Brevet FR2604373A1 — publié le 19880401

Injecteur composite pour l'introduction d'un premier produit corrosif dans une enceinte contenant un deuxième produit corrosif La présente invention a pour objet un injecteur composite pour l'introduction d'un premier produit chimique, corrosif lorsqu'il est porté au-dessus d'une certaine température, tel que l'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition, dans une enceinte contenant un deuxième produit chimique porté à température élevée, et également corrosif à cette température, tel que le lithium, comprenant d'une part, une enveloppe en forme de fourreau qui est rendue solidaire des parois de l'enceinte, et dont la partie exposée au deuxième produit chimique contenu dans l'enceinte est réalisée en un matériau résistant à chaud à ce deuxième produit et à ses produits de réaction avec le premier produit, et d'autre part, à l'intérieur de l'enveloppe, un gicleur réalisé en un matériau résistant chimiquement au premier produit et à ses produits de décomposition, et muni d'un canal d'injection pourvu d'au moins un orifice de sortie débouchant en regard d'au moins une perforation réalisée dans l'enveloppe, un espace libre formant barrière thermique sur la majeure partie de la face extérieure du gicleur située en regard de l'enveloppe. Un injecteur de ce type a été décrit dans le brevet français No. 2 498 946 au nom de la Société Européenne de Propulsion. Afin de réaliser une étanchéité au niveau de la barrière thermique et empêcher les produits chimiques de pénétrer dans le jeu existant entre le gicleur et l'enveloppe, il est nécessaire de mettre en oeuvre des moyens d'étanchéité qui, selon le brevet précité sont constitués de préférence par une ou plusieurs pièces annulaires comprimées entre le gicleur et l'enveloppe autour et dans le prolongement de l'orifice du canal d'injection. Afin de réaliser en permanence une étanchéité sûre, il est nécessaire que la ou les pièces annulaire(s) supplémentaires.forment joint. Il s'avère donc que l'utilisation de pièces annulaires supplémentaires ou d'un ressort exerçant une action à l'arrière du gicleur correspond à des modes de réalisation peu adaptés à une fabrication en série de produits devant présenter de grandes qualités de robustesse, d'autant plus que dans le cas o un ressort est disposé à l'arrière du gicleur, la mise en oeuvre d'un joint d'étanchéité annulaire classique entre la partie arrière du gicleur et l'enveloppe peut difficilement être évitée. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un injecteur composite de structure simplifiée et donc de coût et d'encombrement réduits présentant simultanément une grande fiabilité de fonctionnement et une robustesse accrue. Ces buts sont atteints grâce à une injecteur composite du type mentionné en tête de la description, caractérisé en ce que l'enveloppe en forme de fourreau réalisée en un matériau mauvais conducteur des la chaleur présente une partie arrière cylindrique de faible épaisseur dont l'extrémité libre est assemblée de façon étanche sur la partie arrière du gicleur à l'aide d'un cordon de soudure qui crée sur le gicleur des contraintes tendant appliquer la partie aval du gicleur contre la paroi interne de l'enveloppe. De préférence, l'espace libre formant barrière thermique s'étend autour du gicleur sur toute la zone située en regard des parois de l'enveloppe d'épaisseur non réduite, et l'enveloppe est essentiellement en contact avec le gicleur par sa partie arrière cylindrique de faible épaisseur. Selon un mode de réalisation avantageux, le gicleur comporte un insert en matériau réfractaire et bon conducteur de la chaleur, disposé à l'extrémité aval du gicleur, dans l'axe de celui-ci, et dans lequel est réalisée l'extrémité aval du canal d'injection et l'orifice de sortie dont le bord porte directement sur la face frontale interne de l'enveloppe par une zone d'aire réduite autour de la perforation réalisée dans l'enveloppe. L'insert peut être réalisé par exemple en tungstène tandis que le reste du corps de gicleur est réalisé en un matériau tel que de l'acier inoxydable ou du nickel. L'insert est de préférence assemblé par brasure dans le corps du gicleur. Le corps de gicleur peut présenter à sa périphérie dans sa partie aval une partie annulaire de guidage en contact avec la face interne de l'enveloppe sur une faible surface et délimitant un premier espace libre entre la face frontale du gicleur et la face frontale interne de l'enveloppe et un second espace libre et la face interne de la paroi périphérique non amincie de l'enveloppe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention resortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un injecteur selon la présente invention, - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1, agrandie montrant l'extrémité aval du gicleur conformément à un premier mode de réalisation particulier, et - la figure 3 est une vue de détail analogue à celle de la figure 1 mais selon un deuxième mode de réalisation particulier. