Brevet FR2584953A1 — publié le 19870123

La présente invention concerne une buse de souf- flage à grande vitesse pour un canon & gaz comprimé. Elle concerne plus particulièrement une buse de souf- flage à grande vitesse perfectionnée pour canon à air, un tel canon pouvant servir à éliminer les incrustations ou bouchons de matières pulvérulentes qui adhèrent dans des conduites, en particulier dans ou sur les faisceaux tubulaires des échangeurs de chaleur, ou encore à déta- cher les dépôts de matières de ce genre qui se forment dans les trémies, sur les goulottes, dans les cyclones ou préchauffeurs verticaux, en particulier dans les ins- tallations à fours tubulaires tournants pour cimenteries, avant que les couches déposées n'aient atteint une épaisseur capable d'obstruer ces installations. Les canons à gaz comprimé ou à air comprimé ont des réservoirs de gaz comprimé ou d'air comprimé d'une contenance habituellement comprise entre 2 et 500 1. Ces canons à gaz comprimé ou canons à air comportant une valve de soufflage de grande section et capable de d0 s'ouvrir extrgmeminent rapidement, à la jonction entre le réservoir de gaz comprimé et le tube de buse raccordant la tête de la buse. L'effet de nettoyage qui est obtenu avec un canon à gaz comprimé repose essentiellement sur la production d'une onde de pression présentant des fronts extrêmement raides, et l'expérience montre que -2- 2584953 le volume de gaz comprimé qui se détend ne joue qu'un r8le secondaire pour le nettoyage. L'extrémité de souf- flage de la buse de soufflage à haute vitesse d'un canon à gaz comprimé est disposée dans les régions d'une ins- tallation de four tubulaire tournant de cimenteries dans lesquelles on doit s'attendre à ce qu'il se forme les dépôts les plus forts. Grace à une construction spéciale de la valve de soufflage, le canon à gaz comprimé libère la section du tube de la buse pendant un temps de quel- ques millisecondes lorsque la valve est actionnée, de sorte que le gaz comprimé peut se propager avec une vi- tesse proche de la vitesse du son. Sous l'effet de la détente explosive du gaz comprimé, il s'établit une impulsion de pression entre la paroi de l'installation et le dép8t ou l'incrustation formé sur la paroi. Lors- que la conduite de soufflage débouche directement sur la paroi recouverte d'une épaisse couche de matière, l'impulsion de pression détache l'incrustation dans une région pouvant s'étendre jusqu'à trois mètres, selon 1 'épaisseur de l'incrustation. La région qui est débar- rassée des incrustations par le soufflage est d'autant plus grande que le dép8t est plus épais. C'est pourquoi, habituellement on ne procède à l'élimination du dép8t par soufflage que lorsque son épaisseur excède une va- leur admissible. Dans le cas de dép8ts de faible épais- seur, on obtient un effet de nettoyage particulièrement bon lorsque le choc d'air est orienté à peu près perpen- diculairement vers la surface à nettoyer ou encore tan- gentiellement à la surface à nettoyer. Habituellement, on utilise des buses de souf- flage qui sont constituées par un tube de buse possé- dant une section constante sur toute la longueur du tube. Une telle buse est certes appropriée pour nettoyer les dép8ts difficiles à éliminer mais la surface netto- yée est relativement petite. ES84953 Par ailleurs, pour le nettoyage tangentiel, on utilise, en combinaison avec le canon à gaz comprimé, une buse de soufflage dite en éventail qui présente une aire de section sensiblement constante dans toutes ses sections transversales. La tête de la buse de soufflage en éventail présente une largeur intérieure qui croit dans un plan de la buse vers l'extrémité de soufflage tandis que, dans le plan perpendiculaire au premier, la largeur de la buse décroit jusqu'à former une fente étroite. Le raccordement entre la tête de la buse et le tube de la buse dans les deux plans précités possède un rayon de courbure relativement petit. Avec une buse de soufflage en éventail de ce genre, on peut certes débarrasser une surface relativement grande des incrusta- tions en soufflant à peu près parallèlement à cette sur- face, mais une telle buse ne donne pas de bons résultats dans le cs du soufflage perpendiculaire de dépôts de grande surface. Une autre buse qui est comparable à la buse de soufflage en éventail en ce qui concerne ses propriétés et qui a déjà été utilisée, est une buse à fente annu- laire possédant une symétrie de révolution, et qui com- prend un entonnoir, qui s'élargit vers l'extrémité de soufflage, et contient un noyau conique. Comparativement à cet état de la technique, la présente invention a pour but de réaliser une buse de soufflage à grande vitesse pour canon à gaz