l'injecteur comporte trois tuyères situées à des niveaux différentes suivant la hauteur de la chambre, les axes de la tuyères supérieure et de la tuyère médiane étant parallèles entre eux, et l'axe de la tuyère inférieure étant incliné sous un angle aigu par rapport aux axes des deux autres tuyères, vers l'admission du matériau. L'idée essentielle de l'invention consiste en ce qui suit. Dans l'injecteur, le fluide moteur est introduit dans la chambre par au moins deux tuyères de sorte que l'introduction des particules de matériau dans la chambre s'effectue sous charge dynamique et statique, vu que les veines de fluide moteur issues des tuyères sont orthogonales. De la sorte, il devient possible d'introduire dans le volume de fluide moteur sortant de la tuyère, pendant l'unité de temps, un volume bien plus grand de matériau a véhiculer que dans les injecteurs connus, c'est-à-dire de diminuer la consommation spécifique de fluide moteur pourte déplacement du matériau. Grâce à l'augmentation de la concentration du matériau dans le tube d'accélération, la tralnée des particules du matériau dans l'écoulement de fluide moteur augmente et l'effet de piston exercé sur les particules devient plus marqué. Il s'ensuit une diminution du parcours nécessaire à l'éccélération des particules jusqu' la vitesse maximale, c'est-à-dire une réduction de la logeur du tube d'accélération et, par conséquent, une réduction de la longueur du dispositif dont l'injecteur est l'un des organes.Dans les broyeurs à jets, par exemple, cette dernière circonstance se traduit par une réduction de la longueur des conduites servant à ramener la grosse fraction du séparateur aux injecteurs, longueur qui est déterminée de manière à assurer les conditions d'écoulement libre de la grosse fraction vers les injecteurs, et par une réduction de la hauteur du tube raccordant au séparateur la zone de broyage équipée desdits injecteurs. En définitive on obtient une réduction de la longueur et de la hauteur du broyeur à jets ainsi que de son poids, la hauteur du transport pneumatique du matériau broyé vers le séparateur diminue et, par conséquent, les dépenses d'énergie pour ce transport diminuent elles aussi. La diminution de la longueur d'accélération des particules, avec le raccourcissement correspondant des tubes d'accélération, se traduit par unraccourcissementde la zone devant étire garnie de matériau résistant à l'abrasion, don g e prix est élevé, par une diminution de l'usure spécifique par abrasion de ce garnissage (c'est-à-dire de l'usure massique par unité de produit) et par une diminution de la pollution du produit sortant de l'injecteur par le matériau arraché au garnissage. Gracie à tout ce qui vient autre exposé, la consommation de fluide moteur et, en conséquence, les frais qui s'ensuivent diminuent de 10 à 30%, les frais d'exploitation de l'injecteur, par exemple en cas d'injection pneumatique d'un matériau dans une enceinte quelconque (notamment en cas de transport pneumatirue), diminuent eux aussi de 10 à 3000 ; en cas d'utilisation de l'injecteur conforme à l'invention dans les broyeurs à jets, les frais d'exploitation de ces broyeurs diminuent de 15 à 40, l'usure du garnissage résistant à l'usure diminue de 10 à 25%, le volume des travaux de construction des locaux pour l'installation des broyeurs diminue lui aussi. Pour mieux expliquer la substance de l'invention, celle-ci va maintenant être décrite à l'aide d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs de l'injecteur proposé, illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un injecteur pour broyeur à jets, dans lequel l'admission du fluide moteur s'effectue par deux tuyères dont les jets sont orthogonaux (coupe longitudinale) - la figure 2 représente un injecteur pour le méme usage, dans lequel l'admission du fluide moteur s'effectue par trois tuyères dont les jets sont orientés vers un meme côté. Les injecteurs représentés par les dessins sont destinés aux broyeurs à jets réduisant un matériau abrasif, par exemple du sable, par attrition. L'accélération des particules est assurée par des injecteurs en opposition. Le fluide moteur est de la vapeur surchauffée sous une pression absolue de 8 atm. L'injecteur (figure 1) se compose d'une chambre 1 dans laquelle débouche une tuyère 2, d'une tube d'accélération 3 dont l'axe longitudinal coincide avec l'axe de la tuyère 2, d'une tubulure 4 et d'une tuyère 2' orientée transversalement, au jet de fluide moteur issu de la tuyère 2. La tuyère 2 est destinée à introduire le fluide moteur (la vapeur) dans l'injecteur et à engendrer le jet moteur de l'injecteur. Dans la chambre 1 le sable se mélange à la vapeur surchauffée qui l'entraRne dans le tube d'accélération 3. Dans le tube d'accélération 3, les particules de sable admises dans la chambre 1 à travers la tubulure 4 sont accélérées.La tuyère 2 est montée de telle façon que son jet auxiliaire réglable de vapeur motrice, ou bien d'air, de vapeur détendue, d'eau ou d'un autre gaz ou liquide auxiliaire aspiré par l'injecteur, ait une direction assurant l'accélération préliminaire des particules de sable et leur injection énergique et intensive dans le jet de vapeur motrice. les veines de fluide moteur issues des tuyères 2 et 2' peuvent être orthogonales, ou bien, si les axes de ces tuyères ont une même direction, les veines de fluide moteur agissent l'une sur l'autre pendant leur mouvement dans cette même direction. L'injecteur proposé représenté sur la figure 1 fonctionne comme suit. Le sable dont les particules doivent être accélérées par l'injecteur arrive dans la chambre 1 par la tubulure 4. Les particules de sable arrivées dans la chambre 1 sont entrainées