Brevet FR2743012A1 — publié le 19970704

La présente invention concerne un dispositif de pulvérisation d'un combustible liquide, du type compor- tant deux passages séparés d'alimentation en combustible liquide et en gaz de pulvérisation, coaxiaux dans leur ensemble, et une tête de pulvérisation prolongeant lesdits passages, ladite tête étant munie pour chaque fluide d'un ou de plusieurs conduits qui convergent dans une ou plusieurs buses ménagées dans la tête et débou- chant dans une zone de combustion dans laquelle les buses libèrent un mélange du combustible liquide pulvérisé et du gaz de pulvérisation, laquelle tête est maintenue à l'extrémité des passages coaxiaux par un écrou vissé sur la paroi du passage extérieur. De tels dispositifs sont déjà connus et sont généralement désignés par "atomiseurs en Y" ou "pulvéri- sateurs en Y". Ils sont utilisés par exemple dans des brûleurs de chaudière de production de vapeur dans lesquels ils sont disposés au centre d'une veine d'air introduite dans la chaudière directement au travers d'une paroi. Dans les dispositifs connus, le combustible liquide, par exemple du fuel, est conduit jusqu'à la tête de pulvérisation par le passage d'alimentation extérieur. Ainsi, le gaz de pulvérisation, par exemple de la vapeur d'eau ou de l'air, est acheminé jusqu'à la tête par le passage central disposé au centre du passage extérieur. En cas de mauvais serrage de l'écrou qui main- tient la tête à l'extrémité des passages d'alimentation, une fuite du combustible liquide vers l'extérieur se produit par le filetage de l'écrou. Cet incident peut résulter d'un mauvais montage de l'écrou, d'un desserrage de celui-ci provoqué par la chaleur, ou encore d'une déformation des faces d'appui de l'écrou soumises aux températures élevées de fonctionnement. Dans le cas d'un brûleur mettant en oeuvre du fuel et de l'oxygène, le dispositif de pulvérisation est monté au centre d'une veine d'oxygène. Le fuel qui s'échappe par le filetage de l'écrou s'enflamme élevant localement la température à plus de 1000 C, endommageant gravement le dispositif. L'invention a pour but de proposer un dispositif de pulvérisation du type précité ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, dont la fiabilité est accrue et dont la fabrication est simple et peu onéreuse. A cet effet, l'invention a pour objet un disposi- tif de pulvérisation d'un combustible liquide, du type précité, caractérisé en ce que le passage d'alimentation en combustible liquide est en position centrale et est entouré par le passage d'alimentation en gaz de pulvé- risation. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des carac- téristiques suivantes: - la tête de pulvérisation comporte une jupe entourant les entrées des conduits pour le combustible liquide, laquelle jupe est reçue à l'intérieur du passage central et ladite jupe et ledit passage présentent res- pectivement extérieurement et intérieurement des sections complémentaires; - ladite jupe a une longueur supérieure au double de son diamètre extérieur, notamment égale au quadruple de son diamètre extérieur; ladite jupe comporte à son extrémité distale un joint assurant l'étanchéité entre ladite jupe et la paroi intérieure du passage central; - des gorges annulaires successives sont ménagées sur la longueur de la paroi extérieure de la jupe; - ladite jupe comporte dans sa partie proximale un filetage extérieur et l'extrémité avant du passage central comporte un taraudage complémentaire; - l'écrou est pourvu de perçages sensiblement longitudinaux débouchant d'un côté à l'interface entre la tête de pulvérisation et la paroi extérieure du passage extérieur et de l'autre côté dans la zone de combustion; - l'écrou comporte un rebord rentrant coopérant avec un épaulement de la tête de pulvérisation pour maintenir celle-ci à l'extrémité des passages coaxiaux dans leur ensemble, et ledit rebord rentrant recouvre complètement la paroi latérale exposée de ladite tête; - il comporte en amont de ladite tête de pulvéri- sation, un manchon dont l'ouverture axiale forme ledit passage central d'alimentation en combustible liquide, lequel manchon est pourvu d'une couronne de perçages lon- gitudinaux entourant