Essai d'un injecteur Giffard .

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Essai d'un injecteur Giffard .

Message par KBIO le Dim 28 Jan - 10:56

Principe de l’injecteur Giffard.

Pour changer un peu de la pompe classique et remplir ma chaudière, je me suis penché sur l’injecteur Giffard.
Beaucoup d’entre nous , notamment les cheminots,  connaissent l’injecteur Giffard utilisé sur les locomotives , et qui permet l’injection d’eau dans une chaudière sous pression.
J’ai donc voulu savoir si on pouvait s’en servir dans notre domaine de prédilection : le Modélisme Naval !
L'intérêt étant de ne pas avoir de pièces mécaniques en mouvement, un bon débit d’eau et de l’eau injectée déjà préchauffée par la vapeur (à noter que ce n’est vraiment pas le point le plus important).


N’ayant aucune notion du fonctionnement , je me suis renseigné  ici & là, afin de m’en faire une idée.

Qu’en est-il du principe?
Et bien on va essayer de l’expliquer!, parce que ce que je croyais d’une forte complexité  est en fait un appareil intelligent et bien pensé !
Merci Mr Giffard. 
Il naît le 8 février 1825 à Paris et fait ses études au collège Bourbon. Il se passionne pour les chemins de fer naissants et devient conducteur de locomotive.
Il fait ses premières ascensions en ballon à 18 ans. Il fabrique des moteurs à vapeur à haut rendement avec  Flaud dès 1849. Dès 1850 il imagine un nouveau système d'injecteur pour les chaudières, mais ne peut le réaliser, faute de moyens. Il dépose le 20 août 1851 un brevet (o 12226) sur l'application de la vapeur à la navigation aérienne, en collaboration avec l'École centrale.
Il teste son ballon allongé en 1851, aidé de trois centraliens : Le 24 septembre 1852, il fait le premier vol propulsé et contrôlé dans un dirigeable, voyageant 27  de Paris à Élancourt dans un ballon dirigeable de 2 500 3, équipé d'un moteur de 3 chevaux .



L’injecteur Giffard utilise l’énergie cinétique d’un jet de vapeur qui entraine  de l’eau stockée à pression atmosphérique ,et en la forçant  dans la chaudière à une vitesse de plusieurs dizaines de mètres par seconde.

Principe de l’injecteur Giffard.


Le principe est simple et son application ingénieuse.
Comme tu fréquentes ce Forum et que tu bois pas que de l’eau, tu vas vite comprendre !

Quand tu gonfles un ballon de baudruche pour faire la fête tu as stocké de l’énergie sous pression. Si tu piques avec une épingle, il va se dégonfler en transformant l’énergie de pression en énergie cinétique , d’autant plus importante que la vitesse de décompression est élevée. La vitesse sera de plusieurs mètres pas seconde sous quelques atmosphères.

Tu sais comment fonctionne une pompe à Flytox et tu as donc entendu parler de l’effet Venturi .
Lorsque le vitesse d’un gaz accélère (la vapeur en l’occurence) , sa pression d’écoulement diminue et la différence de pression qui en résulte permet d’aspirer un fluide ( de l’eau) et de l’entrainer à grande vitesse dans une chambre de décompression.
Et c’est ici que c’est magique , c’est que la combinaison de la vapeur et de l’eau donne un mélange gaz/liquide de plus grande densité qui en se décomprimant dans un cône divergent va augmenter la pression d’écoulement.
Conclusion : la pression de sortie étant plus grande que celle d’entrée , on peut entrainer de l’eau  à grande vitesse et remplir un réservoir rapidement.


Si on regarde le schéma ci-dessous.
La vapeur (steam) sort de la chaudière à Pression P1. Elle rentre dans la première (chambre rose)  traverse le premier cône « convergent »et prend de la vitesse.

En sortie du cône convergent, la vapeur dont la vitesse peut être équivalente à la vitesse du son, entraîne  l’eau stockée dans une réserve annexe : chambre bleue
Elle se condense en se chargeant d’eau  et débouche au travers du cône de mélange (combining cône) dans la chambre gris clair.
L'excès d’eau qui ne peut être entrainé s’écoule vers l’extérieur,  mais bien réglé, aucune goutte ne doit sortir de cette « purge ».
-Un apport d’eau proportionnellement trop important par rapport à l’injection de vapeur ,refroidit l’injecteur qui perd  
 toute efficacité. L’eau s’écoule en dehors de l’injecteur.
-Un apport d’eau trop faible et l’injecteur se réchauffe trop, réduisant sa capacité à condenser et à entrainer de l’eau.

Le mélange de vapeur et d’eau en sortie de la chambre gris clair  entre dans le cône divergent : chambre bleu clair.
La densité du  mélange (gaz+eau) étant supérieure à celle de la vapeur d’entrée, la pression P2 du mélange augmente, donc la vitesse diminue mais est encore suffisamment véloce pour forcer l’eau dans la chaudière à une vitesse de plusieurs mètres pas seconde.

Une vanne d’isolation sur la chaudière et  un clapet anti-retour sur l’injecteur ou sur la chaudière elle mème,  permet d’isoler le circuit .

Il faut noter que si la vapeur qui sort de la chaudière à 1.5 b Abs & 110°C entraine une eau à 15°C, elle aura juste assez d’énergie pour retourner l’eau dans celle-ci.
Par contre une pression de 5 b avec la mème eau créera une pression de 7 b sur le retour. L’efficacité du système et la différence entre les deux pressions, est donc fonction de la pression initiale de sortie de la chaudière.






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La vidéo montre bien les trois cones nécessaires à la bonne marche du système.
-Cône convergent.
-Cône de mélange.
-Cône divergent.

