Brevet FR2512694A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un dispositif de pulvérisation pour un liquidejnotamment destiné à un brûleur pour combustible liquide. On sait que la recherche d'économies d'énergie conduit à réduire la puissance des brtleurs associés aux appareils de chauffage. Les brûleurs à coupelle rotative habituelle- ment réservés aux fortes puissances sont cependant l'une des voies technologiques susceptibles de satisfaire aux faibles puissances calorifiques; de tels braleurs per- mettent en effet d'obtenir une excellente pulvérisation d'un combustible liquide au moyen d'une coupelle entralnée en rotation, le combustible étant introduit dans ou sur la coupelle, puis dispersé par la force centrifuge après glissement sur une surface de centrifugation de la cou- pelle. Il apparaît toutefois que la technique de la coupelle rotative a besoin d'être grandement améliorée pour être adaptée à la pulvérisation de faibles débits de combustible. En particulierla coupelle est de façon quasi générale entraînée mécaniquement par un arbre moteur ro- tatif monté sur au moins deux roulements Il en découle des problèmes d'équilibrage sensibles tant au passage de vitesses critiques qu'en régime établi à vitesse élevée. De plus, pour parvenir à'une excellente qualité de pul- vérisation sans accrottre à l'excès le diamètre de la coupelle, il est nécessaire d'augmenter fortement la vitesse de celle-ci Or, 1 'obtention de très grandes vi- tesses de rotation suppose de sérieuses complications si l'on a recours à des dispositifs d'entraînement classi- ques. Le but de la présente invention est notamment d'améliorer la qualité de pulvérisation d'un combustible liquide, au moyen d'un dispositif à coupelle rotative simple, peu onéreux et néanmoins adapté aux très grandes vitesses de rotation. A cet effet l'invention propose en combinai- son d'assurer un entraînement de la coupelle à très grande vitesse par l'air de combustion et de monter la coupelle sur un support fixe par l'intermédiaire de moyens de liaison autorisant lors de la rotation une auto-orientation de la coupelle sous l'effet conjugué des efforts statiques et dynamiques dus à sa propre masse, au combustible liquide et à l'air de combustion. La coupelle peut dès lors assurer une-pul- vérisation très fine, suivie dtune excellente dispersion du combustible liquide par l'air au point que, dans le cas oh le combustible est un mazout domestique, le dé- marrage du brûleur peut s'effectuer sans nécessiter de préchauffage L'équilibrage de la coupelle est satis- faisant depuis le repos jusqu'à une vitesse de régime élevée, par exemple'supérieure à 10 000 t/mn et comprise entre 10 000 et 60 000 t/mn, susceptible d'être ajustée voire modulée par le réglage de l'écoulement d 'air. Plus généralement, dans un dispositif de pul- vérisation pour un liquide, du type comportant: une coupelle montée à la rotation autour d'un axe fixe, cette coupelie présentant un axe et une surface de centrifugation du liquide, des moyens d'amenée de liquide sur la sur- face de centrifugation de la coupelle, des moyens d'entra nement de la coupelle en rotation, des moyens de soufflage d'un gaz dans un sens prédéterminé, parallèle à l'axe fixe, la présente invention propose un perfectionnement ca- ractérisé en ce que: 12694 les moyens d'entraînement comportent des ailettes solidaires de la coupelle et placées sur le passage obligé du gaz soufflé, de telle sorte que celui-ci provoque la rotation de la coupelle par action sur les ailettes, une butée limitant le mouvement de la coupelle par rapport au support dans le sens de soufflage, et en ce que la coupelle est montée sur le support fixe par l'intermédiaire de moyens de liaison autorisant un décalage de l'axe de la coupelle par rapport à l'axe fixe, pour autoriser lors de la rotation de la coupelle une auto-orientation de celle-ci sous