comprimé, du type comprenant une tête de buse et un tube de buse qui s'étend du canon à gaz comprimé à la tête de buse, et qui présente une section sensiblement constante du canon à gaz comprimé jusqu'à la ttea de buse, l'aire de section libre de la tête de buse croissant continuel- lement du tube de la buse à l'extrémité de soufflage de la tête de la buse, et qui soit adaptée de telle manière j5 que l'effet de soufflage reste sensiblement non affaibli -4- lorsque la surface à nettoyer s'agrandit. Dans une buse de soufflage à grande vitesse du genre considéré, ce problème est résolu par le fait que la tête de la buse se raccorde progressivement au tube de la buse avec un rayon de courbure qui est supé- rieur au rayon du tube de la buse. Contrairement à ce qui passe dans les buses à grande vitesse déjà connues, lesquelles travaillent avec un débit de gaz comprimé invariable, dans une buse de soufflage à grande vitesse de ce genre, il se produit principalement des phénomènes dynamiques. Ceci s'explique par le fait que ce sont surtout des phénomènes dynami- ques de variation de pression qui contribuent à l'effet de nettoyage, tandis que les conditions d'écoulement statique ne jouent en fait qu'un rôle secondaire. Des expériences empiriques ont montré que, dans le mode de travail statique de la buse à grande vitesse, le rayon de courbure du raccordement entre le tube de buse à section constante et la tête proprement dite de la buse qui pouvait sembler sans importance joue en réalité un rôle décisif pour les applications au nettoyage. avec une configuration conforme à l'invention du raccordement entre la tête de la buse et le tube de la buse, on conti- nue à obtenir le très bon effet de nettoyage pour la buse tubulaire, même lorsque la surface à nettoyer de- vient supérieure à la surface qui serait nettoyée avec une buse tubulaire classique. On peut ainsi éliminer les dépôts ou incrustations difficiles à détacher, avec un nombre de buses réduit comparativement à la surface in- crustée. L'angle d'ouverture de la tête de buse est de préférence d'environ 12 à 15 , pour réunir les avantages d'une grande surface de nettoyage et d'une forte impul- sion de nettoyage, mais on obtient également de bons ré- sultats avec des angles d'ouverture compris entre 5 et -5- Selon-une autre caractéristique de l'invention, la tête de buse possède une largeur qui croît conti- nuellement jusqu'à l'extrémité de soufflage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de la buse présente un premier sens de la cour- bure en partant du tube de la buse et en se dirigeant vers l'extrémité de soufflage, tandis qu'à la suite de la région qui présente le premier sens de courbure, elle se prolonge en direction de son extrémité de soufflage, avec un deuxième sens de courbure, inverse du premier sens de courbure, et avec une aire de section libre qui croît continuellement jusqu'à l'extrémité de soufflage. Ces perfectionnements de la tête de buse permet- tent de produire une onde de pression représentant une montée particulièrement rapide de la pression. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de buse est d'une configuration possédant une symétrie de révolution. Avec cette configuration de la tête de buse, on peut produire une onde de pression pos- sédant un front d'onde très plat, et qui détache avec sécurité même les dépôts relativement épais. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, un noyau de buse, logé dans la tête de la buse, présente une section qui crolit en direction de l'extrémité de soufflage, ce noyau de buse pouvant présenter la forme d'un cône qui délimite une fente annulaire possédant une aire de section qui correspond à celle du tube de la buse. L'utilisation d'une tête de buse munie d'un tel noyau agrandit les dimensions de la surface à nettoyer sans réduire sensiblement l'efficacité. En outre, sous l'effet de la forme annulaire du courant de fluide sous pression qui pénètre entre le dépôt et la surface de pa- roi à nettoyer, la région du dépôt qui se trouve à l'in- térieur de la région annulaire est elle aussi détachée -6- avec sécurité. Du fait que la section de la fente annu- laire correspond sensiblement à celle du tube de la buse, la haute vitesse du fluide sous pression, qui est de l'ordre de la vitesse du son et qui est avantageuse pour le soufflage, reste conservée en dépit de la grande surface à nettoyer. Selon une autre caractéristique de l'invention, qui apporte une nouvelle possibilité d'élargissement de la surface à nettoyer, il est prévu au moins une surface diviseuse disposée entre la tête de la buse et le noyau de la buse, au moyen de laquelle la surface de section est divisée en au moins deux surfaces partielles, sen- siblement de même dimension et de même configuration. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface diviseuse est inclinée sur l'axe longitudinal de la tête de la buse d'un angle te, que le courant ga- zeux qui parcourt la tête de la buse soit mis en rota- tion autour de l'axe longitudinal. Grâce à cette carac- téristique, la buse produit une impulsion de gaz compri- mé qui se propage en tournant. La rotation de l'impul- sion de pression qui est ainsi superposée au mouvement d'avance renforce l'effet de nettoyage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de buse est montée pour pouvoir tourner par rapport au tube de la buse, autour d'un axe de rotation et la tête de la buse souffle le gaz comprimé selon un axe présentant un décalage angulaire par rapport à l'axe de rotation ainsi qu'un décalage radial par rapport à cet axe. Avec cette conformation de la tête de la buse, chaque impulsion de pression produite entraîne une rota- tion angulaire de la tête de la buse par rapport au tube de la buse, de sorte que, sous l'effet des action- nements successifs, on balaye une plus grande surface. De cette façon, la tête de buse qui tourne automatique- ment peut nettoyer une surface qui, autrement, ne pour- E.8L953 -7- rait être couverte que par une pluralité de buses. La tête de la buse peut également être mise en rota- tion par des moyens mécaniques de manière à pouvoir couvrir une surface maximum avec un nombre de souffla- ges aussi petit que possible. Selon une autre caractéristique de l'invention, le noyau est monté de façon à pouvoir se déplacer par rapport à la tête de la buse dans la direction de l'é- coulement et, à l'état de repos, il est appuyé élasti- quement, en sens inverse du sens de l'écoulement, con- tre une surface de portée formée dans la tête de buse, pour établir un joint étanche. Cette forme de réalisation de la buse réunit les avantages consistant à renforcer l'efficacité du nettoyage et à donner un effet de clapet évitant que les gaz ne refluent intempestivement dans le volume intérieur de la buse après l'actionnement du canon à gaz comprimé. On évite de cette façon que les gaz, ha- bituellement chauds et fortement chargés, ne refluent intempestivement jusqu'à la valve de sortie du canon à air. Des formes préférées de réalisation de la pré- sente invention sont décrites de façon plus détaillée dans la suite en se reportant aux dessins annexés sur lesquels, les figures I à 5 sont des coupes longitudinales de différents modes de réalisation de la buse selon l'invention; les figures 4 et 5 illustrent des profils de sec- tions de buse de ce genre qui sont données à titre d'e- xemple; la figure 6 est une coupe d'une buse munie d'un noyau; la figure 7 est une coupe longitudinale de la buse représentée sur la figure 6; -8 t4 9D53 la figure 8 est une coupe d'un autre mode de réalisation de la buse; les figures 9 & 11 sont des coupes longitudinales de buses munies d'un noyau sensiblement conique, la figure 12 est une vue de dessus d'une buse tournante; la figure 13 est une coupe longitudinale de la buse représentée sur la figure 12; la figure 14 représente une buse munie d'un noyau formant clapet. La figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme de base de la buse de soufflage 1 à grande vi- tesse selon l'invention. La buse de soufflage à grande vitesse 1 comprend essentiellement deux régions, à sa- voir, une tête de buse 2 et un tube de buse 3. Le tube 3 de la buse, qui est de préférence d'une configuration à symétrie de révolution de même que la tête 2 de la buse, possède un rayon R1 qui reste sensiblement cons- tant sur toute sa longueur, jusqu'au canon à gaz compri- mé. La tête 2 de la buse se raccorde au tube de buse 3 par une région arrondie dont le rayon de courbure R2 est supérieur au rayon R1 du tube 3 de la buse. L'aire de section intérieure libre de la tête 2 de la buse croît continuellement depuis le raccordement avec le tube 3 jusqu'à l'extrémité de sortie 4 de la tête 2 de la buse. Dans la forme de réalisation selon la figure 1, la tête de buse 2 présente un angle d'ouverture a qui reste sensiblement constant sur toute sa longueur. Cet angle d'ouverture est compris entre 3 et 30 , mesuré par rapport à l'axe longitudinal de la buse, mais il est de préférerce d'environ 12 à 15 . Une variante de réalisation de la buse de la figure 1 donnée à titre d'exemple est représentée sur la figure 2. La buse selon la figure 2 présente une al- -8- 9_ o la buse selon la figure 2, le tube 3 de la buse se rac- corde progressivement à la tête 2 de la buse avec un rayon R2. Le rayon de courbure R2 du raccordement entre la tête 2 et le tube 3 varie sur la