Brevet FR2888899A1 — publié le 20070126

ENSEMBLE DE CONDUITES ANNULAIRES ET BRULEUR COMPRENANT UN TEL ENSEMBLE La présente invention concerne un ensemble de conduites annulaires ainsi qu'un brûleur comprenant une tel ensemble, le brûleur pouvant être un brûleur à air primaire, un brûleur à air total, un brûleur à gaz... On connaît un ensemble de conduites annulaires du type comportant une conduite aval interne délimitée radialement par un tube limitrophe interne et un tube central qui est disposé autour du tube limitrophe interne, une conduite aval externe délimitée radialement par le tube central et un tube limitrophe externe qui est disposé autour du tube central et qui est mobile axialement par rapport au tube limitrophe interne, les trois tubes ayant des axes parallèles. Un tel ensemble de conduites est couramment utilisée dans des brûleurs, notamment dans des brûleurs à air primaire tels que ceux décrits dans la demande EP 967 434. En effet, dans les brûleurs modernes tels que ceux décrits dans cette demande, afin d'améliorer la combustion, les conduites d'alimentation en combustible sont entourées de deux conduites périphériques aval d'alimentation en air primaire générant un flux tourbillonnaire (ou hélicoïdal), l'une de ces conduites aval comportant des organes de déviation de sorte que l'air qui y circule en sort selon un flux ayant une composante tangentielle, alors que l'autre ne comporte pas de tels organes de sorte que l'air qui y circule en sort selon un flux axial. L'avantage de ces brûleurs dépend des réglages qu'il convient de faire, notamment en ce qui concerne les débits d'air primaire, à savoir, d'une part le rapport entre le débit total de l'air apporté par les deux conduites périphériques aval par et les débits en combustible, et, d'autre part, le rapport entre les deux débits d'air primaire périphérique qui permet de moduler l'effet tourbillonnaire. Le réglage des deux débits d'air est particulièrement délicat et nécessite que l'utilisateur soit particulièrement qualifié : la modification d'un seul débit modifiant en effet à la fois le rapport entre les deux débits d'air et le rapport entre le débit total en air et le débit en combustible. La présente invention vise à réaliser, d'une part, un brûleur présentant les avantages des brûleurs ayant deux conduites aval périphériques d'alimentation en air, tout ne pouvant faire l'objet d'un réglage aisé du flux d'air en sortie de ces deux conduites, et, d'autre part, un ensemble de conduites annulaires permettant d'avoir un tel brûleur. Selon l'invention, l'ensemble de conduites annulaires du type précité comprend une conduite amont alimentant les deux conduites aval en fluide, délimitée radialement par les deux tubes limitrophes et axialement par l'extrémité amont du tube central qui est fixé à l'un des deux tubes limitrophes de façon à définir, avec ce tube limitrophe, une conduite aval à section de passage figée, l'autre conduite aval étant conformée de sorte que le déplacement axial relatif des deux tubes limitrophes permet une variation de sa section de passage. Ainsi, selon l'invention, pour un débit donné d'air circulant dans la conduite amont, il est possible de modifier le rapport de débit d'air circulant dans les deux conduites aval par un simple déplacement axial des deux tubes limitrophes. D'autres particularités et avantages apparaîtront dans la description détaillée du mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré dans les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier brûleur comportant un ensemble de conduites annuaires conforme à une premier mode de réalisation de la présente 10 invention, et La figure 2 est une vue en coupe axiale d'un second brûleur comportant un ensemble de conduites annulaires conforme à un second mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente un brûleur 1 qui comprend plusieurs conduites coaxiales: une conduite centrale d'amenée de combustible 2, une conduite centrale d'amenée d'air primaire 3 qui entoure la conduite centrale d'amenée de combustible 2 et dont l'ouverture aval est munie d'un stabilisateur de flamme 4, et un ensemble périphérique 5 de conduites annulaires d'amenée d'air primaire qui entoure la conduite centrale d'amenée d'air primaire 3 et le stabilisateur de flamme 4. La figure 2 représente un brûleur 6 qui comprend plusieurs conduites coaxiales: deux conduites centrales d'amenée de combustible 7,8 dont les axes 9,10 sont parallèles entre eux et symétriques par rapport à