Brevet FR2590907A1 — publié le 19870605

L'invention concerne le domaine de l'utilisa- tion technique de la détonation des gaz, et plus particu- lièrement, les installations de détonation à gaz pour revêtir des pièces. La présente invention peut être utilisée pour appliquer les revêtements métalliques, métalocéramiques, céramiques résistant à l'usure, à la chaleur et à d'autres phénomènes sur les pièces de machines et d'appareils à usages divers. Lorsqu'on utilise les phénomènes de détonation de gaz dans la technique, on peut employer des mélanges explosifs à base de différents gaz combustibles. L'utili- sation en tant que gaz combustible de l'acétylène pose des problèmes de séucrité du travail parce que les mélan- ges acétylène.-oxygène détonent facilement, et l'acétylè- ne peut détoner même en l'absence d'oxygène. A noter que l'acétylène est plus couteux que d'autres gaz combustibles tels que le gaz naturel ou le gaz de combustion (mélange de propane et butane). L'utilisation de gaz combustible bon marché et à détonation difficile (du type propane-butane) est préférable compte tenu de la sécurité du travail et de l'économie. Pourtant, les dispositifs utilisant ces gaz combustibles ont une zone de prédétonation (tronçon de transition de la combustion lente à la détonation) de grande longueur qui atteint plusieurs diamètres de la section intérieure de la bouche à feu. Ceci dépasse de dizaines et de centaines fois la longueur de la zone de prédétonation dans les cas des mélanges acétylène-oxy- gène. Pour cette raison, le remplacement de l'acétylène par un combustible à détonation difficile sans introduire les dispositifs spéciaux qui accélèrent le passage de la combustion à la détonation et, par conséquent, la diminu- tion de la longueur de la zone de prédétonation provoque l'accroissement de l'encombrement des installations, la réduction de leur rendement et l'augmentation notable de la consommation des gaz. Il existe une instaIlation -3e détonation à gaz pour appliquer les revêtements sur les pièces (cf.par exemple, brevet d'invention des EtatsUnis n 3,150,828, classe 239-79, 1964) qui comporte une bouche à feu pla- cée sous une chemise, une bougie d'allumage reliée à la bouche à feu par une tubulure principale, un pulvérisa- teur de la poudre à déposer, introduit dans la bouche à feu, un ensemble tampon muni de conduites de gaz et relié à la bouche à feu à l'aide de tubulures auxiliai- res, un système d'alimentation en gaz relié aux condui- tes de gaz de l'ensemble tampon. Cependant, dans cette installation, en cas d'utilisation d'un mélange du propane-butane avec oxy- gène, on alimente la bouche à feu en une quantité de gaz tenant compte de la longueur de la zone de prédétonation ce qui augmente la consommation des gaz. Outre cela, dans cette installation, l'augmen- tation de la consommation des gaz et la présence d'une zone de passage de la combustion lente à la détonation provoquant l'allongement du temps d'un cycle et, par conséquent, réduit la " vitesse de tir ", autrement dit, le rendement. De plus, dans cette installation, la présence d'une zone longue de passage de la combustion lente à la détonation provoque l'allongement de la bouche à feu. Le but de l'invention est de créer une installa- tion de détonation à gaz pour appliquer les revêtements sur les pièces munies de tels moyens auxiliaires qui permettraient de diminuer la consommation des gaz com- bustibles et d'augmenter le rendement de l'installation. Le but est obtenu à l'aide d'une installation de détonation à gaz pour appliquer des revêtements sur des pièces qui comporte, une bouche à feu placée sous une chemise, une bougie d'allumage reliée à la bouche à feu à l'aide de tubulures auxiliaires, un système d'alimentation en gaz relié à des conduites de gaz d'un ensemble tampon, installation, qui conformément à l'in- vention, comporte également un moyen de chauffage des gaz relié à la bouche à feu et un moyen de réglage du chauffage des gaz installé à une extrémité de la bouche à feu. Il est utile de réaliser sur le moyen de chauf- fage des gaz de l'installation de détonation à gaz pour appliquer des revêtements sur des pièces, selon l'inven- tion, des rainures annulaires pratiquées sur la surface cylindrique interne de la partie origine de la bouche à feu et/ou sur la surface interne à l'extrémité fermée de la bouche à feu. Il est également utile de munir le moyen de chauffage des gaz de l'installation de détonation à gaz pour appliquer des revêtements sur des pièces, selon l'invention, de tubes thermoisolants enveloppant chaque tubulure auxiliaire. Il est désirable que le moyen de chauffage des gaz de l'installation de détonation à gaz pour appli- quer des revêtements sur des pièces, selon l'invention, comporte des rainures annulaires pratiquées sur la sur- face interne de la tubulure principale. Il est rationnel que la bouche à feu de l'ins- tallation de détonation à gaz pour appliquer des revête- ments sur des