longueur de la buse, mais, même dans ce cas, la région plus faible de cour- bure possède un rayon de courbure qui est plus grand que le rayon intérieur R1 du tube de la buse. Dans la forme de réalisation de la buse de souf- 1 flage à grande vitesse 1 qui est représentée sur la fi- gure 3, le tube 3 de la buse se raccorde à la tête 2 de la buse par un élargissement en forme de trompette, avec un premier rayon de courbure R2 et la tête 2 de la buse est d'une forme tulipée à son extrémité 4 c8té souf- flage, en présentant unedeuxième courbure R3, mais avec une concavité inverse de celle du raccordement. Dans cette configuration en S de la forme de la paroi de la tête de buse 2, le rayon de la deuxième courbure R3 est de préférence supérieur au rayon Ri du tube de la buse. Selon la distribution qu'on désire obtenir pour le front d'onde de pression à produire, les buses selon les figures 1 à 3 peuvent également avoir une section de forme sensiblement quadrangulaire ou triangulaire, qui sont représentées sur les figures 4 et 5. La figure 6 montre une coupe transversale d'une buse de soufflage à grande vitesse I munie d'un noyau 5 qui divise la sur- face de section de la tête de buse 2 en quatre surfaces partielles 16, 17, 18 et 19, qui sont de mêmes dimen- sions et de même configuration. La somme des aires des surfaces partielles 16 à 19 correspond sensiblement à l'aire de la section du tube 3 de la buse. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 6, considérée en combinaison avec la figure 7, laquelle représente une coupe longitu- dinale selon la ligne A-.A' de la figure 6, le noyau 5 est fixé à la tête 2 de la buse au moyen de quatre sur- -10- 2584953 faces partielles 7 espacées d'angles égaux. Les sur- faces partielles 7 s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la tête 2. Les figures 8 et 9 représentent respectivement une coupe transversale et une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation de la buse de soufflage à grande vitesse 1, qui comprend un noyau 5. A la diffé- rence de l'exemple de réalisation représenté sur les figures 6 et 7, la buse de soufflage I qui est repré- sentée ici comprend un noyau conique 5 qui est fixé à l'intérieur de la tête 2 de la buse 2 au moyen de tôles conductrices plates 7, définit une fente annulaire 6. Ce type de réalisation peut être réalisé d'une façon particulièrement simple du point de vue de la technique de fabrication. Dans le mode de réalisation selon la figure 10, le noyau est constitué par un c8ne creux 8. Le cône creux 8 délimite une fente annulaire 6, qui se termine contre la paroi interne de la tête 2 de la buse. Par ailleurs, le cône creux 8 présente un évidement intérieur 9 dont la largeur croit légèrement jusqu'à l'extrémité de sortie 4 de la tête de buse 2. Dans la forme de réalisation selon la figure 11, la région intérieure de la tête de buse 2 est divisée, par un noyau conique 5 et deux surfaces directrices coniques 10 et 11 qui s'étendent sensiblement parallèle- ment à la paroi interne de la tête de buse 2 ainsi qu'à la surface externe du cône 5. Les deux surfaces direc- trices 10, 11 présentent une ouverture respectivement 20, 21 à leur extrémité dirigée vers le tube 3 de la buse. La figure 12 montre une vue de dessus et la fi- gure 13 une coupe longitudinale d'une buse de soufflage à grande vitesse 1 à section transversale de forme tri- angulaire. La buse 1 est montée pour tourner autour d'un -11- _ axe de rotation 12 et l'ensemble est fixé par un palier de rotation 13 qui se termine sur la paroi extérieure du tube de buse 3. L'axe longitudinal de la tête de buse 2 est incliné sur l'axe longitudinal du tube de buse 3. La buse I présente un noyau conique 5, sensiblement tri- angulaire en section transversale, qui délimite une ou- verture de buse en forme de fente présentant trois cotés. A son extrémité de sortie 4, la tête 2 de la buse dévie le gaz comprimé avec un décalage angulaire par rapport à son axe de rotation 12. Le centre de gravité du cou- rant gazeux sortant de la tête de buse 2 présente un dé- calage radial par rapport à l'axe de rotation 12. De cette façon, la force de réaction du gaz comprimé sor- tant de l'extrémité de sortie 4 de la tête de buse 2 produit une rotation de la buse de soufflage I autour de son axe 12. Sous l'effet de l'actionnement impulsion- nel duncanon à gaz comprimé, la buse 12 prend à chaque impulsion de pression d'air comprimé, une position qui est décalée d'un certain angle par rapport à sa position précédente. De cette façon, en réponse à une séquence d'actionnemients du canon à gaz comprimé, la buse tour- nante peut ainsi balayer une région de surface à netto- yer qui correspond à plusieurs