ledit passage central et formant ledit passage d'alimentation en gaz de pulvérisation; et - un joint d'étanchéité est disposé à l'interface entre la tête de pulvérisation et la paroi du passage extérieur d'alimentation en gaz de pulvérisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur les- quels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de pul- vérisation selon l'invention; et - la figure 2 est une vue analogue d'une variante de réalisation du dispositif de pulvérisation selon l'invention. Le dispositif de pulvérisation 10 représenté sur la figure 1 comporte une tête de pulvérisation 12 montée à l'extrémité d'un raccord 14 par l'intermédiaire d'un écrou 16. Il est généralement de révolution d'axe X-X, la tête de pulvérisation étant supposée à l'avant. Le raccord 14 est soudé aux extrémités de deux conduites coaxiales 18, 20. La conduite intérieure 18 alimente le dispositif de pulvérisation en combustible liquide, du fuel par exemple, depuis une source sous pression 18A. La conduite extérieure 20 alimente le dispositif en gaz de pulvérisation, de la vapeur par exemple, depuis une source sous pression 20A. Le raccord 14 est formé par un manchon d'axe X-X comportant un passage cylindrique axial 22. Ce passage est destiné à l'alimentation de la tête 12 en combustible liquide. Le manchon est en outre traversé de part en part par une couronne de douze perçages longitudinaux 24 disposés à la périphérie du passage 22. Ces perçages 24 sont destinés à alimenter la tête 12 en gaz de pulvérisa- tion. L'épaisseur du manchon est réduite extérieurement dans sa partie arrière, de telle sorte que le passage 22 se prolonge au-delà des perçages 24. La partie arrière du passage 22 est délimitée par un tronçon de liaison 26 comportant une jupe d'extrémité 28 destinée à être engagée dans la conduite 18. Cette dernière est soudée par un cordon de soudure annulaire 30 au tronçon de liaison 26. Le manchon présente, au niveau des perçages 24, une surépaisseur extérieure 32 présentant un chanfrein arrière 34 contre lequel est soudée la conduite 20 par un cordon de soudure annulaire 36. Un filetage 38 est ménagé à l'avant sur la paroi extérieure du manchon pour le vissage de l'écrou 16. La tête de pulvérisation 12 est généralement de révolution d'axe X-X. Elle comporte à l'avant un bloc de pulvérisation 40 prolongé à l'arrière par une jupe 42 reçue dans le passage 22. Le bloc de pulvérisation 40 est formé d'un cylin- dre métallique massif dans lequel sont ménagées six buses de pulvérisation 44 cylindriques ayant un diamètre de 2,4 mm. Ces dernières débouchent sur la surface avant 46 du bloc de pulvérisation dans la zone de combustion. Elles forment un angle d'environ 15 avec l'axe X-X. La périphérie de la surface avant 46 sur laquelle débouchent les buses 44 est tronconique, de telle sorte que les buses débouchent perpendiculairement à cette surface. Les buses 44 sont prolongées vers l'arrière par des conduits 48 de diamètre réduit, par exemple de 1,6 mm. Ces conduits 48 débouchent au voisinage de l'axe X-X à l'intérieur de l'espace délimité par la jupe 42. Ils sont destinés à acheminer le combustible fluide jusqu'aux buses 44. Des conduits 50 d'amenée du gaz de pulvérisation débouchent à leur extrémité avant latéralement à l'inté- rieur des buses 44 et à leur extrémité arrière dans une rainure annulaire 52 entourant la jupe 42. Le diamètre de cette rainure correspond sensiblement au diamètre de la couronne de perçages 24. Les conduits 50 ont un diamètre identique à celui des conduits 48. Depuis son extrémité avant, le bloc de pulvérisa- tion 40 présente extérieurement un tronçon de diamètre réduit 54 délimitant ainsi une paroi latérale cylindrique de section circulaire prolongée par un épaulement 56. La jupe 42 présente un diamètre extérieur sensi- blement égal au diamètre intérieur du passage 22. Un joint torique d'étanchéité 58 est disposé dans une gorge 60 ménagée extérieurement à l'extrémité distale de la jupe 42. Des gorges complémentaires 62 successives sont ménagées sur la paroi extérieure de la jupe 42 sur toute la longueur de celle-ci entre son extrémité distale et son extrémité proximale o elle est reliée au bloc de pulvérisation 