Brevet FR2703439A1 — publié le 19941007

La présente invention concerne une torche d'oxycoupage à jet d'oxygène liquide, comprenant une tête de coupe comportant un premier canal d'éjection de section réduite, destiné à être relié à un circuit d'oxygène liquide, s'étendant dans un deuxième canal d'éjection profilé, destiné à être relié à un premier circuit d'oxygène gazeux. Une torche d'oxycoupage de ce type est décrite dans le document US-A-5 165 602, au nom de la Demanderesse. La présente invention a pour objet de proposer une torche d'oxycoupage à jet d'oxygène liquide perfectionnée, comportant une io tête de coupe modulaire et amovible facilitant le remplacement des éléments d'usure et permettant d'en adapter facilement la configuration aux différentes conditions de coupe, permettant d'augmenter les capacités de coupe avec un système intégré de chauffe de la pièce à découper et garantissant une protection efficace de la ligne cryogénique d'oxygène liquide. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le premier canal de la tête de coupe est formé dans un premier insert disposé dans un deuxième insert définissant extérieurement le deuxième canal et lui- même disposé dans un bloc servant au montage amovible de la tête de coupe dans un bloc de distribution de la torche définissant une partie aval d'au moins le premier circuit d'oxygène gazeux. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: le bloc est un bloc de montage et de chauffe définissant au moins une couronne de canaux de chauffe destinés à être reliés à un deuxième circuit d'oxygène gazeux et à un circuit de combustible, le bloc de distribution délimitant une partie aval du deuxième circuit d'oxygène gazeux et du circuit de combustible; le bloc de distribution est monté à l'extrémité d'un fourreau de torche comportant une enveloppe extérieure tubulaire dans laquelle sont aménagées des portions desdits circuits de fluides ainsi que, typiquement, un circuit d'azote liquide de sous-refroidissement de l'oxygène liquide de coupe. -Le document US-A-4 938 455 décrit une torche d'oxycoupage à jet d'oxygène liquide mais sans tête de coupe amovible à inserts, sans gainage du jet d'oxygène liquide par un rideau d'oxygène gazeux à grande vitesse, et sans canaux de chauffe. La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une torche selon l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle de la tête de coupe de la torche de la figure 1. Comme on le voit sur la figure 1, une torche selon la présente invention comprend un fourreau cylindrique allongé, généralement désigné par la référence 1, se terminant, à une extrémité, par une tête de coupe, généralement désignée par la référence 2, montée dans un bloc de distribution 3 à l'extrémité du fourreau 1 Le fourreau 1 comprend une enveloppe extérieure constituée par un tube avant 4 et un tube arrière 5 concentriques solidarisés de façon étanche l'un à l'autre, le bloc de distribution 3 étant fixé de façon étanche à l'extrémité du tube avant 4, le tube arrière 5 étant fixé de façon étanche à une platine de raccordement 6 comportant des moyens de raccordement à des circuits intérieurs de la torche à des circuits de fluide extérieurs, comme on le verra plus avant Dans un alésage central de la platine 6 est montée de façon étanche, et fixée par un écrou 70, une extrémité avant d'une structure tubulaire antérieure 7 supportant une structure postérieure tubulaire 8 via un flexible onduleux en acier inoxydable 9. Un tube central 10 s'étend longitudinalement tout au long des structures tubulaires 8 et 7 et du fourreau 1 L'extrémité arrière du tube 10 est fixée dans un écrou Il monté de façon étanche sur l'extrémité arrière de la structure tubulaire postérieure 8 et servant au raccordement à une canalisation thermiquement isolée d'amenée d'oxygène liquide sous pression (non représentée) L'extrémité avant du tube 10 est montée de façon étanche dans une pièce annulaire 12 elle- même fixée de façon étanche à l'extrémité d'un tube 13, disposé concentriquement à l'intérieur des tubes 4 et 5, autour du tube 10, et dont l'extrémité arrière est fixée de façon étanche à l'extrémité avant de la structure tubulaire 7 Un tube 14, d'extension axiale légèrement inférieure à celle du tube 10, est disposé autour de celui- ci, à l'intérieur du tube 13 Le tube 14 a son extrémité arrière fixée de façon étanche au tube 10 par un embout coaxial 15, son extrémité avant étant reliée, de façon étanche, à la pièce annulaire 12 par une coupelle 16 définissant, avec la face arrière de la pièce annulaire 12, une chambre intérieure annulaire 17, autour du tube 10, cette chambre 17 communiquant librement avec le passage tubulaire formé dans le tube 14 autour du tube 10 Une tubulure 18, fixée de façon étanche à la coupelle 16, s'étend en formant des convolutions dans l'espace annulaire intérieur entre le tube 14 et le tube 13, puis les structures tubulaires 7 et 8, pour rejoindre l'embout 15, ce dernier étant muni de moyens de raccordement (non représentés) à un circuit