Brevet FR2624255A1 — publié le 19890609

La présente invention concerne les brûleurs à flamme dard des chalumeaux de brasage à gaz combustible dont l'air est le comburant. Des brûleurs aéro-gaz à flamme dard du genre de ceux décrits dans les brevets français BULGIN 1 383 936 et RIPPES 2 063 341 sont connus depuis fort longtemps. Dans ces brûleurs, le pilotage de la flamme principale dite flamme dard est obtenu par une ceinture de petites flammes dites flammes pilotes qui proviennent des orifices réalisés dans la paroi latérale des diffuseurs au niveau du repère 19 du brevet BULGIN et au niveau des repères 8,9 du brevet RIPPES. D'une part ces diffuseurs sont de réalisation couteuse car ils comportent une ou deux séries d'orifices dont le perçage requiert un temps d'usinage assez long, et d'autre part leur efficacité n'est pas suffisante car les flammes de pilotage issues de ces orifices réparties sur une ou deux rangées annulaires n'assurent pas une stabilité totale de la flamme principale. Le brûleur selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Une excellente stabilité de la flamme principale constituée d'un dard et d'un panache est obtenue par un ceinturage de flammes de pilotage prenant naissance dans un courant de mélange air-gaz s'écoulant hélicoidalement à la sortie d'un diffuseur lequel très simple ne comporte pas d'orifices sur sa paroi latérale ce qui fait que son prix de revient est relativement faible. Le brûleur objet de l'invention qui est soit le prolongement d'une chambre de mélange soit un ensemble pouvant se raccorder d'une façon connue à un tube assurant une liaison plus ou moins longue avec une chambre de mélange indépendantte, comporte un diffuseur cylindrique placé à la base de la chambre de combustion où il est maintenu en position par un moyen approprié agissant sur ses flasques avant et arrière. intérieurement suivant le sens de passage du mélange air-gaz le brûleur présente deux alésages concentriques reliés par une zone tron çonique. L'alésage amont de faible diamètre sert à amener le mélange airgaz de la chambre de mélange ou du tube de liaison au diffuseur lequel est logé dans l'alésage aval de plus grand diamètre qui abrite la chambre de combustion. Le diffuseur est doté d'un manchon central dont la section intérieure est identique ou inférieure à celle de l'alésage amont tout en lui étant concentrique. Ainsi le transfert du mélange air-gaz dudit alésage amont vers la chambre de combustion se fait d'une part à travers le passage du manchon central et d'autre part à travers les orifices des flasques arrière et avan après avoir transité par le raccordement tronconique. Les axes géométriques des orifices des flasques arrière et avant étant tous inclinés d'un même angle par rapport à l'axe des alésages amont et aval du brûleur, l'écoulement du mélange air-gaz prend une allure de flux hélicoidal au niveau du flasque arrière puis traverse l'espace annulaire inter-flasques dans lequel il se détend avant de déboucher hélicoidalement dans la chambre de combustion en sortant des orifices du flasque avant. Dans cette chambre de combustion la flamme dard nait dans le jet de mélange air-gaz sortant du manchon central du diffuseur tandis que les flammes pilotes naissent à la sortie des orifices d Clasque avant. diffuseur les flammes de pilotage courtes et très stables sont générées à la base de la flamme dard qu'elles ceinturent obliquement pour lui donner une excellente stabilité doublée d'une résistance au soufflage exceptionnelle. Un des avantages de ce brûleur aéro-gaz est de permettre à l'opérateur de travailler en plein air même dans des conditions atmosphériques difficiles. Dans ce qui suit l'invention est exposée en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution donné à titre d'exemple non limitatif. - La figure 1 représente vu en coupe longitudinale un brûleur selon l'in vention équipé d'un diffuseur dont les orifices qui cana lisent l'écoulement hélicoidal du mélange air-gaz alimen tant les flammes de pilotage sont situés à la périphérie de deux flasques entre des languettes radiales tournées vers l'extérieur et la paroi interne du corps du brûleur. - La figure 2 représente vue en coupe longitudinale un brûleur selon l'invention équipé d'un diffuseur dont les orifices qui canalisent l'écoulement hélicoidal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage sont situés à l'inté rieur de deux flasques entre des languettes radiales tournées vers l'axe du brûleur et la paroi externe du manchon central. - La figure 3 représente une vue latérale du diffuseur du brûleur de la .figure 1 avec une schématisation de la flamme dard et des flammes de pilotage montrant leur position respective par rapport à la partie aval du corps du brûleur vu en coupe. - La figure 4 représente une vue de face d'un flasque de diffuseur dont les orifices qui canalisent l'écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage sont situés à la périphérie entre les languettes radiales incur vées. - La figure 5 représente une vue latérale du diffuseur du brûleur de la figure 2 avec une schématisation de la flamme dard et des flammes de pilotage montrant leur position respective par rapport à la partie aval du corps du brûleur vu en coupe. - La figure 6 représente une vue de face d'un flasque de diffuseur dont les orifices qui canalisent