40. La longueur de la jupe 42 est supérieure au double de son diamètre extérieur et est par exemple, comme représenté aux figures, égale au quadruple de ce diamètre. L'écrou 16 présente à l'arrière un filetage intérieur 64 destiné à coopérer avec le filetage 38. Il présente à l'avant un rebord rentrant périphérique 66 destiné à coopérer avec l'épaulement 56 pour maintenir la tête 12 à l'extrémité du raccord 14. Deux méplats 67 (non représentés sur la figure 1) sont prévus sur la paroi extérieure de l'écrou pour permettre son entraînement avec une clé à fourche. Par ailleurs, des perçages longitudinaux 68, par exemple au nombre de six, sont pratiqués dans l'écrou 16. Ils débouchent d'une part sur la face avant de l'écrou et d'autre part dans une gorge intérieure 69 prévue immédia- tement en avant du filetage 64 à l'interface entre la tête de pulvérisation 12 et la paroi extérieure des perçages longitudinaux 24. Pour procéder au montage du dispositif de pulvé- risation, on soude axialement le raccord 14 à l'extrémité de la conduite intérieure 18 puis à l'extrémité de la conduite extérieure 20. On introduit ensuite la jupe 42 munie du joint 58 à l'intérieur du passage 22. Un joint plat 70, par exemple en cuivre, est interposé à l'inter- face entre l'arrière du bloc de pulvérisation 40 et l'avant du raccord 14 à l'extérieur de la rainure annu- laire 52. Ce joint a un diamètre supérieur à la couronne de perçages 24 et une épaisseur sensiblement égale à la largeur de la gorge 69. L'écrou 16 est ensuite monté sur le bloc de pulvérisation 40 et est vissé sur le filetage 38. Il maintient la tête 12 à l'extrémité du raccord 14 de telle sorte que d'une part, les conduits 48 communiquent avec le passage central 22 d'alimentation en combustible fluide, et d'autre part, les conduits 50 communiquent par l'intermédiaire de la rainure 52 avec les perçages 24 périphériques d'alimentation en gaz de pulvérisation. On conçoit qu'avec un tel dispositif, le combus- tible liquide et le gaz de pulvérisation sont acheminés séparément jusqu'aux buses 44 o le combustible liquide est pulvérisé sous l'effet de la pression du gaz de pulvérisation. Pour ce faire, le combustible liquide peut être alimenté avec un débit de 360 kg/h sous une pression de 3 à 4 bars relatifs, alors que le gaz de pulvérisation est fourni sous une pression de 5 bars relatifs. Le gaz de pulvérisation entourant le combustible liquide, les fuites qui peuvent se produire au niveau de l'écrou 16 ne peuvent être que des fuites de gaz de pulvérisation sans danger important pour l'écrou, le gaz étant ininflammable. De plus, afin de prévenir l'écrou 16 de la corrosion dans le cas o le gaz de pulvérisation est de la vapeur d'eau, les perçages 68 permettent l'évacuation du gaz de pulvérisation s'étant éventuelle- ment échappé au-delà du joint 70. Les filetages 38 et 64 sont ainsi protégés. Par ailleurs, la longueur de la jupe 42 intro- duite dans le passage 22 d'alimentation en combustible fluide limite les risques de fuite du combustible vers la veine annulaire de gaz de pulvérisation. Cette étanchéité est par ailleurs garantie par le joint 58 et les gorges 62 qui créent des pertes de charge successives le long de la jupe 42. On a représenté sur la figure 2, une variante de réalisation du dispositif de pulvérisation de la figure 1. Sur cette figure, les références identiques à celles de la figure 1 désignent des pièces ou parties de pièces similaires. Seules les différences entre les dispositifs des figures 1 et 2 seront décrites dans la suite de la description. Dans cette variante, la jupe 42 est munie exté- rieurement à son extrémité proximale d'un filetage exté- rieur 100 destiné à coopérer avec un taraudage complémen- taire 102 ménagé à l'extrémité avant du passage 22. Le filetage 100 s'étend sur environ un tiers de la longueur de la jupe 42. Cet agencement particulier permet le vissage de la tête de pulvérisation 12 sur le raccord 14, améliorant encore l'étanchéité entre le passage 22 et la jupe 42. Il permet également le maintien de la tête en cas de perte de l'écrou 16. Par ailleurs, le rebord 66 de l'écrou 16 est prolongé vers l'avant par une jupe 104 qui recouvre toute la paroi