Brevet FR2636545A1 — publié le 19900323

La présente invention concerne une lance de projection d'un mélange de fluides et, plus particulièrement un mélange d'eau avec un ou plusieurs autres liquides ou gaz. On sait que les lances à eau sont utilisées principalement pour éteindre les incendies. L'eau a un pouvoir extincteur certain dans de nombreux types d'incendie. On recherche maintenant à améliorer son pouvoir extincteur en utilisant des mélanges, tels que des mélanges d'eau et de produits chlorofluorés, etc. Les lances à eau sont également utilisées dans des opérations de maintien de l'ordre et, dans ce cas, on recherche & ajouter à l'eau des produits lacrymogènes ou ayant un pouvoir incapacitant. Des lances à mélange de fluides peuvent, par ailleurs, être utilisées dans l'industrie chimique et pour des opérations de nettoyage, de décontamination, etc. La lance de mélange liquide, suivant l'invention, est prévue pour répondre A deux conditions: d'une part, projeter un jet efficace à grande distance et, d'autre part, réaliser instantanément un mélan- ge homogène de liquides. En ce qui concerne la réalisation du mélange, il est connu de préparer des mélanges de fluides avant l'admission dans des lances à incendie projetant des produits moussants à grand pouvoir extincteur. A titre d'exemples, de telles lances sont décrites dans les documents EP-A-119 527 et FR-A-2 359 648. Ces systèmes présentent l'inconvé- nient de nécessiter deux dispositifs séparés: le mélangeur et la lance, ce qui rend l'ensemble plus encombrant. De plus, certains mélanges ne sont stables qu'un court instant et il est donc nécessai- re de ne les préparer qu'au dernier moment. A cet effet, on a déjà proposé d'utiliser l'effet de dépression créé par un jet d'eau pour entraîner un autre fluide à mélanger. A cet égard, on pourra, par exemple, se reporter au document FR-2 459 679. En pratique, étant donné la difficulté d'obtenir une dépression constante, il est diffi- cile d'obtenir des mélanges de composition constante et homogène dépassant 5%. En ce qui concerne.l'efficacité du Jet, on a déjà cherché à améliorer la contention transversale du jet. A titre d'exemple d'aju- tage conçu à cet effet, on pourra se reporter au document FR-A-2 359 648. Ce type d'ajutage crée une perte de charge limitant la distance à laquelle le jet est encore efficace. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu une lance de projection d'un mélange de fluides comprenant une tubulure d'entrée de liquide principal suivie d'une première chambre à parois interne et externe coniques divergentes, la paroi externe prolongeant la tubulure d'entrée et la paroi interne ayant son sommet en face de l'axe de la tubulure, ladite paroi externe étant percée de trous par lesquels au moins un fluide additionnel est projeté dans ladite première chambre, laquelle communique par d'autres trous pratiquement longitudinaux percés dans la périphérie de la base de ladite paroi interne avec une seconde chambre limitée par une paroi latérale conique convergente qui débouche dans un tubulure de sortie relative- ment longue. Suivant une autre caractéristique, l'intervalle périphérique entre les parois interne et externe coniques de la première chambre est fermé par une virole cylindrique. Suivant une autre caractéristique, la paroi latérale conique de la seconde chambre comporte deux troncs de c8ne d'angles au sommet décroissant de l'entrée vers la sortie. Suivant une autre caractéristique, la tubulure de sortie de la lance est entourée d'une manche de passage d'air dont le diamètre, au-delà de la sortie de ladite tubulure de sortie, se réduit rapide- ment jusqu'à une valeur légèrement supérieure à celle du diamètre de la tubulure de sortie. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une lance à fluide suivant l'invention, et la Fig. 2 est une vue en coupe schématique d'une variante de la lance de la Fig. 1. La lance de la Fig. 1 comprend une pièce d'entrée 1, une pièce intermédiaire 2 et une pièce de sortie 3. La pièce d'entrée 1 comporte une partie a surface interne cylindrique 4 suivie d'une partie à surface interne conique 5, le c8ne de la partie 5 étant divergent, en considérant le sens de l'écoulement indiqué par les flèches F. La partie cylindrique 4 est prévue pour être reliée à une canalisation d'eau sous pression, non montrée. La partie conique 5 est percée d'un certain nombre de trous 6 qui sont prévus pour être 3 2636545 reliés à une source de fluide à mélanger à l'eau, que l'on décrira plus en détail dans la suite. La pièce intermédiaire 2 est conique intérieurement et extérieu- rement, les pointes des c8nes étant tournées vers celui du c8ne de la partie 5. La surface amont 7 de la pièce 2 a un angle au sommet sensiblement égal à celui de la partie 5 comme sa surface aval 8. La base 9 de la pièce conique 2 a la forme d'une couronne circulaire percée de trous longitudinaux 10. Dans l'exemple décrit, le bord de la couronne 9 est relié à la base de la partie 5 de la pièce 1 par une partie cylindrique 11 qui sert à limiter transversalement une première chambre conique divergente A dans laquelle l'eau entrant par la partie 4 se mélange avec le fluide sortant des trous 6. La pièce de sortie 3 comprend une partie cylindrique 12 qui entoure la couronne 9, une partie conique convergente 13 et une partie cylindrique 14. La chambre B, entre la surface conique diver- gente 8 et la partie conique convergente 13 crée une turbulence qui assure un mélange homogène de l'eau et du fluide additionnel qui sort, à grande vitesse, par la partie 14. La somme des sections transversales des trous 10 est sensible- ment égale à la somme de la section transversale du trou 4 et de celle des trous 6. Ainsi, on ne crée pas de pertes de charge au cours de l'opération de mélange des fluides. Par contre, la section trans- versale de la partie 14 est inférieure à cette somme pour imprimer une grande vitesse au fluide sortant de la lance. Dans l'exemple décrit, autour du cylindre 11, est prévue une virole cylindrique 15 qui est filetée extérieurement à ses deux extrémités, pour y visser, d'une part, la surface interne taraudée de la partie 12 de la pièce 3 et, d'autre part, la surface interne taraudée de la cuvette 16 d'une pièce annulaire 17 servant à l'alimen- tation en fluide destiné à passer par les trous 6. La partie centrale du fond de la cuvette 16 est percée d'un trou qui permet d'enfiler le manchon 17 sur la surface externe de la partie cylindrique 4 de la pièce d'entrée 1, laquelle présente un épaulement 18 contre lequel vient s'appuyer le manchon 17 pour assurer l'étanchéité d'une chambre annulaire C limitée d'une part par le fond de la cuvette 16, par la virole 15 et la surface externe de la partie conique 5. Un trou 19 est encore prévu dans le manchon 17 pour faire communiquer la chambre C avec la canalisation d'amenée du fluide additionnel. Bien entendu,- les trous 6 débouchent dans la chambre C. La partie cylindrique 12 de la pièce de sortie 3 présente également un épaulement annulaire 20 qui vient en contact avec la surface aval de la couronne 9 quand on visse la pièce 3 sur la virole 15. Ainsi, l'ensemble des pièces 1 et 2 se trouve longitudinalement bloqué entre les épaulements 18 et 20. Aux lignes de contact entre les différentes pièces, on coule des joints en plastique pour par- faire 1 'étanchéité. A titre d'exemple, on a fait des essais avec une lance dans laquelle l'eau entrait dans la chambre A à une pression de 14 bars et le fluide additionnel, par exemple un liquide lacrymogène, était appliqué à l'entrée 19 à une pression de 18 à 20 bars. Le diamètre interne de la partie 4 était de 38 mm, celui de la partie 12 de 100 mm et celui de la partie 14 de 23 mm, la longueur totale était de 407 mm, le demi-angle au sommet des cônes 2 et 5 était de 28 , le nombre des trous 6 était de 18 et leur diamètre de 4 mm, le nombre des trous était de 14 et leur diamètre de 10 mm. Dans ces conditions, on avait 10 % de produit additionnel dans la composition homogène du mélange et la portée de la lance était de 40 à 60 m selon l'angle d'inclinaison. Le fonctionnement de la lance est le suivant. L'eau entrant par la tubulure 4 subit un ralentissement et un changement de direction à la rencontre du c8ne 2. Donc, son écoulement devient