l'écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage sont situés à l'intérieur entre les languettes radiales tour nées vers le centre. En se reportant à la figure 1 on voit que le brûleur aéro-gaz à flamme dard comprend un corps monobloc formé d'un tube d'admission (l) raccordé intérieurement par un tronc de cône (2) à une partie tubulaire (3) de diamètre plus important dans laquelle une chambre de combustion (4) ouverte sur l'extérieur fait suite à un diffuseur assurant deux sections de sortie au mélange air-gaz provenant d'une chambre de mélange ou d'un tube de liaison sur lequel le brûleur doit être monté par vissage ou par tout autre moyen. La section de sortie du mélange air-gaz alimentant la flamme principale est assurée par la section de passage du manchon central (5) tandis que celle alimentant les flammes de pilotage est assurée par les passages existant entre les languettes (6) des flasques arrière et avant du diffuseur. Suivant la taille des brûleurs, les passages existant entre les languettes des flasques avant et arrière sont adjacents soit à l'alésage aval du corps du brûleur, soit à la paroi latérale du manchon central. Le diffuseur se compose toujours d'un manchon central et de deux flasques mais selon la première forme de réalisation représentée à la figure 1, les flasques (7), (11) qui sont frettés sur les épaulements (8), (10) taillés à chacune des extrémités du manchon central sont solidaires de ce dernier et restent séparés l'un de l'autre par la longueur non décolletée de la paroi latérale (9) dudit manchon. Ce diffuseur est maintenu en position dans le corps du brûleur par un sertissage externe (12). Selon la deuxième forme de réalisation représentée à la figure 2, les flasques (13) (15) à languettes intérieures (18) sont montés symétriquement sur les extrémités du manchon central lisse (14) par déformation élastique desdites languettes. Comme dans la première forme de réalisation les flasques avant (15) et arrière (13) sont identiques, mais leur montage sur le manchon lisse ne permettant pas de leur imposer un écartement précis, ils sont séparés l'un de l'autre par une entretoise cylindrique (20) de même diamètre qui vient isoler la chambre de détente annulaire (21) du corps du brûleur.Le maintien en position dans l'alésage aval (16) de ce diffuseur avec son entretoise est obtenu par une bague de renforcement (17) introduite sous contrainte dans la chambre de combustion (19) pour augmenter l'épaisseur du corps du brûleur sans en accroitre le diamètre extérieur. Les figures 3 et 4 montrent que les flasques arrière et avant du premier modèle de diffuseur sont des couronnes métalliques (22) pourvues de languettes radiales (6) dirigées vers l'extérieur, légèrement incurvées et fortement inclinées par rapport au plan de la couronne, de sorte que les axes géométriques des passages (23) existant entre lesdites languettes sont tous inclinés d'un même angle par rapport à l'axe du brûleur. De par leur forme spéciale, ces languettes font office de déflecteurs placés de part et d'autre de la chambre de détente (24) du mélange airgaz alimentant les flammes de pilotage. Ainsi à l'entrée de cette chambre le flasque arrière (11) génère un écoulement tourbillonnaire tandis qu'à l'entrée de la chambre de combustion le flasque avant (7) transforme ce tourbillon partiellement détendu en un écoulement hélicoïdal. Autrement dit la partie du mélange air-gaz qui diverge dans l'évasement tronçonique (25) du corps du brûleur se transforme en un écoulement hélicoïdal en sortant de la chambre de détente (24) entre les déflecteurs que sont les languettes solidaires de la couronne métallique (22) frettée sur l'épau- lement (8) du manchon central. Les figures 5 et 6 montrent que les flasques arrière et avant du second modèle de diffuseur sont des couronnes métalliques (26) pourvues de languettes radiales (18) dirigées vers l'intérieur, légèrement incurvées et fortement inclinées par rapport au plan de la couronne, de sorte que les axes géométriques des passages (28) existant entre lesdites languettes sont tous inclinés d'un même angle par rapport à l'axe du brûleur.Comme dans le premier modèle, l'écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage est créé par les languettes radiales incurvées (18) du flasque avant faisant office de déflecteurs vis à vis de la partie du mélange air-gaz qui a divergé dans l'évasement tronçonique (30) et qui s'est partiellement détendu dans la chambre de détente (21) après y être rentré en subissant un laminage dans les passages obliques (29) existant entre les languettes du flasque arrière (13) et le manchon central (14). En se reportant aux figures 3 et 5 montrant les formes schématiques des flammes de pilotage (27) et du panache (32) entourant le dard (31) on voit que dans ces deux modes de réalisation la paroi interne de la chambre de combustion maintient les flammes de pilotage (27) dans un cylindre creux dans l'épaisseur duquel elles décrivent des hélices naissant dans l'axe des jets de mélange air-gaz sortant des orifices (23)(28) du flasque avant. La flamme dard brûlant dans le prolongement du manchon central, sa base est parfaitement entourée par les flammes de pilotage sur toute la longueur de la chambre de combustion plus un léger dépassement à l'extérieur. Elle n'est stable que si les flammes de pilotage sont elles mêmes stables. La stabilité du front de flamme