latérale 55 du bloc de pulvérisation 40. Cette jupe présente un chanfrein extérieur 106 sur laquelle débouche l'extrémité des perçages 68. Cet agencement particulier permet une protection accrue du bloc de pulvérisation 40 contre les agressions thermiques ou chimiques dues à l'atmosphère régnant dans la zone de combustion. Les têtes de pulvérisation décrites ici compor- tent plusieurs buses de pulvérisation. Toutefois, il est possible de prévoir une unique buse axiale vers laquelle convergent plusieurs conduits extérieurs d'alimentation en gaz de pulvérisation. Cette buse est alimentée en combustible liquide par un unique conduit axial. REVENDICATIONS 1.- Dispositif (10) de pulvérisation d'un combus- N tible liquide, du type comportant deux passages séparés (22, 24) d'alimentation en combustible liquide et en gaz de pulvérisation, coaxiaux dans leur ensemble, et une tête de pulvérisation (12) prolongeant lesdits passages (22, 24), ladite tête (12) étant munie pour chaque fluide d'un ou de plusieurs conduits (48, 50) qui convergent dans une ou plusieurs buses (44) ménagées dans la tête (12) et débouchant dans une zone de combustion dans laquelle les buses (44) libèrent un mélange du combusti- ble liquide pulvérisé et du gaz de pulvérisation, la- quelle tête (12) est maintenue à l'extrémité des passages coaxiaux (22, 24) par un écrou (16) vissé sur la paroi du passage extérieur (24), caractérisé en ce que le passage (22) d'alimentation en combustible liquide est en posi- tion centrale et est entouré par le passage (24) d'ali- mentation en gaz de pulvérisation. 2.- Dispositif de pulvérisation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la tête de pulvérisation (12) comporte une jupe (42) entourant les entrées des conduits (48) pour le combustible liquide, laquelle jupe (42) est reçue à l'intérieur du passage central (22) et en ce que ladite jupe (42) et ledit passage (22) présen- tent respectivement extérieurement et intérieurement des sections complémentaires. 3.- Dispositif de pulvérisation selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que ladite jupe (42) a une longueur supérieure au double de son diamètre extérieur, notamment égale au quadruple de son diamètre extérieur. 4.- Dispositif de pulvérisation selon la revendi- cation 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite jupe (42) comporte à son extrémité distale un joint (58) assurant l'étanchéité entre ladite jupe (42) et la paroi inté- rieure du passage central (22). 5.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que des gorges annulaires (62) successives sont ménagées sur la longueur de la paroi extérieure de la jupe (42). 6.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quel- conque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ladite jupe (42) comporte dans sa partie proximale un filetage (100) extérieur et l'extrémité avant du passage central (22) comporte un taraudage (102) complémentaire. 7.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écrou (16) est pourvu de perçages (68) sensiblement longitudinaux débouchant d'un côté à l'interface entre la tête de pulvérisation (12) et la paroi extérieure du passage extérieur (24) et de l'autre côté dans la zone de combustion. 8.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écrou (16) comporte un rebord rentrant (66) coopé- rant avec un épaulement (56) de la tête de pulvérisation (12) pour maintenir celle-ci à l'extrémité des passages (22, 24) coaxiaux dans leur ensemble, et en ce que ledit rebord rentrant (66) recouvre complètement la paroi latérale exposée (55) de ladite tête (12). 9.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en amont de ladite tête de pulvérisation (12), un manchon (14) dont l'ouverture axiale (22) forme ledit passage central d'alimentation en combustible liquide, lequel manchon (14) est pourvu d'une couronne de perçages longitudinaux (24) entourant ledit passage central et formant ledit passage d'alimentation en gaz de pulvérisation. 10.- Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (70) est disposé à l'inter- face entre la tête de pulvérisation (12) et la paroi du passage extérieur (24) d'alimentation en gaz de pulvéri- sation.