L’expérience montre qu’un injecteur bien dosé est efficace et performant. Mais c’est aussi capricieux.

Alors qu’en est-il de l’application sur un de nos modèles ??
Il y a deux manips difficilement gérables depuis la rive de l’étang ,et  qu’il faut pouvoir contrôler simultanément.
Pouvoir remplir la chaudière quand le niveau est bas. Il faut le voir !
1- Ouvrir le robinet d’alimentation en eau , et laisser s’écouler l’eau.
2- Quand l’eau sort par la purge, Ouvrir la vanne vapeur et contrôler son débit jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d‘eau à sortir du trop plein. Toute l’eau de la réserve est entrainée dans la chaudière.
Le remplissage est très rapide , la chaudière va sensiblement se refroidir, la pression baisser et il faudra pouvoir fermer le tout le moment venu.
L’ordre chronologique de l’ouverture des vannes est important ; parce que si la vanne vapeur est ouverte avant celle qui alimente en eau, l’injecteur est trop chaud et le mélange instable.
A contrario, si on laisse la vanne d’alimentation en eau ouverte trop longtemps avant d’envoyer la vapeur, on en perd une quantité significative.
Si on attend trop longtemps après qu’il n’y ait plus d’eau dans la réserve, la vapeur s'échappe par le trop plein.

Démonstration d’un injecteur Jubilee de chez Atelier Vaporiste , judicieusement recommandé par ses soins. Je conseille vivement l’établissement à ceux qui ont besoin d’aide en la matière. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]


Vidéo de l’essai.




T'as tout compris?? Et bien tu vois que t'es pas plus con qu'un autre!! rire2 rire2
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par maximus 94 le Lun 29 Jan - 10:30

Bonjour,

Très utilisé sur les bateaux de la Royal pour vider les cales, dans ce cas alimenté en eau de mer, très efficace. Il me semble que cela servait aussi a pulvériser
de la mousse anti incendie.
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par JPA le Lun 29 Jan - 11:28

Hello,
Petite précision sur les propos de Maximus (qui, je l'espère, ne m'en voudra pas) : le système qu'il décrit s'appelle un éjectair, c'est un appareil qui sert à faire le vide à l'aide d'un jet de vapeur. On s'en sert pour faire le vide dans un condenseur, dans un bouilleur ou pour pomper des liquides plus ou moins visqueux. Le Giffard est un appareil beaucoup plus complexe et délicat à utiliser car non seulement il permet d'aspirer de l'eau (comme l'éjectair) mais en plus il peut remplir une capacité sous pression (chaudière) et c'est là que ce trouve la difficulté.
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par JPA le Lun 29 Jan - 14:59

Autre précision : De toute ma carrière marine marchande (33 ans de navigation), je n'ai jamais vu un tel appareil pour alimenter les chaudières sur les navires. J'ai vu des pompes électriques, des turbo-pompes, des pompes alternatives (petit cheval) mais jamais d'appareil Giffard qui a du être utilisé uniquement sur les locomotives. Il n'en reste pas moins que c'est un instrument très intéressant qui pourrait avoir des applications en modèle réduit.
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par KBIO le Lun 29 Jan - 18:30

Hello! hello
Je dois parfaire mes essais,que j'ai réalisé avec retour à pression atmosphérique, et voir en fonction de la pression de la chaudière.
Je doute que ce soit très performant à basse pression: 1 ou 2 bars.
Pour ce qui est de l'installer sur une bateau, ce n'est pas pratique à cause des manipes à éffectuer.
Il faut être sur place pour pouvoir manipuler les vannes comme il faut.
Tellement plus pratique quand on est installé sur une locomotive, par exemple.
Bonne soirée!
Cordialement. bj
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par xtian29 le Lun 29 Jan - 20:47

Hello bj

Je confirme ce que dit Maximus, mais en fait tout ce truc "Giffard" n'est qu'une application de l'effet Venturi. Comme un pistolet à peinture ou sableuse !

Les Giffard utilisée dans la Marine nationale (c'est bien le terme chez les gris) sont du matériel connu aussi chez les pompiers sous le nom d'hydro-éjecteur - j'ai découvert une page Wikipédia sous ce nom et surprise ils disent là qu'on appelle ça Giffard en Suisse.

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Il y en a aussi qui fonctionnent à l'air comprimé.

A+ Xtian jocolor

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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par JPA le Mar 30 Jan - 0:14

Désolé ! Chez les marins du commerce "Giffard" est un illustre inconnu. Je pensai que cet appareil qui porte le nom de son inventeur ne servait qu'à alimenter les chaudières de locomotive Chez nous un appareil qui sert à faire le vide grâce à une tuyère, dont le fluide propulsif peut être de la vapeur mais aussi de l'eau sous pression, ça s'appelle un éjectair.
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par maximus 94 le Mar 30 Jan - 7:22

Bonjour,

Juste pour illustrer les propos précédents.


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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par KBIO le Mar 30 Jan - 8:35

hello Hello!
A présent que chacun a compris ce qu'est un injecteur Giffard ,et les différentes applications qu'on pouvait tirer du système Venturi, on pourrait peut être se pencher sur la façon de vider la Seine et d'éviter les inondations! rire2 rire2
Bonne journée! bj
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par graine au vent le Mar 30 Jan - 9:55

c'est bien vu, puisque là on brasse de l'air coucou
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Re: Essai d'un injecteur Giffard .

Message par Didier 94 le Jeu 1 Fév - 23:23

hello
Voilà de la science à l'état pur !! cool

Dans mon coin, la Marne déborde juste un peu, mais nous restons encore au dessus ! Malheureusement j'ai des copains qui en ont un peu comme le zouave du pont de l'alma ! affraid
bj
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