l'axe 11 du brûleur 6, une conduite centrale d'amenée d'air primaire 3 qui entoure les conduites centrales d'amenée de combustible 7,8 et dont l'ouverture aval est munie d'un stabilisateur de flamme 4, une conduite périphérique d'amenée de combustible 12 qui entoure la conduite centrale d'amenée d'air primaire 3 et le stabilisateur de flamme 4 et un ensemble périphérique 13 de conduites annulaires d'amenée d'air primaire qui entoure la conduite périphérique d'amenée de combustible 12. L'ensemble 5,13 de conduites annulaires conforme à la présente invention comporte une conduite amont 14 et deux conduites aval 15,16 alimentées en fluide (en l'occurrence, en air primaire) par la conduite amont 14. La conduite aval interne 15 est délimitée radialement par un tube limitrophe interne 17 et par un tube central 18 qui est situé autour du tube limitrophe interne 17. La conduite aval externe 16 est délimitée radialement par le tube central 18 et par un tube limitrophe externe 19 qui est situé autour du tube central 18. Les trois tubes 17,18,19 s'étendent selon des axes parallèles (en l'occurrence, ils ont le même axe 11, qui est également celui du brûleur 1,6 correspondant). La conduite amont 14 est délimitée radialement par les deux tubes limitrophes 17,19. L'extrémité amont 20 du tube central 18 forme la limite axiale entre les deux conduites aval 15,16 et la conduite amont 14. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le tube limitrophe interne 17 forme la limite extérieure de la conduite centrale d'amenée d'air primaire 3, et dans l'exemple illustré à la figure 2, il forme la limite extérieure de la conduite périphérique d'amenée de combustible 12. L'une des conduites aval (en l'occurrence, dans les deux exemples, la conduite aval interne 15) comprend des organes de déviation 40 qui permettent de conférer à l'air primaire y circulant une déviation angulaire par rapport à l'axe du brûleur de sorte que le flux du fluide comprend une composante tangentielle en sortie de la conduite. Ici, les organes de déviation 40 sont formés par des volets présentant une déviation angulaire. L'autre conduite aval (en l'occurrence, dans les deux exemples, la conduite aval externe 16) ne comprend pas de tels organes, de sorte que le fluide y circulant en sort en ayant un flux axial. Ici, cette conduite comprend des canaux 41 qui sont orientés axialement et qui forment des petites ouvertures périphériques. Le fait que le tube central 18 ait une dimension axiale nettement inférieure à celle des deux tubes limitrophes présente un avantage certain en matière de coût, d'encombrement et de poids, une seule conduite (la conduite amont 14) étant utilisée pour alimenter les deux conduites aval 15,16 dont les dimensions axiales sont particulièrement faibles. Par ailleurs, le tube central 18, du fait de sa faible dimension axiale, est fixé à l'un des deux tubes limitrophes (par exemple à l'aide de tiges filetées faisant offices d'entretoises 42) afin d'être stabilisé. Le tube central 18 délimite donc avec le tube limitrophe auquel il est fixé, une conduite aval figée. Du fait de l'immobilisation relative des deux tubes délimitant la conduite aval figée, il n'est pas possible de modifier sa section de passage. Son débit d'air est ainsi figé. Etant donné que les deux tubes limitrophes 17,19 sont mobiles axialement l'un par rapport à l'autre, leur déplacement relatif entraîne un déplacement du tube central 18 par rapport au tube limitrophe auquel il n'est pas fixé. Ainsi, selon la conformation de la conduite aval délimitée par le tube limitrophe auquel n'est pas fixé le tube central 18, il est possible d'en modifier la section de passage (et donc le débit d'air y circulant) par le déplacement axial relatif des deux tubes limitrophes 17,19. Dans les deux exemples illustrés aux figures 1 et 2, le tube central 18 et l'autre tube limitrophe délimitant la conduite aval à section de passage variable comprennent chacun une paroi de régulation 43,44. Chaque paroi de régulation 43,44 possède une composante radiale de sorte que le déplacement axial relatif des deux tubes (et donc des deux parois de régulation) entraîne la variation de la section de passage de la conduite. Les deux parois de régulation 43,44 sont disposées l'une par rapport à l'autre de façon à se faire face au moins partiellement sur au moins une portion de la plage de déplacement axial relatif des deux tubes. De plus, ici, les deux parois de régulation 43,44 (en l'occurrence, coniques) sont orientées dans le même sens sorte, et ceci de façon à former une portion de conduite convergente pour un déplacement axial de l'amont vers l'aval. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la conduite aval à section de passage variable est formée par la conduite aval externe 16, la conduite aval interne 15 formant la conduite à section de passage figée. Ainsi, la conduite aval de laquelle sort de l'air ayant un flux avec une composante tangentielle a une section de passage figée. Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, les canaux axiaux 41 sont portés par la conduite centrale 18, et, plus précisément, par la paroi de régulation 43 de cette conduite. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la conduite aval à section de passage variable est formée par la conduite aval interne 15, la conduite aval externe 16 formant la conduite à section de passage figée. Ainsi, la conduite aval de laquelle sort de l'air ayant un flux axial a une section de passage figée. Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, les organes de déviation 40 sont disposés au niveau des parois de régulation 43,44 portés par les deux tubes délimitant aval interne 15, et plus précisément, à l'extrémité aval de cette conduite. Par ailleurs, comme on peut le voir aux figures 1 et 2, l'ensemble 5,13 de conduites annulaires comporte un organe de répartition 21 qui est adapté à répartir, entre les deux conduites aval 15,16, le débit de l'air primaire provenant de la conduite amont 14. Cette répartition entre les deux conduites aval dépend de la position axiale de l'organe de répartition 21 par rapport à l'extrémité amont 20 du tube central 18. Dans les présents modes de réalisation, l'organe de répartition 21 est fixé au tube limitrophe interne 17 (dans l'exemple illustré à la figure 1, il est fixé au tube limitrophe qui délimite la conduite aval à section de passage figée, et, dans l'exemple illustré à la figure 2, il est fixé au tube limitrophe qui délimite la conduite aval à section de passage variable). Cette fixation est faite lors de l'installation du brûleur en fonction de ses conditions normales d'utilisation afin d'avoir une répartition optimale de l'air entre les deux conduites aval 15,16, et donc de permettre un réglage plus aisé du flux tourbillonnaire d'air en sortie de ces deux conduites. L'organe de répartition 21 s'étend radialement dans une zone comprise entre les deux tubes qui délimitent la conduite aval à section de passage figée. En l'occurrence, l'organe de répartition 21 s'étendant radialement depuis l'un des deux tubes délimitant la conduite à section de passage figée jusqu'à la plage d'extension radiale 28,31 d'une paroi 27,30 qui est portée par l'autre tube délimitant cette conduite et qui est radialement convergente pour un déplacement axial de l'amont vers l'aval. Cette paroi radialement convergente 27,30 permet de faciliter l'écoulement du fluide en direction de la conduite aval à section de passage figée et ainsi compenser l'obstruction faite par l'organe de répartition 21. Lors de la fixation de l'organe de répartition 21, sa position est déterminée en fonction de la section de passage de la conduite aval à section de passage figée qu'il définit avec cette paroi radialement convergente 27,30. Dans le brûleur 1 de la figure 1, la portion amont 22 convergente de la conduite aval interne 15 est délimitée, d'une part, par une paroi cylindrique 26 du tube limitrophe interne 17, et, d'autre part, par une paroi convergente 27 (en l'occurrence, conique) du tube central 18. Dans le brûleur 6 de la figure 2, la portion amont 22 convergente de la conduite aval externe 16 est délimitée, d'une part, par une paroi cylindrique 29 du tube central 18, et, d'autre part, par une paroi convergente 30 du tube limitrophe externe 19 (en l'occurrence, conique). Par ailleurs, dans les présents modes de réalisation, l'organe de répartition 21 comprend une paroi 32 qui est convergente (en l'occurrence, conique) dans le même sens que la paroi convergente 27,30 délimitant la portion amont convergente 22 de la conduite aval à section de passage figée 15,16 et qui confère à l'organe de répartition 21 une composante radiale. De nombreuses modifications pourraient être apportées aux modes de réalisation décrits. Il serait ainsi possible que seul l'un des deux tubes délimitant la conduite aval à section de passage variable comprenne une paroi de régulation, l'autre tube comportant une surface cylindrique. Par ailleurs, la portion amont