fois la région habituelle- ment nettoyée. La figure 14 illustre une autre buse de soufflage à grande vitesse dont la tête 2 est raccordée par une bride à une paroi 22 d'un four tubulaire d'installation de cimenterie. Le tube 3 de la buse renferme une plaque diviseuse 23 qui s'étend dans la direction longitudinale de ce tube, et sur laquelle est monté un palier lisse 14. Le palier lisse 14 porte une tige de guidage 24 qui est prêcontrainte dans le sens inverse de l'écoulement au moyen d'un ressort 15. A l'extrémité de la tige de gui- dage 24 qui est dirigée vers la tête 2 de la buse, est fixé un noyau conique 5 qui, lorsque le canon à gaz com- -12- av..... primé n'est pas actionné, est appuyé en contact étanche contre la surface interne de la tête 2 de la buse. Lorsque le canon -à gaz comprimé est actionné, le cène 5 se déplace dans le sens de l'écoulement, de sorte qu'il se forme alors une fente annulaire entre le zone 5 et la tête 2 de la buse. - REVENDICATIONS - I - Buse de soufflage à grande vitesse pour un canon à gaz comprimé, comprenant une tête de buse et un tube de buse qui s'étend du canon à gaz comprimé à la tête de buse, et qui présente une section sensiblement constante du canon à gaz comprimé jusqu'à la tête de buse, la largeur de la tête de buse croissant du tube de la buse jusqu'à l'extrémité de soufflage de la tête de la buse, caractérisée en ce que la tête (2) de la buse se raccorde progressivement au tube (3) de la buse avec un rayon de courbure (R2) supérieur au rayon (R1) du tube de la buse. 2 - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle d'ou- verture (î) de la tête (2) de la buse, par rapport à l'axe de la buse, est compris entre 3 et 30 . 3 - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle d'ou- verture (ç4) est d'environ 12 à 15 . 4 - Buse de soufflage à grande vitesse selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que la tête (2) de la buse possède une largeur qui croît continuellement jusqu'à l'extrémité de soufflage (4). - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la tête (2) de la buse présente un premier sens de courbure en partant du tube (3) de la buse et en se dirigeant vers l'extré- mité de soufflage (4), tandis qu'à la suite de la ré- gion qui présente le premier sens de courbure, la tête (2) de la buse se prolonge, vers son extrémité de souf- flage avec un deuxième sens de courbure, inverse du pre- mier sens de courbure, et avec une aire de section libre qui croît continuellement jusqu'à l'extrémité de souf- flage (4). 6 - Buse de soufflage à grande vitesse selon -13- -14- 2584953 l'une des revendications I à 5, caractérisée en ce que la tête (2) de la buse est d'une configuration possédant une symétrie de révolution. 7 - Buse de soufflage à grande vitesse selon l'une des revendications I à 6, caractérisée en ce que, dans la tête (2) de la buse, est disposé un noyau de buse (5) qui présente une section qui croît en direction de l'ex- trémité de soufflage (4). 8 - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le noyau de buse présente la forme d'un cône (5) qui délimite une fente annulaire (6) possédant une aire de section qui cor- respond à celle du tube de la buse. 9 - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que, entre la tête (2) de la buse et le noyau (5) de la buse, est disposée au moins une surface diviseuse (7) à l'aide de laquelle la surface de section est sub- divisée en au moins deux surfaces partielles sensible- ment de même grandeur et de même configuration. - Buse de soufflage à grande vitesse selon la revendication 9, caractérisée en ce que la surface divi- seuse (7) est inclinée sur l'axe longitudinal (12) de la tête (2) de la buse d'un angle tel que le courant gazeux qui parcourt la tête (2) de la buse soit mis en rotation autour de l'axe longitudinal (12). 11 - Buse de soufflage à grande vitesse selon l'une des revendications I à 9, caractérisée en ce que la tête (2) de la buse est montée pour tourner par rapport au tube (5) de la buse, autour d'un axe de rotation (12), et en ce que la tête (2) de la buse souffle le gaz com- primé dans une direction qui présente un décalage angu- laire par rapport audit axe de rotation ainsi qu'un dé- calage radial par rapport à cet axe. _- 2815,53 12 - Buse de soufflage à grande vitesse selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce qua le noyau (5) est monté de façon à pouvoir se déplacer dans la direction de l'écoulement par rapport à la tête (2) de la buse, et en ce que, à l'état de repos, ledit noyau est appuyé élastiquement, en sens inverse de l'é- coulement, contre une surface de portée prévue dans la tèee (2) de la buse, pour établir un contact étanche.