l'effet conjugué des efforts dus à sa propre masse, au liquide et au gaz soufflé. Les moyens de liaison peuvent 8 tre constitués par un palier à rotule, annulaire ou de butée, disposé entre la coupelle et un bras rattaché au support fixe d'une manière rigide ou de préférence d'une manière élastique autorisant un débattement angulaire limité. Ce palier peut avantageusement constituer et/ou 9 tre complété par un palier fluide. Le liquide peut avantageusement être amené sous pression à la coupelle par un conduit disposé in- térieurement au bras ou extérieurement à celui-ci,autour de lui,et débouchant près du palier à rotule de façon à lubrifier celui-ci Il en résulte une excellente tenue du palier au prix d'tue fuite négligeable-de liquide, qui peut être ensuite recyclée vers la surface de cen- trifugation de la coupelle ou pulvérisée directement grâce à des dispositions appropriées. Un passage annulaire de combustible peut être prévu entre la coupelle, alors montée à coulissement le long du bras, et une butée solidaire du bras, limitant le coulissement de la coupelle dans le sens de soufflage la section du passage stajuste alors automatiquement du fait des efforts exercés sur la coupelle par l'air et le combustible. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un mode de mise en oeuvre non limitatif, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 représente schématiquement un br leur à coupelle rotative mettant en oeuvre l'in- vention. La figure 2 montre une vue, pour l'essentiel en coupe par un plan incluant l'axe de la coupelle et celui de son support fixe alors confondus, de l'ensemble du montage de la coupelle. La figure 3 montre une vue de la coupelle en coupe par le même plan. La figure 4 montre, en une vue analogue à celle de la figure 3, une variante de mise en oeuvre de l'invention. Le breleur à coupelle rotative 1 illustré par la figure 1 comprend un moteur 2 susceptible d'en- tra Iner d'une part un ventilateur 3 destiné à acheminer l'air comburant vers une chambre 4 et d'autre part une pompe 5 volumétrique à combustible liquide dont l'ad- mission est reliée à un réservoir 6 et le refoulement à un conduit 7 traversant la chambre 4 dans laquelle il est immobilisé par fixation sur un support 11. Le conduit 7 débouche sur ou dans la coupelle rotative 8 elle-m Lme située dans une chambre de combus- tion 9, à l'intérieur d'une t 8 te de combustion 16, et assemblée à un support fixe 11 qui définit un axe fixe autour duquel la coupelle peut tourner Dans la forme d'exécution des figures 1 à 3, le conduit 7 et les chambres 4 et 9 sont alignés selon l'axe 10, mais le conduit 7 peut bien entendu être non coaxial aux chambres. La coupelle 8 est de révolution autour d'un axe 10 a confondu sur les figures 1 à 3 avec l'axe 10, mais susceptible de se décaler par rapport-à celui-ci comme il apparaîtra plus loin. Le combustible liquide issu du conduit 7 est introduit sur une surface de centrifugation 12 de la coupelle d'o, lors d'une rotation de la coupelle au- tour de l'axe fixe 10, il est expulsé par la force cen- trifuge vers la chambre de combustion 9 par exemple en passant par des fentes 28 de la coupelle. Lorsque le ventilateur for 1 ctionne, l'air comburant se déplace de la chambre 4 vers la chambre 9 dans un sens prédéterminé 13, parallèlement à l'axe l Oetil se subdivise (figure 2) en un flux d'air primaire met- tant en rotation la coupelle 8 par action sur une tur- bine 14 ou un ensemble d'ailettes solidaire de la cou- pelle et en un flux d'air secondaire traversant des aubes ou des fentes 15 ménagées dans la tête de combus- tion 16. Le montage dela coupelle 8 ressort plus par- ticulièrement de la figure 3. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, la surface de centrifugation 12 de la coupelle est tournée vers l'aval si l'on se réfère au sens 13 e t comprend successivement, de l'amont vers l'aval et dans le-sens d'un éloignement par rapport à l'axe O 10 a, une partie tronconique 12 a qui reçoit le combustible pro- venant du conduit 7 via un passage régulateur de débit 27 qui sera décrit plus loin et une partie tronconique 12 b de plus grande ouverture; les fentes 28 débouchent à l'intérieur de la coupelle sur sa surface 12 b et à l'ex- térieur de la coupelle sur sa périphérie extérieure 29, tandis qu'une calotte 17 ferme la coupelle vers l'aval si l'on se réfère au sens 13 La surface de centrifu- gation peut bien entendu être agencée différemment comme le montre la figure 4; on peut également lui conférer une forme plane ou toroldale. Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 3, la coupelle est montée par l'intermédiaire d'un palier de liaison à rotule 18 sur un bras tubulaire 19 lié au support fixe 11. A cet effet, la coupelle présente intérieu- rement une face périphérique annulaire 18 a, de révolu- tion autour de l'axe O 10 a de la coupelle, et de profil arrondi convexe vers cet axe 10 a. Avantageusement, cette face 1 Sa de la cou- pelle 8 est définie par un élément 33 rapporté de façon solidaire à l'intérieur de celle-ci et réalisé en un matériau approprié, et par exemple un rubis horloger. Par cette face périphérique intérieure 18 a, la coupelle 8 repose sur la face périphérique exté- rieure 36, cylindrique de révolution autour d'un axe b, du bras tubulaire 19 raccordé au conduit fixe 7 par un manchon tubulaire 20 en matériau élastique qui, d'une part, assure une mise en communication, avec étanchéité vers l'extérieur, du conduit intérieur 39 du-bras 19 avec l'intérieur du conduit 7 de façon à permettre l'alimentation du bras 19 en combustible li- quide par l'intermédiaire du conduit 7, et d'autre part définit pour le bras 19 une orientation privilégiée dans laquelle son axe 10 b est confondu avec l'axe 10 (posi- tion illustrée aux figures) tout en permettant au bras 19 de prendre élastiquement toute position dans laquelle son axe 10 b est décalé angulairement par rapport à l'axe , dans des limites imposées par un manchon fixe 11 a du support 11 entourant le manchon 38 avec un jeu péri- phérique J. Ainsi, s'il apparaît un quelconque déséquilibre dans les efforts dus à l'air soufflé dans le sens 13, au combustible liquide introduit sur la face 12 de la coupelle 8 et le cas échéant dans cette coupelle elle- m 8 me lors de la rotation de celle-ci, la coupelle peut instantanément prendre, par le jeu élastique du manchon , une position dans laquelle l'axe l Cb du bras 19 qui lui sert de pivot est incliné par rapport à l'axe , la coïncidence entre les axes l Ob et 10 pouvant se rétablir d'elle-m 9 me dès que le déséquilibre disparaît. Le montage la coupelle 8 sur la face péri- phérique extérieure 36 du bras tubulaire 19 via sa face périphérique intérieure annulaire 18 a offre une autre possibilité de rattrapage instantané d'un déséquilibre en ce que, conformément à l'invention, le diamètre in- térieur minimal de cette face périphérique intérieure 18 a est supérieur à celui de la face périphérique ex- térieure 36 mais voisin de celui-ci; ainsi, la péri- phérie intérieure de la face 18 a est en tous points située à proximité immédiate de la face 36, mais avec un jeu permettant que la coupelle,8 prenne une position dans laquelle son axe 10 a est décalé angulairement par rapport à l'axe l Ob, lui-m me éventuellement décalé par rapport à l'axe 10, s'il apparaît un déséquilibre lors de la rotation de la coupelle; au repos, c'est-à-dire à l'arrêt de la coupelle, ou lorsqu'il ntapparalt aucun déséquilibre à la rotation de cette dernière, par contre, l'axe 10 a de la coupelle est sensiblement confondu avec - l'axe lob du bras 37 lui-rn Lme confondu avec l'axe fixe 10. j 30 Avantageusement, à cet effet, le centre de gravité G de la coupelle est situé sur l:axe 10 a dans un plan 35, orienté