convergente pourrait être délimitée par deux parois convergentes l'une vers l'autre et non pas par une paroi convergente et une paroi cylindrique comme dans les présents modes de réalisation. REVENDICATIONS 1. Ensemble (5,13) de conduites annulaires comportant une conduite aval interne (15) délimitée radialement par un tube limitrophe interne (17) et un tube central (18) qui est disposé autour du tube limitrophe interne (17), une conduite aval externe (16) délimitée radialement par le tube central (18) et un tube limitrophe externe (19) qui est disposé autour du tube central (18) et qui est mobile axialement par rapport au tube limitrophe interne (17), les trois tubes (17,18,19) ayant des axes parallèles, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite amont (14) alimentant les deux conduites aval en fluide, délimitée radialement par les deux tubes limitrophes (17,19) et axialement par l'extrémité amont (20) du tube central (18) qui est fixé à l'un des deux tubes limitrophes (17,19) de façon à définir, avec ce tube limitrophe, une conduite aval à section de passage figée (15,16), l'autre conduite aval (16,15) étant conformée de sorte que le déplacement axial relatif des deux tubes limitrophes (17,19) permet une variation de sa section de passage. 2. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon la revendication 1, caractérisé qu'au moins l'un des deux tubes délimitant la conduite aval à section de passage variable comprend une paroi de régulation qui possède une composante radiale de sorte que le déplacement axial relatif des deux tubes entraîne la variation de la section de passage. 3. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon la revendication 2, caractérisé que l'autre des deux tubes délimitant la conduite aval à section de passage variable comprend une paroi de régulation qui possède une composante radiale de façon à être orienté dans le même sens que la paroi de régulation du premier tube, les deux parois de régulation étant disposés l'une par rapport à l'autre de façon à se faire face au moins partiellement sur au moins une portion de la plage de déplacement axial relatif des deux tubes. 4. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé que la conduite aval à section de passage variable est formée par la conduite aval externe, la conduite aval interne formant la conduite à section de passage figée. 5. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé que la conduite aval à section de passage variable est formée par la conduite aval interne, la conduite aval externe formant la conduite à section de passage figée. 6. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé qu'il comprend un organe de répartition (21) qui est adapté à répartir, entre les deux conduites aval (15,16), le débit d'un fluide provenant de la conduite amont (14), en fonction de sa position axiale par rapport à l'extrémité amont (20) du tube central (18). 7. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de répartition (21) s'étend radialement dans une zone comprise entre les deux tubes qui délimitent la conduite aval à section de passage figée (15,16). 8. Ensemble (5,13) de conduites annulaires selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de répartition (21) s'étendant radialement depuis l'un des deux tubes délimitant la conduite à section de passage figée (15,16) jusqu'à la plage d'extension radiale (28,31) d'une paroi (27,30) qui est portée par l'autre tube délimitant cette conduite (15,16) et qui est radialement convergente pour un déplacement axial de l'amont vers l'aval. 9. Brûleur (1,6) comportant plusieurs tubes s'étendant selon des axes parallèles et définissant entre eux des conduites d'alimentation en fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble (5,13) de conduites annulaires conforme à l'une des revendications 1 à 8. 10. Brûleur (1,6) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la conduite aval à section de passage variable comprend des organes de déviation de sorte que le flux du fluide y circulant comprend une composante tangentielle en sortie de la conduite, le fluide circulant dans l'autre conduite aval en sortant avec un flux axial. 11. Brûleur (1,6) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la conduite aval à section de passage figée comprend des organes de déviation de sorte que le flux du fluide y circulant comprend une composante tangentielle en sortie de la conduite, le fluide circulant dans l'autre conduite aval en sortant avec un flux axial.