de circulation d'azote liquide pour provoquer un flux d'azote liquide, remontant, à contre-courant, dans l'espace entre les tubes 14 et 10, depuis la chambre intérieure 17, o le flux d'azote liquide parvient par la tubulure 18 Selon un aspect de l'invention, l'espace intérieur, entre les tubes 14 et 13, dans lequel s'étend la tubulure d'amenée d'azote 18, est maintenu sous vide. Le fourreau 1 comporte en outre un tube 19 disposé autour du tube 13, l'extrémité avant du tube 19 étant montée de façon étanche dans un alésage arrière du bloc de distribution 3, l'extrémité arrière du tube 19 étant montée de façon étanche dans un alésage avant de la platine 6 Le tube 19 définit ainsi, avec le tube 13, un passage tubulaire reliant une chambre annulaire arrière 20, formée autour du tube 13 et délimitée, à l'arrière, par la structure tubulaire 7, à une chambre annulaire antérieure 21 délimitée dans la partie arrière du bloc de distribution 3 par la pièce annulaire 12 L'espace intérieur entre les tubes 4 et 5 d'une part et le tube 19 forme une portion d'un circuit de retour de fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, évacuée par une sortie 22 dans la platine 6 et provenant d'une chambre annulaire 23 formée à la périphérie du bloc de distribution 3 et alimentée en fluide de refroidissement par au moins un tube 24 s'étendant dans ledit espace intérieur en provenance d'une entrée 25 de fluide-de refroidissement prévue dans la platine 6. Comme on le voit mieux sur la figure 2, la tête de coupe 2 comprend un bloc de montage et de chauffe 26 comportant un logement central profilé traversant dans lequel est monté un insert tubulaire 27 comportant une partie avant tronconique et définissant intérieurement un canal 28 en forme de tuyère de Laval, comme décrit dans le document US-A- 5 165 602 sus-mentionné Dans l'insert 27 est monté, via des ailettes radiales 29, un insert central tubulaire 30 à partir duquel s'étend, dans le canal 28 de l'insert 27, un tube fin calibré, ou aiguille 31, dont l'extrémité arrière est solidaire d'un anneau porte-aiguille 32, lui-même monté de façon amovible dans l'alésage central 33 de l'insert 30 Le bloc de chauffe et de montage 26 comporte une face arrière annulaire transversale plane 34 par rapport à laquelle font saillie les inserts 27 et 30 et qui est munie de deux rainures concentriques 35 et 36 communiquant chacune, dans le mode de réalisation représenté, avec une première et une deuxième séries de passages angulairement répartis, 37, 38, débouchant dans la face avant du bloc 26 en formant deux couronnes d'orifices concentriques autour de l'orifice d'éjection de la tuyère 28 Dans l'exemple représenté, les passages 37 de la couronne extérieure sont percés dans la masse du bloc 26 et débouchent dans la rainure annulaire extérieure 35 en communiquant par des passages individuels avec la rainure annulaire intérieure 36, alors que les passages 38 de la couronne intérieure sont formés par des rainures longitudinales extérieures de l'insert 27, qui communiquent avec une gorge annulaire de mélange 39 formée dans le bloc 26 et reliée par des passages individuels aux rainures annulaires 35 et 36. En faisant de nouveau référence à la figure 1, le bloc de distribution 3 comporte un large alésage taraudé 40 débouchant vers l'avant et délimité vers l'arrière par une face annulaire transversale plane 41 comportant elle aussi deux rainures annulaires concentriques 42 et 43, correspondant aux rainures annulaires 35 et 36 du bloc 26 et reliées respectivement à des conduites d'amenée de combustible gazeux et d'oxygène gazeux (non représentées) s'étendant dans le fourreau 1 jusqu'à des moyens de raccordement (non représentés) dans la platine 6 pour le raccordement à des circuits d'amenée de combustible et d'oxygène gazeux à faible pression, respectivement La pièce annulaire 12 comporte un passage central traversant étagé pour recevoir une extrémité arrière de l'insert 30 faisant saillie hors de l'insert 27 et comportant une face arrière tronconique 44 coopérant en contact étanche avec une face tronconique correspondante 45 dans le passage central de la pièce annulaire 12 On comprendra de la description qui précède que l'ensemble amovible du bloc 26 et des inserts 27 et 30, euxmêmes individuellement amovibles, est mis en place dans le bloc de distribution 3 par coopération entre un filetage extérieur du bloc 26 et le taraudage de l'alésage 40 jusqu'à ce que les faces annulaires 34 et 41 viennent en contact étanche métal-métal l'une contre l'autre, la partie arrière en saillie de l'insert central 30 étant, dans cette position, en contact étanche avec le passage central de la pièce annulaire 12. En fonctionnement, les passages 37 et 38 éjectent un mélange oxycombustible fourni par les rainures appariées 42, 36 et 43, 35 pour former des flammes de chauffe de la pièce à découper De l'oxygène liquide, sous une pression supérieure à 100 x 105 Pa, refroidi dans le tube 10 par l'azote liquide dans le tube 14, parvient, par le passage central de