Brevet FR2674333A1 — publié le 19920925

DISPOSITIF POUR TESTER LA RESISTANCE D'UN MATERIAU A UN JET GAZEUX La présente invention concerne un dispositif dont le le est de tester la résistance mécanique d'un matériau. En particulier, ce dispositif permet de contrôler la ré itccnce dun matériau à un jet gazeux. Différents types de matériaux nécessitent, de par leur application, de résister à un jet gazeux caractérisé par une pression et une température déterminées. I1 s'agit de matériaux se situant à proximité d'un jet gazeux, ou de matériaux localisés à côté d'une conduite de gaz ou d'un ensemble renfermant du gaz. Dans ce dernier cas plus précisément, la résistance du matériau à un jet gazeux répond à une exigence de sécurité. Un matériau résistant à ce jet gazeux aura pour but, si ce n'est de préserver l'environnement immédiat de ce jet gazeux, du moins de laisser le temps nécessaire afin de prendre certaines mesures de sécurité adéquates. I1 est donc nécessaire de connaître la résistance d'un tel matériau à un jet gazeux. Dans ce but, un test s'avère obligatoire. Une application particulière de ce problème concerne la résistance des matériaux utilisés à proximité des pots catalytiques dans le domaine automobile. En effet, circulent dans le pot catalytique des gaz brûlés d'une température de l'ordre de 8500C. Une perforation de ce pot entraîne un risque certain, compte tenu des conditions de rempérature de fonctionnement. Un écran thermique, matériau à tester, peut être placé entre ce pot et le châssis du véhicule, à une distance variable suivant les modèles du véhicule. I1 a pour rôle, comme son nom l'indique, de protéger de la chaleur dégagée par le pot, tout élément du véhicule situé à proximité du pot. I1 doit donc posséder une résistance certaine à un jet gazeux, simulant une fuite due à une perforation du pot catalytique. Les constructeurs automobiles pour déterminer la résistance du matériau en question procèdent, par exemple, à la perforation du pot catalytique afin de produire un jet gazeux. Le fait de réaliser ce test en grandeur nature est coûteux et peu commode de mise en oeuvre. En effet, cela nécessite d'utiliser des dimensions relativement grandes de matériau à tester, de percer un orifice dans le pot d'une dimension telle que le jet gazeux ait une pression déterminée précisément. La pression et la température du jet gazeux ne sont pas obtenues de façon précise et reproductible. De plus, dans le cas d'une répétition d'essais successifs, cette méthode est particulièrement peu rapide. Dans la suite de la description, il sera fait référence à ce type de matériau, étant entendu qu'il n'est mentionné qu'à titre d'exemple, l'invention pouvant s'appliquer à tout autre matériau soumis à un jet gazeux à haute température. L'invention a pour but de proposer un dispositif afin de réaliser des tests de résistance d'un matériau à un jet gazeux. Ce dispositif est constitué principalement par un générateur de jet gazeux comprenant un brûleur à combustion interne pourvu de moyens de régulation de température et de pression. Des brûleurs à combustion interne sont connus, par exemple, du brevet EP 0 091 380, pour l'étirage de fibres minérales en vue de la production d'isolant thermique. Dans cette application, les courants gazeux engendrés présentent des températures et des pressions élevées. Compte tenu de leur destination, ces brûleurs sont réalisés de manière à produire un fort débit de gaz. A l'inverse, selon l'invention, le dispositif proposé est destiné à engendrer un jet gazeux de relativement faible débit. Les brûleurs à combustion interne comprennent, de fa çon générale, une chambre de combustion, des moyens d'alimentation en mélange gazeux combustible et un orifice d'émission. Le mélange gazeux, préalablement formé, est introduit par des conduits d'alimentation dans la chambre de combustion. I1 s'enflamme dans cette dernière. Les produits de combustion s 'écoulent des orifices d'admission situés à l'extrémité des conduits d'alimentation jusqu'aux orifices d'émission. De façon préférée on utilise, selon l'invention, un brûleur à combustion interne du type de celui décrit dans le brevet EP 0 091 380. Selon ce document, une trajectoire modifiée des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion permet une inflammation précoce du mélange combustible ainsi qu'une meilleure stabilité de la flamme de combustion. La trajectoire modifiée des gaz, selon ce document, consiste en une