transversalement par rapport à ce dernier, correspondant au plus petit diamètre de la face périphérique intérieure 18 a de la coupelle. On notera que le montage qui vient d'être décrit auto- rise également un coulissement de la coupelle 8 sur le bras 19 parallèlement à l'axe l Ob de celui-ci. On notera également que le soufflage d'air dans le sens 13 tend à provoquer un tel coulissement dans ce sens, et il est prévu des moyens de butée s'opposant à ce coulissement. Dans l'exemple illustré à la figure 3 o le bras 19 est tubulaire et sert à l'alimentation de la face de centrifugation 12 de la coupelle 8 en combustible liquide, la butée est avantageusement constituée par un chapeau de renvoi 21 placé a l'intérieur du volume dé- fini par la face 12 et la calotte 17 et solidaire de l'extrémité 45 du bras tubulaire i 9 débouchant dans ce volume; enregard de cette extrémité 45, par laquelle le bras 19 déverse le combustible liquide dans le sens 13, le chapeau de renvoi 21 présente une paroi pleine 46, orientée transversalement par rapport à ltaxe 10 b et munie d'un rebord périphérique extérieur 47, de ré- volution autour de l'axe lob et tourné vers l'amont si l'on se réfère au sens 13; vers l'amont, le rebord 47 présente une face de butée 23, annulaire de révolution autour de l'axe 1 Oben regard d'une face annulaire de butée 18 b orientée transversalement par rapport à l'axe 10 Oa et tournée vers l'aval, que la coupelle présente à cet effet, ici sur l'élément rapporté 33;entre le rebord 47 et la face 36 du bras 19 sont aménagés des passages 22 pour le combustible liquide qui peut ainsi s'acheminer vers la face annulaire de butée 18 b de la coupelle 8, en sens inverse du sens 13, après avoir été dévié suc- cessivement par la paroi 46 et le rebord 47 à sa sortie du bras 19. 12694 Pour parvenir ensuite sur la face de centri- fugation 12 de la coupelle rotative 8, le combustible liquide amené par le bras 19 doit passer entre la face annulaire 23 du chapeau 4 hl et la face 18 b de la cou- pelle 8 et, ce faisant, il applique à la face 18 b et à l'ensemble de la coupelle une poussée orientée parallèlement à l'axe lob, en sens inverse du sens 13, ce qui tend à décoller la face 18 b de la face 23 pour former entre elles un passage 27 pour le combustible vers la face 12, en contrepartie de ltaction de l'air soufflé dans le sens 13, qui tend au contraire à plaquer la face 18 b contre la face 23. La coupelle rotative décrite fonctionne de la manière suivante: l'air de combustion soufflé dans 1.5 le sens 13 par le ventilateur traverse les ailettes 14 et met donc en rotation la coupelle 8 pour l'amener à une vitesse élevée, par exemple de l'ordre de 40 000 t/mn-, puis le combustible est amené à la coupelle par le con- duit 7 Le passage des vitesses critiques et le maintien en régime s'effectuent sans déséquilibre par suite du pivotement de la coupelle 8 sur le bras 19 grâce au- palier à rotule 18 et par suite de l'oscillation élas- tique du bras 19 relativement au support fixe 11 Le passage 27 tendant à se refermer sous ltaction de l'é- coulement d'air et à s'ouvrir sous l'action de l'écou- lement de combustible sortant du conduit 7, il s'établit entre la face i Sa de la coupelle et la face de butée 23 une pellicule de combustible, régulée par les pressions antagonistes de l'air et du combustible La variation de vitesse de la coupelle et la modulation de la puis- sance de combustion s'obtiennent par la commande appro- priée des écoulements d'air et de combustible au moyen du ré 6 lage ou de la régulation du moteur 2 Le combustible ainsi parvenu à la surface de centrifugation 12 est expulsé vers la chambre de combustion 9 o il est dispersé dans le flux d'air. Une très faible partie du combustible sor- tant des orifices 22 lubrifie le palier 18 en s'ache- minant vers l'aval entre les faces 1 Sa et 36, puis est reprise par des canaux non