la pièce annulaire 12, l'alésage central 33 de l'insert central 30 jusqu'à l'aiguille 31 d'o il est éjecté en étant gainé par un flux d'oxygène gazeux éjecté à grande vitesse, à une pression supérieure à 0,15 M Pa, par la tuyère 28, cet oxygène de gainage provenant d'une conduite de fourniture d'oxygène gazeux sous pression débouchant en 46 dans la chambre annulaire 20, puis passant par l'espace entre les tubes 13 et 19, la chambre annulaire 21 et les passages entre les nervures 29 dans l'insert 27. L'agencement selon l'invention, associant à un jet d'oxygène liquide gainé d'oxygène gazeux, une couronne de flammes, permettant une constriction du jet d'oxygène liquide qui en augmente la cohérence sur une longueur plus importante, permet d'utiliser la torche à une plus grande distance de la pièce à couper, ce qui contribue à une sécurité accrue de la torche vis-à-vis de l'échauffement et contre les remontées intempestives de scories de métal liquide Par ailleurs, cet agencement permet de poursuivre, à vitesse certes plus réduite, mais sans interruption, en augmentant la pression de l'oxygène gazeux de gainage, une opération de coupe en cas de défaillance ou de rupture de la ligne d'oxygène liquide sous pression Le gainage par de l'oxygène gazeux permet d'autre part de faciliter l'amorçage de la torche et assure une protection efficace de l'aiguille d'éjection d'oxygène liquide contre l'échauffement Comme sus-mentionné, le bloc de coupe et de chauffe à inserts permet de faciliter grandement la maintenance de la torche en en augmentant la versatilité Enfin, la possibilité de changer la ligne cryogénique permet d'utiliser ou non un sous-refroidissement de cette ligne par de l'azote liquide, selon les besoins réels. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Torche d'oxycoupage à jet d'oxygène liquide, comprenant une tête de coupe ( 2) comportant un premier canal d'éjection de section réduite ( 33, 31), destiné à être relié à un circuit d'oxygène liquide, s'étendant dans un deuxième canal d'éjection profilé ( 28), destiné à être relié à un premier circuit d'oxygène gazeux, caractérisée en ce que le premier canal est formé dans un premier insert ( 30) disposé dans un deuxième insert ( 27) définissant extérieurement le deuxième canal ( 28) et disposé dans un bloc ( 26) servant au montage amovible de la tête de coupe ( 2) dans un bloc de distribution ( 3) de la torche délimitant une partie aval d'au moins le premier circuit d'oxygène gazeux ( 21). 2 Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bloc ( 26) est un bloc de montage et de chauffe définissant au moins une couronne de canaux de chauffe ( 37; 38) destinés à être reliés à un deuxième circuit d'oxygène gazeux ( 43) et à un circuit de combustible ( 42). 3 Torche selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le bloc de montage et de chauffe ( 26) comporte une face annulaire intérieure transverse plane ( 34) coopérant en contact étanche avec une face annulaire intérieure transversale plane ( 41) autour d'un passage central du bloc de distribution ( 3) dans lequel est reçue une extrémité arrière du deuxième insert ( 27). 4 Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier insert ( 30) comporte un tube de section réduite ( 31) formant l'extrémité aval du premier canal. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bloc de distribution ( 3) comporte une partie ( 23) d'un circuit de fluide de refroidissement ( 25, 24, 22) de la torche 6 Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bloc de distribution ( 3) est monté à l'extrémité d'un fourreau de torche ( 1) comportant une enveloppe extérieure tubulaire ( 4, 5) dans laquelle sont aménagées des portions desdits circuits. 7 Torche selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube central d'amenée d'oxygène liquide ( 10) s'étendant dans le fourreau ( 1) et débouchant dans une pièce annulaire ( 12) comportant un passage central ( 45) recevant à contact étanche une partie d'extrémité arrière ( 44) du premier insert ( 30) faisant saillie hors du deuxième insert ( 27). 8 Torche selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans l'enveloppe tubulaire ( 4, 5), un premier tube ( 14) entourant le tube central ( 10), relié à la pièce annulaire ( 12) et formant un premier tronçon d'un circuit de fluide de sous- refroidissement ( 15, 14, 17, 18). 9 Torche selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans l'enveloppe tubulaire ( 4,5), un deuxième tube ( 13) entourant le premier tube ( 14), relié à la pièce annulaire ( 12) et définissant, avec le premier tube ( 14), une chambre annulaire placée sous vide et dans laquelle s'étend une tubulure ( 18) formant un deuxième tronçon du circuit de fluide de sous-refroidissement. Torche selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans l'enveloppe tubulaire ( 4, 5), un troisième tube ( 19) entourant le deuxième tube ( 13), relié au bloc de distribution ( 3) et définissant, avec le deuxième tube ( 13), un tronçon du premier circuit d'oxygène gazeux.