INJECTEUR

811. L'injecteur dont l'invention est due à Giffard est un appareil d'alimentation d'un usage presque universel et qui rend les plus grands services. Il permet l'alimentation des locomotives, même pendant les stationnements, ce qui n'était pas possible lorsqu'on se servait de pompes alimentaires commandées par les organes des machines. Le poids et les dimensions minimes de rinjecteur justifient son installation à bord de certains navires à grande vitesse et de faible tonnage. Enfin il est employé dans les installations de chaudières fixes, soit pour l'alimentation normale, soit comme appareil de secours. L'injecteur ne permet pas d'alimenter les chaudières avec de Feau très chaude.

Le fonctionnement de l'appareil repose sur le principe suivant : un jet de vapeur généralement emprunté à la chaudière détermine l'entraînement du liquide destiné à l'alimentation de celle-ci ; il se produit un mélange intime de l'eau et de la vapeur, et la masse fluide peut être lancée à l'air libre, avec une vitesse suffisante pour vaincre la résistance exercée par la pression intérieure et forcer l'entrée de la chaudière.

L'injecteur (fig. 469) comporte : i** deux ajutages coniques convergents et ayant même axe. L'un, communiquant avec larrivée d'eau, enveloppe le second qui sert à lancer la vapeur;

2^* Un cône divergent disposé à la suite des premiers, mais toujours sur le même axe et servant au refoulement dans la chaudière du mélange de vapeur et d'eau.

J^our mettre l'appareil en train on ouvre légèrement le robi- ^*^ d'arrivée de la vapeur; celle-ci sortant par le tuyau DI pé- ^^ifesous forme de jet dans Tajutage conique de la chambre T

entraîne Tair qui se trouve renfermé dans cette dernière ; il

^'^^feulte une dépression qui détermine l'aspiration de l'eau par

^''lyaaH. Cette eau vient remplir la chambre T et entoure le jet

"^vapeur qui l'entraîne en se condensant; toute la masse prend

'''Jfi Vitesse commune et sort par le second ajutage convergent.

** amorçage est produit et l'on voit couler à l'extérieur, par le

Fig. 469.

trop-plein K, un jet de liquide dont la température est supé-

iléure à celle de l'eau du réservoir dans lequel se fait l'aspiration.

Puis, en ouvrant graduellement le robinet d'admission de la vapeur, la vitesse d'écoulement augmente et il arrive un moment où elle est suffisante pour que la masse fluide, lancée dans le cône divergent J, pénètre dans la chaudière.

Nous allons essayer de donner un aperçu de ce qui se passe dans rinjecteur en établissant sommairement les conditions de fonctionnement dans chacune dos deux parties composant l'appareil.

i* Ajutages convergents, — Désignons par : t la température de l'eau aspirée ; Q le poids d'eau aspiré dans l'unité de temps; 9 le poids de vapeur projetée;

U la température du mélange ;

Pr» ■ , ' • . .

X la chaleur totale de la vapeur à son entrée dans Tinjecteur. On peut, en négligeant diverses causes de pertes, exprimer que la chaleur que contenait la vapeur se retrouve complètement dans la masse fluide en mouvement et on a ainsi entre les différentes quantités énumérées ci-dessus la relation

Q(/,-/)=y(X-/0 ou Q=?7^- (i)

Celte relation montre que, quand qett sont constants, si la quantité d'eau mise en mouvement diminue, la température t^ à la sortie des cônes convergents augmente, et réciproquement.

Si le poids de vapeur ç est trop considérable, il ne pourra s'écouler au dehors sans créer une certaine pression dans la chambre T et l'aspiration ne se fera pas; de même, si Teau d'alimentation est trop chaude, elle émettra des vapeurs dont la tension pourra égaler ou même dépasser la dépression produite dans rinjecteur et empêcher le fonctionnement, on voit donc qu'il y a intérêt à diminuer le plus possible ces deux quantités q et t.

Calculons la vitesse du mélange. Si nous appelons : V la vitesse de la vapeur injectée ; u la vitesse moyenne de l'eau aspirée; if la vitesse finale;

nous aurons, en appliquant le théorème de la quantité de mouvement, l'équation

i^(Q-hy)=Qu4-yV

dans laquelle nous avons remplacé les masses par les poids.

Le produit Qu étant très petit par rapport à ^Y peut être négligé et l'équation devient

Cette équation exprime que v diminue à mesure que Q augmente; on comprend, en effet, que plus un même poids de vapeur aspire d'eau, moins il lui imprime de vitesse.

Afin d'obtenir une vitesse suffisante pour refouler dans la chaudière, il faut augmenter le poids q de vapeur injectée, mais nous venons de voir que pour produire l'aspiration, q doit être aussi réduit que possible.

Ceci explique la manœuvre usitée qui consiste à envoyer d'abord un mince filet de vapeur pour amorcer Tinjecteur, puis à renforcer le jet de vapeur pour produire le refoulement.

2® Ajutage divergent. — L'eau mise en mouvement par le jet de vapeur pénètre dans l'ajutage divergent où s'opère la transformation en pression de la vitesse qu'elle possède à l'entrée de cet ajutage. Pour se rendre compte de ce fait, on suppose que le sens du mouvement étant seul changé, les conditions soient, dans chaque section, les mêmes que si Ton faisait écouler l'eau de la chaudière par le même ajutage.

Si la forme de l'ajutage est convenable, il n'y a pas de remous, et dans une section donnée, la vitesse des molécules est sensiblement la même.

Soit (I) la section minima et s^ la vitesse en ce point ; en désignant par iù^ et v^ les quantités correspondantes dans une autre section, nous avQns la relation :

or V et V| satisfaisant à la loi sur Técoulement des liquides, sont données par les équations

H étant la pression absolue dans la chaudière ; Hf la pression dans la section «o ; H^ la pression à la pointe de l'ajutage. On tire des deux équations précédentes

Seb. II. — 12

H,~Ho= i.

En éliminant t^j on a

Les pressions sont donc variables dans chaque section et vont en diminuant à mesure qu'on se rapproche du sommet du cône.

Si, réciproquement, on communique au liquide une vitesse v suffisante pour le faire entrer dans la chaudière, la relation subsiste et la pression va en augmentant dans l'ajutage à mesure qu'on se rapproche de la chaudière.

L'appareil ne pourra fonctionner que si la vitesse \^ de la masse fluide sortant des ajutages convergents est suffisante. Nous avons montré plus haut comment on peut faire varier cette vitesse pour obtenir le résultat cherché.

Nous avons fait observer qu'il y avait intérêt à diminuer la température /, de l'eau d'alimentation. On peut le montrer directement ; reprenons l'équation ( i )

' t^ — t X est sensiblement égal à 65o, nous pouvons donc écrire

Or t^ est forcément inférieur à loo^, puisque par hypothèse le fluide qui se trouve à l'entrée du cône divergent est liquide ; on

a donc