dessinés prévus dans la coupelle 8 pour être ramenée à la chambre de combustion 9 Le reste du combustible passe par l'interstice an- nulaire 27 entre la surface de butée non tournante 23 et la surface de butée tournante 18 b du palier 18 pour constituer une butée fluide et être distribué sur la surface de centrifugation 12. Lorsque le soufflage d'air et l'admission de combustiblecessent,l'ensemble revient à sa position initiale, de préférence avec retour de la face 18 b de coupelle contre la face de butée 23; ce retour peut steffectuer à l'aide de moyens magnétiques ou élastiques complémentaires. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la coupelle 48, portant des ailettes 49 analogues aux ailettes 14,est montée, par l'intermédiaire d'un palier à rotule 50 analogue au palier 18 de liaison à rotule de la coupelle 8 des figures précédentes avec le bras 19, sur un bras élastique souple 51, par exemple du-type corde à piano, fixé par une queue recourbée 5 la à un support fixe 52 analogue au support 11; ce bras 51 porte à son extrémité libre 51 b une butée annulaire 53 présentant vers l'amont, si l'on se réfère à un sens prédéterminé 54 de soufflage d'air de combustion une face annulaire 54 de butée pour une face annulaire 56 de butée que la coupelle 48 présente en regard,vers l'aval. De forme tubulaire, le support fixe 52 con- tient le bras souple 51 en définissant autour de lui un conduit 57 d'amenée de combustible L'élasticité du bras 51 définit un état privilégié dans lequel le bras 51 présente un axe 58 coïncidant avec un axe fixe 59 du support fixe 52, axe 59 auquel est parallèle le sens de soufflage 54 (position illustrée à la figure 4), et permet au bras de prendre élastiquement des flèches par rapport à cet état privilégié Le support 52 pré- sente à son extrémité située vers la coupelle 48 en amont du palier à rotule 50 un ajutage 60 servant à délivrer le combustible à la coupelle 48 et à limiter le débattement angulaire du bras 51 grâce au jeu Jt existant entre les deux pièces Le combustible sortant de l'ajutage 60 parvient à la surface de centrifugation 61, placée en aval du palier à rotule 50, via des canaux ou des fentes 62 ménagés dans la coupelle et présentant toute forme appropriée; une partie du combustible tra- verse le palier 50 autour du bras 51 puis entre les faces de butée 55 et 56 avant de parvenir à la surface de centrifugation. Dans une variante non dessinée, le palier à rotule est un palier de butée et la coupelle est montée en toupie sur l'extrémité libre du bras 19 ou 24 au moyen du palier de butée tout en restant maintenue sur cette extrémité par coopération magnétique entre la coupelle et le bras Cette coopération magnétique s'ob- tient par la disposition d'un aimant permanent sur la coupelle (sur le bras) pour Attirer sans contact le bras (la coupelle). Les modes de réalisation décrits et représentés ne constituent que des exemples non limitatifs et l'eon ne sort pas du cadre de l'invention en adoptant diverses variantes notamment en ce qui concerne le montage os- cillant de la coupelle. REVENDICATI O NS 1 Dispositif de pulvérisation pour un liquide, notamment destiné à un brûleur pour combustible liquide, et comportant: -une coupelle montée à la rotation autour d'un axe fixe, cette coupelle présentant un axe et une surface de centrifugation du liquide, des moyens d'amenée de liquide surla sur- face de centrifugation de la coupelle, des moyens d'entra nement de la coupelle en rotation, des moyens de soufflage d'un gaz dans un sens prédéterminé parallèle à l'axe fixe, caractérisé en ce que: les moyens d'entraînement comportent des ailettes ( 14; 49) solidaires de la coupelle ( 8; 48) et placées sur le passage obligé du gaz soufflé ( 13; 54) de telle sorte que celui-ci provoque la rotation de la coupelle ( 8; 48) par action sur les ailettes ( 14; 49), une butée ( 23, 18 b; 55, 56) limitant le mouvement de la coupelle ( 8; 48) par rapport au support ( 11; 52) dans le sens de soufflage ( 13; 54), et en ce que la coupelle ( 8; 48) estumntée sur le support fixe ( 11; 52) par l'intermédiaire de moyens de liaison ( 33, 19, 20; 50, 51) autorisant un décalage -25 de l'axe ( 10 a) de la coupelle ( 8; 48) par rapport à ltaxe fixe ( 10; 59), pour autoriser lors de la rotation de la coupelle ( 8; 48) une auto- orientation de celle-ci sous l'effet conjugué des efforts dus à sa propre masse, au liquide, et au gaz soufflé. 