par le et de vapeur issu de la tuyère 2 et arrivent dans le tube d'accélération 3. Le même jet de vapeur motrice, qui est l'élément actif de l'injecteur, accélère les particules dans le tu' è leur rencontre par l'injecteur en opposition. L'exparsion du jet de fluide moteur après sa sortie de la tuyère 2 fait apparaître une dépression dans la chambre 1. Cela permet de faire passer à travers la tuyère 2', par exemple, l'air atmosphérique ambiant. Le jet d'air qui sort alors de la tuyère 2' accélère les particules de sable dans la tubulure 4 et la chambre 1 et les fait entrer de force dans le jet de vapeur en expansion issu de la tuyère 2. De la sorte, la concentration du sable augi^ente, dans le jet de fluide moteur. Si l'énergie du jet d'air aspiré est insuffisante pour assurer une injection efficace du sable dans le fluide moteur, ou si la différence de température du fluide moteur et de l'air ne permet de recourir à ce dernier, on admet à travers la tuyère 2' le fluide moteur chaud détendu, ou bien de l'air préchauffé, ou bien le même fluide moteur qu'à la tuyère 2. Dans des conditions opératoires déterminées, par exemple quand des opérations technologiques sont conjuguées au broyage par jets, quand la température du fluide moteur est élevée, etc., on peut admettre à travers la tuyère 2' de l'eau froide ou chaude, ou bien un autre liquide ou un réactif chimique. L'injecteur représenté en figure 2 se compose dés mêmes éléments que ceux de l'injecteur représenté en figure 1, mais la disposition de ces éléments et, en conséquence, la concep- tion sont quelcue peu modifiées et complétées. L'injecteur se compose d'une chambre 1, de trois tuyères 2, 2, 2" situées à des niveaux différents suivant la hauteur de la chambre 1, d'un tube d'accélération 3, d'une tubulure 4, de chambres de distribution 6 et 7 et de tubulures 8 et 9 raccordées à ces chambres. Les tuyères 2, 2', 2" sont destinées à diriger les jets de fluide moteur (air,eau ou autre gaz ou liquide auxiliaire, selon les conditions locales) dans la chambre 1, dans une meme direction. Les axes de la tuyère supérieure 2' et de la tuyère médiane 2 sont para'lles entre eux, tandis que l'axe de la tuyère inférieure 2" est incliné sous un angle aigu par rapport aux axes des tuyères 2 et 2', vers l'admission du matériau. Les chambres de distribution 6 et 7 sont destinées à amener ledit fluide auxiliaire aux tuyères 2', 2", leur alimentation en fluide étant assurée à travers les tubulures 8 et . L'injecteur représenté en figure 2 fonctionne de la fanon su vante Le sable arrive dans la chambre 1 par la tubulure 4. es particules sont entraînées par le jet de vapeur issu de la tuyère 2 et vont au tube d'accélération 3, où le m8me jet les accélère. A la fin du tube d'accélération 3 les particules acquièrent la vitesse quElles doivent avoir à leur arrivée dans la chambre du broyeur à jets. Sous l'action de la charge ou bien par suite de la dépression qui apparaît dans la chambre 1 pendant le fonctionnement de la tuyère 2, des jets d'air ou de vapeur guide moteur) sortent des tuyères 2' et 2" dans la chambre 1. Sous l'effet de ces jets, les particules de sable arrivant par la tubulure 4 pénrtrent de force dans le jet de fluide moteur en expansion issu de la tuyère 2. il s'ensuit que la concentration du matériau à broyer augmente dans le tube d'accélération 3 de 15 à 40ç0 par rapport à sa concentration ordinaire. En outre, un dispositif d'admission du fluide moteur fonctionnant comme cela vient d'être décrit, supprime les pertes dues aux frottements cui apparaissent entre les particules de sable déposées dans la chambre 1 lors de leur déplacement vers le tube d'accélération 3, car en l'absence des tuyères 2 et 2', une partie importante du sable se dépose sur le fond de la chambre 1, L'air ou la vapeur arrive dans les tuyères 2' et 2" à travers les chambres de distribution 6 et 7 et les tubulures d'alimentation 8 et 9. L'efficacité de l'application de l'injecteur proposé résulte, comme on l'a indiqué plus haut, de la diminution de la consommation totale de fluide moteur de 10 à 40 et de l'usure du garnissage des tubes d'accélération de 10 à 25, de la réduction de l'encombrement et du poids des -injecteurs, ainsi que de la diminution des dimensions des locaux destinés à l'équipement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICAtIONS 1. Injecteur pour appareils à jets, du type comprenant une chambre pour le mélange d'un matériau à traiter avec un fluide moteur ou porteur d'énergie arrivant sous surpression dans cette chambre, et un tube d'accélération adjacent à ladite chambre et servant à évacuer de celle-ci ledit matériau à une vitesse prédéterminée, caractérisé en ce que le dispositif d'admission du fluide moteur sous surpression est constitué par au moins deux tuyères débouchant dans ladite chambre de telle façon que les veines de fluide moteur qu'elles engendrent agissent l'une sur l'autre dans ladite chambre. 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les veines de fluide moteur issues des tuyères sont orthogonales. 3. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes des tuyères ont une même direction et que les veines de fluide moteur qui en sortent agissent l'une sur l'autre pendant leur mouvement dans cette même direction. 4. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce ru'il comporte trois tuyères situées à différents niveaux de la hauteur de la chambre, les axes de la tuyère supérieure et de la tuyère médiane étant parallèles entre eux, et l'axe de la tuyère inférieure étant incliné, par rapport aux axes des deux autres tuyères, sous un angle aigu dont le sommet est orienté dans le sens de l'admission du matériau.