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit, monté sur la paroi 1 d'une enceinte un injecteur 100 pour l'injection par exemple d'hexafluorure de soufre gazeux dans une enceinte contenant elle-même par exemple du lithium. L'injecteur est constitué essentiellement par une enveloppe 10 en forme de fourreau dans laquelle est inséré un gicleur 20 muni d'un canal central axial d'injection 24. L'enveloppe 10 comprend une partie latérale 11 par exemple cylindrique et une extrémité aval 12 présentant une face interne 16. L'enveloppe 10 est en un matériau résistant au produit contenu dans l'enceinte et à ses produits de réaction. Dans le cas o l'enceinte contient du lithium, l'enveloppe 10 peut être comme la paroi 1 en acier inoxydable. Le gicleur 20 est lui-même constitué en un matériau résistant jusqu'à une certaine température à l'attaque du produit injecté ou de ses produits de décomposition. L'enveloppe 10 comprend une paroi latérale cylindrique relativement épaisse 11 prolongée vers l'arrière par une paroi cylindrique 17 de faible épaisseur. Le corps de gicleur 20 présente lui-même dans sa partie aval une paroi extérieure 22 dont le diamètre est inférieur à celui de la face interne 15 de l'enveloppe , afin de ménager un espace libre annulaire 32 formant barrière thermique. De même, un espace libre 31 constituant également une barrière thermique est formé entre la face frontale 21 du gicleur et la face frontale interne 16 de l'enveloppe. En revanche, le diamètre du corps de gicleur 20, dans la partie arrière 23 du gicleur 20 située en regard de la paroi cylindrique 17 d'épaisseur réduite, est adapté au diamètre interne de l'enveloppe 10. L'extrémité libre de la paroi cylindrique 17 de l'enveloppe 10 peut ainsi être soudée sur la partie arrière 23 du gicleur 20 pour établir une continuité métallique entre le gicleur et l'enveloppe 10 sans qu'il soit nécessaire d'interposer un joint entre le gicleur 20 et l'enveloppe 10. La soudure 27 crée en outre des contraintes au sein de la matière qui tendent à appliquer le nez 33 du gicleur 20 contre la paroi interne 16 de la face frontale 12 de l'enveloppe 10, garantissant ainsi une étanchéité par un contact métal-métal permanent dans une zone d'aire réduite autour de l'orifice de sortie 25 du gicleur et de la perforation 13 de l'enveloppe 10. Compte tenu de l'existence d'une zone de contact d'aire réduite entre le nez du gicleur 20 et l'enveloppe 10, d'espaces libres 31, 32 réalisés entre la partie aval du gicleur 20 et l'enveloppe 10 formant une barrière thermique, d'un contact de la partie arrière 23 du gicleur 20 avec une paroi cylindrique 17 d'épaisseur réduite constituée en un matériau mauvais conducteur de la chaleur et formant donc une résistance thermique importante, la chaleur présente au niveau de la partie frontale 12 de l'enveloppe ne peut pas être transmise par conduction de façon significative vers le gicleur 20. La liaison par soudure 27 de la partie arrière 17 de l'enveloppe 10 du gicleur 20 permet ainsi d'assurer un meilleur niveau d'étanchéité vis-àvis du milieu environnant en évitant l'utilisation de joints classiques résistant mal à la chaleur, ainsi que de ressorts ou autres moyens de précontrainte, tout en conservant l'efficacité de la barrière thermique générée par les évidements entre le gicleur 20 et l'enveloppe 10. Un collet 26 peut être formé au niveau de la partie périphérique du gicleur 20 dans sa partie aval, afin de faciliter le guidage du gicleur 20 dans l'enveloppe 10 et le maintien de la coaxialité des axes du canal 24 et de la perforation 13 au cours du montage. Le collet 26 porte sur la face interne 15 de l'enveloppe sur une surface d'aire réduite. Selon une caractéristique avantageuse, la partie terminale 24a du canal d'injection 24 du gicleur est réalisée en un matériau différent de celui du reste du gicleur. Un insert cylindrique 28 est ainsi disposé dans l'axe du gicleur 20 et dans sa partie aval. L'insert 28 est percé longitudinalement dans le prolongement 24a du canal d'injection 24 et porte ainsi l'orifice de sortie du canal d'injection 24, 24a. L'assemblage entre le corps du gicleur 20 et l'insert 28 est réalisé par brasage à haute température à la surface cylindrique périphérique 29 de l'insert 28. Dans le cas d'injection d'hexafluorure de soufre (SF6), l'insert 28 est avantageusement réalisé en tungstène qui représente, en plus d'une bonne résistance à la corrosion par le SF6, une très haute température de fusion et un faible coefficient de dilatation. Ces caractéristiques de métal réfractaire rendent le tungstène particulièrement adapté à la réalisation du nez 33 du gicleur devant lequel se situe la flamme de la réaction chimique qui a lieu à l'intérieur de l'enceinte délimitée par la paroi 1. On notera par ailleurs que le tungstène est avantageux en raison de l'état gazeux de ses composés avec les produits de décompostion de l'hexafluorure de soufre. Cette caractéristique particulière permet d'éviter l'obturation partielle du canal d'injection 24a. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 et avec les deux variantes des figures 2 et 3, l'extrémité aval de l'insert 28 dépasse du corps du gicleur 20 de façon que la face frontale 33 (33a et 33b sur les figures 2 et 3) de l'insert 28 vienne en contact avec la face frontale interne 16 de l'enveloppe 10 sur une surface d'aire réduite (repérée 16a et 16b sur les figures 2 et 3). Plusieurs modes de réalisation de l'extrémité aval de l'insert 28 peuvent être envisagés pour créer une surface de contact d'aire réduite. Ainsi, la face frontale 33a de l'insert 28 peut être incurvée ou présenter une légère conicité de façon à ne porter sur la face frontale interne 16 de l'enveloppe 10 qu'au niveau du rebord 16a de la perforation 13 (figure 2). La face frontale 33b de l'insert 28 peut également être plane et parallèle à la face frontale interne 16 de l'enveloppe 10, mais dans ce cas il est avantageux que le contact s'effectue sur un collet 16b réalisé autour de la perforation 13 (figure 3). Lorsque le produit corrosif à injecter par le canal 24, 24a est au SF6, le corps du gicleur 20 peut être réalisé par exemple en nickel ou en acier inoxydable tandis que l'insert 28 est lui-même réalisé en tungstène ou éventuellement en un métal présentant des propriétés voisines tel que le molybdène. REVENDICATIONS 1. Injecteur composite pour l'introduction d'un premier produit chimique, corrosif lorsqu'il est porté au-dessus d'une certaine température, tel que l'hexafluorure de soufre ou ses produits de décomposition, dans une enceinte contenant un deuxième produit chimique porté à température élevée, et également corrosif à cette température, tel que le lithium, comprenant d'une part, une enveloppe en forme de fourreau qui est rendue solidaire des parois de l'enceinte, et dont la partie exposée au deuxième produit chimique contenu dans l'enceinte est réalisée en un matériau résistant à chaud à ce deuxième produit et à ses produits de réaction avec le premier produit, et d'autre part, a l'intérieur de l'enveloppe, un gicleur réalisé en un matériau résistant chimiquement au premier produit et à ses produits de décomposition, et muni d'un canal d'injection (24, 24a) pourvu d'au moins un orifice de sortie (25) débouchant en regard d'au moins une perforation réalisée dans l'enveloppe, un espace libre formant barrière thermique sur la majeure partie de la face extérieure du gicleur située en regard de l'enveloppe (10), caractérisé en ce que l'enveloppe (10) en forme de fourreau réalisée en un matériau mauvais conducteur de la chaleur présente une partie arrière (17) cylindrique de faible épaisseur dont l'extrémité libre est assemblée de façon étanche sur la partie arrière du gicleur (20) à l'aide d'un cordon de soudure (27)maintenant sur le gicleur (20) des contraintes tendant à appliquer la partie aval du gicleur (20) contre la paroi interne (16) de l'enveloppe (10), par déformation élastique de l'enveloppe (10) et du gicleur (20). 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace libre (31, 32) formant barrière thermique s'étend autour du gicleur (20) sur toute la zone située en regard des parois de l'enveloppe (10) d'épaisseur non réduite, et l'enveloppe (10) est essentiellement en contact avec le gicleur (20) par sa partie arrière cylindrique (17) de faible épaisseur. 3. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gicleur (20) comporte un insert (28) en matériau réfractaire et bon conducteur de la chaleur, disposé à l'extrémité aval du gicleur, dans l'axe de celui-ci, et dans lequel est réalisée l'extrémité aval (24a) du canal d'injection et l'orifice de sortie (25) dont le bord porte directement sur la face frontale interne (16) de l'enveloppe par une zone d'aire réduite autour de la perforation (13) réalisée dans l'enveloppe (10). 4. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'insert (28) est réalisé en tungstène. 5. Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps du gicleur (20) est réalisé en nickel ou en acier inoxydable et en ce que l'insert (28) et assemblé par brasure dans le corps du gicleur (20). 6. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps de gicleur (20) peut présenter a sa périphérie dans sa partie aval une partie annulaire de guidage (26) en contact avec la face interne de l'enveloppe sur une faible surface et délimitant un premier espace libre (31) entre la face frontale (21) du gicleur (20) et la face frontale interne (16) de l'enveloppe et un second espace libre (32) entre la paroi périphérique (24) du gicleur (20) et la face interne (15) de la paroi périphérique (11) non amincie de l'enveloppe (10). 7. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la face frontale (33a) de l'insert (28) est incurvée ou légèrement conique. 8. Injecteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la face frontale (33b) de l'insert (28) est plane. 9. Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face frontale plane (33b) de l'insert (28) coopère avec un collet (16b) réalisé sur la face frontale interne de l'enveloppe (10) autour de la perforation (13).