pièces, selon l'invention, soit munie d'un moyen de compensation de l'allongement de la bouche à feu par rapport à la chemise, dû au chauffage des gaz, installé à l'extrémité de la bouche à feu. La présente invention permet d'assurer un régi- me de détonation des gaz en évitant le stade de leur combustion lente, autrement dit, l'invention permet d'économiser les gaz combustibles et d'augmenter le rendement de l'installation. L'invention ressortira de la description qui suit des exemples de son exécution concrète,schématisée sur les dessins annexés dont: - la Fig.l représente une installation de déto- nation à gaz en coupe longitudinale pour appliquer des revêtements sur des pièces selon l'invention; - la Fig.2 représente la vue avec arrachement suivant la flèche A de la Fig.l; - la Fig.3 représente une zone B à plus grande échelle de la Fig.l, selon l'invention; - la Fig.4 représente une zone C à plus grande échelle de la Fig.l, selon l'invention; - la Fig.5 représente une zone D à plus grande échelle de la Fig.l, selon l'invention. L'installation de détonation à gaz pour appliquer des revêtements sur des pièces comporte, sous une che- mise 1 (Fig.l), une bouche à feu 2 dont 1 surface interne de la partie origine 3 présente des rainures annulaires 4. Dans la zone 3 de la bouche à feu 2, est introduite une tubulure principale 5 dont la surface interne présente des rainures annulaires 6 (Fig.4). Dans la tubulure 5 (Fig.l), est introduite une bougie d'allumage 7. Un couvercle 9 est monté à une extrémité 8 de la bouche à feu 2. La surface interne du couvercle 9, dans la zone voisine de l'orifice à l'extrémité 8 de la bouche à feu 2, possède des rainu- res annulaires 10 (Fig.5). Sur le couvercle 9 (Fig.l) est monté une chemise 11 d'un ensemble tampon 12. L'en- semble tampon 12 comporte des conduites à gaz 13,14 spi- ralées. Les conduites de gaz 13,14 sont reliées à la bouche à feu 2 par des tubulures auxiliaires 15,16 (Fig.2) enveloppées de tubes thermoisolants 17,18 respec- tivement. La paroi frontale de la chemise 11 (Fig.l) et le couvercle 9 forment un moyen 19 de réglage du chauffage des gaz. Des canaux 20,21 pour la circulation du liquide sont pratiqués sur le couvercle 9.Par les orifices prati- qués dans le couvercle 9 et l'extrémité 8, la bouche à feu 2, reçoit un tube 22 d'un pulvérisateur 23 de la poudre à déposer. A l'extrémité de la bouche à feu, 2, notamment, à l'extrémité 24 est installé un moyen 25 de compensation de l'allongement de la bouche à feu 2 par rapport à la chemise 1 pendant le chauffage de gaz. Le moyen 25 comporte, mis en série sur la bouche à feu 2, une douille 26, un joint 27, un disque 28, un joint 29, un disque 30 et un écrou 31. Les conduites de gaz 13,14 sont branchées sur un moyen 32 d'alimentation en gaz à l'aide des tubes 33,34 respectivement. Le pulvérisateur 23 est relié à un moyen 35 de réglage du débit du liqui- de à l'aide d'un tube 36. L'installation comporte un sys- tème d'amenée de liquide (par exemple, de l'eau) qui com- porte, reliés entre eux, une valve 37 et un tube 38 intro- duit dans la cavité de la chemise 11 de l'ensemble 12, un tube 39 reliant la cavité de la chemise 11 à la cavité de la chemise 1 de la bouche à feu 2, un tube 40 reliant la cavité de la chemise 1 de la bouche à feu 2 au canal 2,1, le tube 41 reliant le canal 20 au pulvérisateur 23 et le tube 36. Le dispositif fonctionne de la faç.on suivante. Avant la mise en service de l'installation, on ouvre la valve 37 (Fig.l) pour, à tour de rôle remplir d'eau à l'aide des tubes 38, 39,40, 41, 36 les cavités entre la chemise 1 et la bouche à feu 2, entre la che- mise 11 de l'ensemble tampon 12 et le couvercle 9 et, à travers le moyen 35 de réglage du débit du liquide, l'eau est vidangée. Ensuite, on met en marche le moyen 32 d'alimenta- tion en gaz. Dans ces conditions, l'installation fonctionne d'une façon cyclique et pour chaque cycle, les tubes 33, 34, les conduites de gaz 13, 14, les tubulures auxiliaires ,16 (Fig.l,2) amènent le gaz dans la bouche à feu 2-et dans la tubulure principale 5. Après cela, on met en mar- che l'allumage. Alors, après le remplissage de la bouche à feu 2 de gaz pour chaque cycle, la bougie d'allumage 7 allume le mélange gazeux, par exemple,propane-butane- oxygène. Les produits de détonation réchauffent rapide- ment les parois de la bouche à feu 2 et les rainures annulaires 4,6,10 (Fig.3,4,5). Les gaz arrivant dans la bouche à feu 2 (Fig.l, 2) se chauffent en deux étapes. En première étape, -le chauffage des gaz a lieu dans les tubulures auxiliaires 15,16 cycliquement chauffées par les produits de détonation. Les tubes thermoisolants 17,18 préviennent le refroidissement de ces tubulures 15,16. La seconde étape du chauffage des gaz a lieu dans la bouche à feu 2 et partiellement dans la tubu- lure principale 5. Les rainures annulaires 4,6,10 (Fig.3,4,5) respectivement sur la surface interne cylin- drique de la zone origine 3 (Fig.l) de la bouche à feu sur