2 Dispositif selon la revendication 1, pour un brtleur à combustible liquide, caractérisé en ce que le gaz soufflé est de l Vair de combustion. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la coupelle ( 8; 48) est supérieure à 10.000 t/mn. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent un bras ( 19; 51) porté par le support ( 11; 52) et présentant un axe ( 1 Ob; 58) coin- cidant avec l'axe fixe ( 10; 59), et un palier ( 33; 50) de liaison à rotule de la coupelle ( 8; 48) avec le bras ( 19; 51), autorisant une coïncidence ou un décalage angulaire de l'axe ( 10 a) de la coupelle ( 8; 48) par rapport à celui (lob; 39) du bras ( 19; 51). Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le bras ( 19) est relié au support ( 11) par des moyens élastiques ( 20) définissant une position privilégiée dans laquelle l'axe (lob) du bras ( 19) coïncide avec ledit axe fixe ( 10), et permettant au bras ( 19) de prendre élastiquement des positions dans lesquelles son axe (lob) est décalé angulairement par rapport à l'axe fixe ( 10). 6 Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le bras ( 51) présente une élasticité définissant un état privilégié dans lequel il présente un axe ( 58) coïncidant avec l'axe fixe ( 59), et permet- tant au bras ( 51) de prendre élastiquement des flèches par rapport à cet état privilégié. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide comportent un conduit ( 39) intérieur au bras ( 19) et débouchant vers la surface de centrifu- gation ( 12). 8 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide comportent un conduit ( 57) disposé autour du bras ( -51) et débouchant vers la surface de centrifugation ( 61). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire circuler dans le palier à rotule ( 33; 50) du liquide amené par ledit conduit ( 39; 57) et lubrifier ce palier ( 33; 5 C). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la coupelle ( 8; 48) est montée à coulissement le long du bras ( 19; 51) et en ce que le conduit ( 39; 57) débouche vers la surface de centrifugation ( 12; 61) par l'intermédiaire d'un passage annulaire ( 27; 55, 56) de combustible entre une surface annulaire de butée ( 23; 56) solidaire du bras ( 19; 51) , et une surface annulaire complémentaire ( 18 b; 55) portée par la coupelle ( 8; 48), située en amont de la surface de butée ( 23; 56) du bras ( 19; 51) si l'on se réfère au sens prédéterminé de soufflage ( 13 N 54), de telle sorte que la section de passage s'ajuste du fait des efforts exercés sur la coupelle ( 8; 48) par le gaz et le liquide. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le palier de liaison à rotule ( 33; 50) comporte une face péri- phérique extérieure annulaire ( 36) du bras ( 19; 51) et une face périphérique intérieure annulaire ( 18 a) de la coupelle ( 8; 48), l'une ( 18 a) desdites faces pré- sentant vers l'autre ( 36) un profil convexe. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite face ( 18 a) présentant un profil convexe est la face périphérique intérieure ( 18 a) de la coupelle ( 8; 48), en ce que cette face ( 18 a) pré- sente un plus petit diamètre dans un plan ( 35) perpen- diculaire à l'axe ( 10 a) de la coupelle ( 8; 48), et en ce que le centre de gravité G de celle-ci est situé à l'intersection de ce plan ( 35) avec l'axe ( 10 a) de la coupelle ( 8; 48)