boucle. Les gaz introduits ont un sens d'écoulement globalement opposé à celui que possèdent les gaz brûlés émis du fait de la disposition des orifices d'admission par rapport aux orifices d'émission. La pression du jet gazeux est déterminée principalement par la dimension de l'orifice d'émission du gaz dans l'atmosphère. De façon préférée, une buse de diamètre déterminé peut être fixée sur l'orifice d'émission du jet. Des buses de différents diamètres permettent de régler la pression du jet gazeux émis. La température du jet gazeux émis est définie principalement, à la fois par la nature et les proportions des gaz constituant le mélange combustible, par les conditions de combustion du mélange et par la présence éventuelle d'un système de refroidissement. Selon un mode préféré de l'invention, le combustible est du gaz naturel et le comburant de l'air. Afin d'obtenir une meilleure combustion, il est préférable de choisir un rapport stoechiométrique combustible/comburant. Dans ces conditions, si le brûleur utilisé est du type de celui décrit dans le brevet EP O 091 380, brûleur utilisé de façon préférentielle, les produits de combustion atteignent alors une température de l'ordre de 15000C. Pour obtenir une température du jet gazeux inférieure à cette valeur, différents moyens de refroidissement sont possibles. Ces moyens sont disposés au nez du brûleur de telle sorte qu'ils conduisent les gaz émis de la chambre de combustion vers le matériau à tester. Ils assurent le refroidissement des gaz émis par un transfert de chaleur. Selon un mode préférentiel de l'invention, ce moyen est un corps métallique, de forme géométrique simple permettant le transfert de chaleur à l'atmosphère environnante. La forme de ce corps est choisie de façon à ce que ce corps résiste à la température et à la pression élevées du gaz émis de la chambre de combustion. De plus, la forme et les dimensions de ce corps doivent permettre d'obtenir le degré de refroidissement voulu. En effet, le temps de passage des gaz au travers du corps est déterminé par la vitesse propre aux gaz de combustion et par la distance parcourue par ces gaz au travers du corps métallique. D'autre part, la forme et les dimensions de ce corps conditionnent la surface de contact entre les gaz et ce corps. Un corps quelconque, muni d'une double paroi dans laquelle circule un liquide réfrigérant, ou un serpentin réfrigérant, peuvent aussi être utilisés. Afin d'obtenir, de façon assez précise, une pression et une température déterminées du jet gazeux émis, le couple température/pression peut être modulé à l'intérieur de la chambre de combustion par un système de fuite réglable, évacuant ainsi une partie des gaz de combustion. Les caractéristiques de l'invention, son mode de fonctionnement préféré sont décrits de façon plus détaillée dans la suite de la description qui fait référence aux planches de dessins annexées. Dans celles-ci la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une coupe du brûleur utilisé de fa çon préférentielle, la figure 3 montre, de façon plus détaillée, le brûleur. Selon la figure 1, les produits de combustion sont émis de la chambre de combustion 4 vers le matériau à tester 8. Ils passent au travers d'un corps métallique 7 cylindrique, permettant un transfert de chaleur avec l'atmosphère environnante afin de refroidir le jet gazeux, selon le mode préférentiel de l'invention. Le débit du jet gazeux est déterminé, à la fois par la dimension de l'orifice d'émission du jet à l'extrémité du cylindre 7 et par une vanne micrométrique 3 réglant le débit d'admission du mélange combustible/comburant. Un orifice tronconique 6bis muni d'un bouchon 6 per mettent de moduler le couple température/pression ainsi que le débit gazeux, en laissant échapper une partie des produits de combustion. Le rapport combustible/comburant est obtenu grâce à deux vannes micrométriques 1 réglant respectivement le débit de ces gaz. Un conduit d'admission 2 achemine le mélange combustible vers la chambre de combustion. Un allumeur 5 enflamme le mélange combustible lorsque le brûleur est en régime de démarrage. La figure 2 montre, de façon plus spécifique, le fonctionnement du brûleur utilisé de façon préférentielle. Le mélange combustibleicomburant est introduit dans la chambre de combustion 4 au travers d'orifices d'admission 9. Les gaz introduits longent la paroi 10 du corps du brûleur, leur trajectoire s'inversant au niveau de la paroi 11 pour ensuite