turbulent et le fluide additionnel sortant par un grand nombre de trous 6 répartis uniformément commence à se mélanger à l'eau. Le passage du prémélange par les trous 10 accentue l'homogénéité du mélange qui s'achève dans la chambre B o le mélange reprend de la vitesse pour s'écouler dans le canon 14 en mode turbulent. On notera que, à la Fig. 1, on a prévu que la partie 13, qui définit la chambre B entre les trous 10 et le canon 14, a une surface interne se composant de deux c8nes, créant ainsi deux arêtes circulai- res. Cela a pour effet de conserver un bon de degré de turbulence à l'écoulement. Une seule arête circulaire à l'entrée du canon peut entraîner un régime trop turbulent qui tend à créer un jet se dispersant trop vite. Un passage de la chambre B au canon trop progressif ou "lisse" peut entra!ner un écoulement quasi-laminaire au détriment de l'homogénéité du mélange dans le jet à cause des 2636545 différences de densités de l'eau et du liquide additionnel. Dans la variante de lance représentée schématiquement à la Fig. 2, on a utilisé les mêmes références numériques pour désigner les mêmes pièces qu'à la Fig. 1. On a ajouter une autre chambre annulaire C' dans laquelle on peut admettre un second fluide additionnel, sous forme liquide ou gazeuse. Cette chambre C' est reliée à une tubulure d'entrée 19', semblable à 19, et des trous 6' d'entrée dans la chambre A jouent le même r8le que les trous 6. Cette lance permet d'ajouter par exemple de l'air au mélange liquide que l'on obtient avec la lance de la Fig. 1. Dans cette variante, le canon 14 est entouré d'une manche 21, de plus grand diamètre, qui se prolonge au-delà du canon par un canon auxiliaire 22 dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du canon 14. Une partie conique 23 établit la liaison entre la manche 21 et le canon auxiliaire 22. La manche 21 est ouverte à l'arrière si bien que de l'air y est aspiré, lequel va former une sorte de gaine gazeuse qui évite au jet de liquide sortant du canon 14 de toucher les parois du canon auxiliaire 22. Cela permet de prévoir un canon 14 plus court et donc de réduire les frottements du jet liquide, ce qui améliore la concentration du jet final. On notera que la lance de projection ne comprend aucune pièce mobile, ce qui la rend très simple et très fiable. Dans l'exemple de réalisation qui a fait l'objet d'une expérimentation mentiinnée plus haut, les différentes pièces de la lance étaient en acier inoxydable, mais tout ou partie de la lance pourrait être en matière plastique appropriée. 6. REVENDICATIONS 1) Lance de projection d'un mélange de fluides caractérisée en ce qu'elle comprend une tubulure d'entrée (4) de liquide principal suivie d'une première chambre (A) à parois interne (2) et externe (5) coniques divergentes, la paroi externe (5) prolongeant la tubulure d'entrée (4) et la paroi interne (2) ayant son sommet en face de l'axe de la tubulure d'entrée (4), ladite paroi externe (5) étant percée de trous (6) par lesquels au moins un fluide additionnel est projeté dans ladite première chambre (A), laquelle communique par d'autres trous (10) pratiquement longitudinaux percés dans la périphé- rie de la base (9) de ladite paroi interne (2) avec une seconde chambre (B) limitée par une paroi latérale conique (13) convergente qui débouche dans un tubulure de sortie (14) relativement longue. 2) Lance à fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'intervalle périphérique entre les parois interne (2) et externe (5) coniques de la première chambre (A) est fermé par une virole cylindrique (15). 3) Lance à fluide selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la paroi latérale conique (13) de la seconde chambre (B) comporte deux troncs de c8ne d'angles au sommet décroissant de l'entrée vers la tubulure de sortie (14). 4) Lance à fluide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la tubulure de sortie (14) de la lance est entourée d'une manche de passage d'air (21) dont le diamètre, au-delà de la sortie de ladite tubulure de sortie (14), se réduit rapidement jusqu'à une valeur légèrement supérieure à celle du diamètre de la tubulure de sortie (14).