la surfce interne de la tubulure principale 5 et sur la surface interne du couvercle 9, à l'about 8 de la bouche à feu 2, améliorent l'efficacité de l'échange thermique avec les gaz par suite de l'accroissement de la surface d'échange thermique et du tourbillonnement des gaz. Dans ce cas, les gaz sont portés à une température proche de celled'autoinflammation ce qui entraîne une pirolyse avec formation des zones des flammes froides. Le mélange allumé, après la formation des zones des flam- mes froides, réduit sensiblement la distance prédétonan- te. Outre cela, les rainures annulaires 4,6,10 (Fig.3,4 ) non seulement intensifient le chauffage du mélange, mais servent d'obstacles artificiels qui tourbillonnent et accélèrent le flux de flamme. Préalablement chauffé et contenant les flammes froides, le mélange allumé se ré- fléchissant sur les obstacles est instantanément porté à la température suffisante à l'autoinflammation du mélan- ge devant le front de flamme. Suivant le périmètre de la bouche à feu 2 (Fig.l,2, 3, 4,5), dans la zone des rainu- res 4,6,10, apparaît une multitude de foyers d'inflamma- tion accélérant le processus de combustion.La combinaison du mélange dissocié préchauffé avec le tourbillonnement provoque une raccourcissement notable de la zone de pré- détonation en assurant les conditions d'excitation des ondes de détonation. Conformément à l'invention, le maintien d'une haute température des surfaces en contact avec les pro- duits de détonation prévient également la condensation des vapeurs d'eau contenues dans les produits de déto- nation ce qui interdit le collage de la poudre sur les parois de la bouche à feu 2 et l'engorgement du tube 23 -du pulvérisateur par la poudre. Dans ce cas, l'eau dont la température est de C à l'entrée de la valve 37 refroidit de manière ef- ficace les conduites de gaz 13,14 en protégeant le systè- me 32 d'alimentation en gaz contre le choc thermique de retour. L'eau chauffée passant par la cavité du moyen 19 de réglage du chauffage des gaz assure une haute tempera- ture des rainures 10 du couvercle 9. Le moyen 35 de ré- glage du débit de liquide contrôle la température de l'eau et, par variation de sa vitesse de débit, influe sur la température à laquelle est porté le couvercle 9, et donc, sur les gaz. Le chauffage des gaz est accompagné d'une éléva- tion constante de la température de la bouche à feu 2. La différence de température entre la chemise 1 et la bouche à feu 2 provoque l'allongement de la bouche à feu 2 par rapport à la chemise 1. Conformément à l'invention, le joint 29 du moyen 25 de compensation de l'allongement de la bouche à feu 2 par rapport à la chemise 1 glisse librement par rapport à la chemise 1 en protégeant la bouche à feu 2 contre la destruction. La présente invention permet d'augmenter la sécurité du travail. Outre cela, l'invention permet d'élargir les possibilités technologiques grâce à l'utilisation de gaz de combustion bon marché, ce qui, en combinaison avec un équipement simple et peu onéreux,devient accessi- ble pour divers secteurs de l'économie nationale,tant à la fabrication de pièces de machines nouvelles qu'à la res- tauration de celles usées. - REVENDICATIONS - i - Installation de détonation à gaz pour appli- quer des revêtements sur des pièces qui comporte: une bouche à feu (2) piacée sous une chemise (1), une bougie d'allumage (7) reliée à la bouche (2) à l'aide d'une tubulure principale (5), un pulvérisateur (23) de poudre à appliquer, introduit dans la bouche à feu (2), un ensem- ble tampon (12) muni de conduites de gaz (13,14) et re- lié à la bouche à feu {2) à l'aide de tubulures auxiliai- res (15, 16), un moyen (32) d'alimentation en gaz relié aux conduites de gaz (13,14) de l'ensemble tampon (12), caractérisée en ce qu'elle comporte de plus, un moyen de chauffage des gaz relié à la bouche à feu (2) et un moyen (19Y de réglage de l'échauffement des gaz installé à une extrémité (8) de la bouche à feu (2). 2 - Installation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le moyen de chauffage des gaz possède des rainures annulaires (4) pratiquées sur la surface in- terne du tronçon origine (3) de la bouche à feu (2) et/ou sur la surface interne de l'extrémité fermée (8) de la bouche à feu (2). 3 - Installation selon la revendication 2,caractéri- sée en ce que le moyen de chauffage des gaz comporte de plus, des tubes thermoisolants (17, 18) enveloppant, res- pectivement, les tubulures auxiliaires (15,16). 4 - Installation selon l'une quelconque des reven- dications 1,2 et 3, caractérisée en ce que le moyen de chauffage des gaz possède des rainures annulaires (6) pratiquées sur la surface interne de la tubulure princi- pale (5). - Installation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la bouche à feu comporte aussi un moyen (25) de compensation de l'allongement de la bouche à feu (2) par rapport à la chemise (1), dû au chauffage des gaz, installé à l'extrémité de la bouche à feu (2).