s'écouler vers un orifice d'émission 12. Les parois du corps du brûleur peuvent être constituées par une succession de couches distinctes 13 de matériaux réfractaires recouvertes par une couche métallique réfractaire 14. La disposition des orifices d'admission 9 par rapport aux orifices d'émission 12 permet une trajectoire des gaz en boucle. Dans cette disposition, les parois du corps du brûleur se chauffent mutuellement par rayonnement. Une meilleure homogénéisation de la température dans la chambre de combustion est ainsi obtenue et aussi, par conséquent, une meilleure stabilité de la combustion. A la figure 3, les gaz brûlés s'échappant de l'orifice d'émission 12 peuvent s'écouler le long des parois métalliques d'un corps creux métallique 7. Ce dernier a pour but, selon un mode préféré de l'invention, de refroidir le jet gazeux émis en 12 par un transfert thermique afin d'obtenir un jet gazeux à une température spécifiée. Une buse 15, de diamètre déterminé, détermine principalement la pression du jet gazeux. Sur cette figure, le corps 7 est un cylindre. Exemple de réalisation de ce test Le matériau à tester est un écran thermique destiné à protéger de la chaleur les différents éléments d'un véhi cuie situés à proximité d'un pot catalytique. Ce matériau est constitué d'une feuille de fibres isolantes recouvertes, de part et d'autre, d'une couche en aluminium. Cet écran thermique doit résister pendant une durée de 30 mn à un jet gazeux d'une pression de 1 bar à une température de 8500C + 200C, simulant une perforation, d'un diamètre de 3 mm, du pot catalytique. Le brûleur utilisé est du type de celui décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. Les dimensions relatives au brûleur dans cet essai sont diamètre du corps du brûleur : 120 mm, i hauteur du corps du brûleur : 115 mm, g hauteur de la chambre d'admission circulaire : 45 mm, " orifices d'admission : 30 trous d'un diamètre de 2,5 mm répartis sur un diamètre de 90 mm, " épaisseur de chaque couche constituée par des matériaux réfractaires : 3 mm, épaisseur de la paroi en acier réfractaire 2 2 mm sur le dessus, 3 3 mm pour les parois constituant le corps du brûleur. Le corps refroidissant est constitué par un cylindre métallique dont la longueur est réglée de façon à obtenir un jet gazeux de 850"C + 200C. On enregistre une température des gaz brûlés de l'ordre de 1500"C à l'intérieur de la chambre de combustion et de l'ordre de 850"C lors de l'émission du jet gazeux. REVENDICATIONS l. Dispositif de test de résistance d'un matériau à un jet gazeux constitué principalement d'un générateur de jet comprenant un brûleur à combustion interne pourvu de moyens de régulation en température et pression. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le brûleur à combustion interne est du type comprenant une chambre de combustion, des moyens d'alimentation en mélange gazeux combustible conduisant ledit mélange dans la chambre de combustion et un orifice d'admission, le mélange gazeux étant introduit dans la chambre en un ou plusieurs points de la chambre situés de telle manière que ledit mélange soit conduit à longer les parois de la chambre dès son introduction et s'écoule suivant une trajectoire globalement opposée à celle du jet émis. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel le mélange gazeux combustible/comburant est choisi dans un rapport proche de la stoechiométrie. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel un mode de régulation du jet gazeux émis consiste à moduler le débit de mélange combustible intro duit dans la chambre de combustion. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel un moyen de régulation du jet gazeux émis consiste à évacuer une partie des gaz de combustion hors de la chambre de combustion par un système de fuite réglable. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le système de fuite est constitué par un orifice ménagé dans une paroi de la chambre de combustion, orifice dont l'ouverture est réglable. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la pression du jet gazeux émis est régulée par la dimension de l'orifice par lequel le gaz est émis. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la température du jet gazeux émis est régulée grâce à un système de refroidissement disposé au nez du brûleur et conduisant les gaz émis en direction du matériau à tester, ledit système assurant un transfert de chaleur permettant le refroidissement des gaz émis.