à l'orifice de sortie d'un brûleur résulte toujours d'un équilibre entre la vitesse d'écoulement du mélange et la vitesse de propagation de flamme qui dépend de la nature du gaz, du rapport air/gaz, de la température, des dimensions de l'orifice et du régime d'écoulement.Le brûleur objet de la présente invention étant alimenté par un mélange air-gaz à température ambiante dont le rapport air/gaz est fixé par les entrées d'air du chalumeau sur lequel il s'adapte, la stabilité de l'ensemble des flammes de pilotage est due principalement à - un nombre important d'orifices de sortie du diffuseur adapté au diamètre de la chambre de combustion et qui sont régulièrement répartis sur la couronne métallique du flasque avant entre les languettes émergeant soit au niveau de la circonférence intérieure lorsqu'elles sont-orien- tées vers le manchon central, soit au niveau du pourtour lorsqu'elles sont tournées vers l'extérieur du diffuseur. - une basse vitesse d'écoulement du mélange air-gaz résultant de son laminage dans les orifices des flasques et de son passage dans la chambre de détente. - un écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz engendré par les languettes inclinées et incurvées qui sont régulièrement réparties circulairement à raison d'une tous les 30 à 45 degrés. En plus de la stabilité conférée à la flamme dard par les flammes de pilotage, il est possible d'améliorer la finesse du contour du dard (31) par l'adjonction longitudinale dans le tube d'admission (1) d'une fine cloison diamétrale ou de deux se croisant à angle droit pour assurer un écoulement parfaitement laminaire du mélange air-gaz devant pénétrer dans le manchon central (5) Les chalumeaùx de brasage utilisant ces brûleurs à flamme dard entourée de flammes de pilotage courtes et stables ont des performances nettement améliorées. Les brûleurs selon l'invention conviennent parfaitement à l'équipement des lances de chalumeaux et plus particulièrement à ceux pourvus d'un allumage piézo-électrique. REVENDICATIONS 1) Brûleur aéro-gaz à flamme dard comprenant une partie tubulaire (3) raccordée intérieurement par un tronc de cône (2) à un tube d'admission (1) pour former un corps monobloc lequel pourvu d'un moyen de raccordement à une chambre de mélange ou à un tube de liaison abrite au sein de sa partie tubulaire un diffuseur et une chambre de combustion ouverte sur l'extérieur, caractérisé en ce que le diffuseur assure un écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage (27) de la flamme dard. 2) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'écoulement hélicoïdal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage est créé par des languettes (6) radiales incurvées faisant office de déflecteurs solidaires d'une couronne métallique (22) constituant le flasque avant (7) du diffuseur. 3) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur comporte une chambre annulaire (21) formée par l'espace entourant le manchon central (14) entre les flasques avant et arrière laquelle assure la détente du mélange de pilotage après son laminage, dans les passages (29) existant entre le flasque arrière (13) et le manchon central. 4) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les flasques avant et arrière montés sur le manchon central sont identiques et sont séparés l'un de l'autre soit par une entretoise cylindrique (20) de même diamètre extérieur, soit par la partie non décolletée du manchon central (5). 5) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendicaiton 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que les languettes radiales incurvées assurant l'écoulement hélicoidal du mélange air-gaz alimentant les flammes de pilotage se trouvent régulièrement réparties sur la couronne métallique dont elles émergent soit au niveau de la circonférence intérieure lorsqu'ellles sont orientées vers le manchon central, soit au niveau du pourtour lorsqu'elles sont tournées vers l'extérieur du diffuseur. 6) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que suivant la position des languettes par rapport à la couronne métallique les flasques avant et arrière sont montés symétriquement sur les extrémités du manchon central soit par déformation élastique des languettes (18) sur ledit manchon (14) soit par frettage des couronnes métalliques (22) sur les épaulements externes (8) (10) des extrémités du manchon central (5). 7) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendication 1 ou la revendication 3 caractérisé en ce que l'alimentation en mélange air-gaz de la chambre de détente (24) est assuré par un évasement tronçonique (25) de l'intérieur du corps du brûleur au niveau du raccordement du tube d'admission à la partie tubulaire de diamètre supérieur abritant le diffuseur et la chambre de combustion (4). 8) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur est maintenu en position dans le corps dudit brûleur soit par un sertissage externe (12) soit par une bague (17) de renforcement intérieur de l'épaisseur du corps introduite sous contrainte dans la chambre de combustion (19). 9) Brûleur aéro-gaz à flamme dard selon la revendication 1 caractérisé en ce que longitudinalement le tubR d'admission (1) peut être pourvu d'une fine cloison diamétrale ou de deux se croisant pour assurer un écoulement parfaitement laminaire du mélange air-gaz devant pénétrer dans le manchon central (5).