FR3115476A1 - Dispositif délivrant "N" jets fluides purs ou chargés orbitaux (avec N supérieur ou égal à 1) - Google Patents

Abstract

Dispositif délivrant "N" jets fluides purs ou chargés orbitaux (N ≥ 1). L’invention concerne un dispositif délivrant "N" jets fluides orbitaux permettant de réaliser des opérations de préparation et traitement de surface aux coûts réduits. Ce dispositif comporte une entrée du fluide dans une chambre primaire (1) munie de "P" orifices (OP) (P ≥ 1). Ce fluide se trouve ensuite expulsé par les orifices (OP) sous forme de jets primaires (JPP). Chaque jet impacte un rotor (RP) renfermant "Q" canaux (CPQ), dont la géométrie permet de transformer une partie de son énergie cinétique en moment mécanique par rapport à l’axe (ZP). Monté tournant autour de son axe (ZP), le rotor se met à tourner sous l’effet dudit moment. Il en est de même pour tous les rotors (RP) produisant ainsi "N" jets orbitaux. Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné à la réalisation d’opérations de sablage, décapage, lavage-nettoyage, arrosage, etc. Figure pour l’abrégé : Figure 4

Description

Dispositif délivrant "N" jets fluides purs ou chargés orbitaux (avec N ≥ 1)

La présente invention concerne un dispositif qui délivre "N" jets fluides orbitaux, purs ou chargés, destiné à la réalisation d’applications nécessitant la projection de fluides purs ou chargés telles que l’arrosage, le lavage, le nettoyage, le massage, le gommage, le décapage, le grenaillage, le polissage, le sablage, le séchage, le peinturage, etc. Le nombre "N" de jets orbitaux délivrés par ce dispositif est supérieur ou égal à 1 (N ≥ 1) et s’écrit comme suit : N = P.Q où P, le nombre de rotors, est ≥ 1 et Q, le nombre de canaux dans un rotor, est ≥ 1.

Habituellement, la performance des dispositifs de projection fluidique est mesurée par le coût d’exploitation lui-même reposant sur les deux indicateurs suivants : la surface traitée par unité de temps et les consommables nécessaires à ce traitement. Aujourd’hui, les dispositifs classiques de projection fluidique, comme les pommeaux de douche, les pistolets, lances et buses d’arrosage, nettoyage-lavage, sablage ou décapage, etc., présentent des niveaux de surface traitée par unité de temps moyens sinon faibles pour des quantités de consommables importantes et par conséquent des coûts d’exploitation élevés.

Le dispositif selon l’invention permet de remédier à ces faiblesses en assurant des coûts d’exploitation inférieurs et ainsi des performances supérieures. En effet, grâce à la solution à "N" jets orbitaux mise en œuvre dans ce dispositif, la surface traitée par unité de temps se trouve considérablement augmentée et les consommables drastiquement réduits. Pour rappel, par comparaison au jet normal, le jet orbital produit un impact annulaire permettant : (i) de traiter une surface plus grande et (ii) d’avoir un impact mécanique et dynamique sur la surface à traiter plus énergique et efficace

A titre d’exemple non limitatif, les pommeaux de douche conventionnels consomment aujourd’hui en moyenne 12 litres/minute. Le dispositif selon l’invention dans sa configuration "Pommeau de douche" permet de réduire drastiquement le débit d’eau jusqu’à 4 litres/minute avec une meilleure qualité de lavage/nettoyage.

Les "N" jets orbitaux délivrés par ce dispositif sont obtenus de la manière suivante : le fluide pur ou chargé arrive dans la chambre primaire (1) et se trouve transformé dans un premier temps en jets primaires (JP_P) grâce aux orifices (O_P). Chacun de ces jets primaires (JP_P) impacte dans un second temps un rotor (R_P) et s’écoulent dans les canaux (C_PQ) dont il est muni. La géométrie desdits canaux (C_PQ) est définie de manière à récupérer une partie de l’énergie cinétique dudit jet primaire (JP_P) et la transformer en un moment mécanique par rapport à l’axe de rotation du rotor (Z_P). Sachant que lesdits rotors (R_P) sont montés tournant autour de leur axe de rotation (Z_P) grâce aux liaisons pivots (P_P), lesdits rotors (R_P) se mettent à tourner autour de leur axe de rotation (Z_P) sous l’effet dudit moment mécanique et nous obtenons ainsi en sortie du dispositif "N" jets orbitaux (JO_N).

Les liaisons pivots (P_P) entre les rotors (R_P) et le corps (2) sont assurées par des paliers lisses ou des roulements. Dans un autre mode de réalisation, ces liaisons (P_P) sont réalisées comme suit : chaque rotor (R_P) est muni d’un arbre (A_P), confondu avec son axe de rotation (Z_P), pris entre un siège de rotation (B_P) et un palier (D_P). Ainsi, sous l’effet du couple mécanique, les "rotor(R_P)-arbre(A_P)" se mettent en rotation par rapport aux "corps(2)-siège(B_P)-palier(D_P)".

Le rotor (R_P), pièce maîtresse de ce dispositif, comporte "Q" canaux (C_PQ) dont la géométrie est essentielle au bon fonctionnement du dispositif. Cette géométrie doit permettre de dévier le jet primaire (JP_P) de son axe d’écoulement (Z_P) et créer ainsi un moment des forces exercées par le jet sur les canaux (C_PQ), par rapport à l’axe de rotation du rotor (Z_P), différent de zéro.

Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif selon l’invention peut délivrer une combinaison de jets, fluides purs ou chargés, orbitaux et non orbitaux.

La liaison pivot (P_P) entre le rotor (R_P) et le corps (2), qui peut être un palier lisse ou des roulements, est un organe très sensible à protéger d’un éventuel écoulement du fluide pur ou chargé en son sein.

La performance du dispositif objet de l’invention dépend des vitesses de rotation des rotors (ω_P). Afin de réguler la vitesse de rotation dudit rotor (R_P), le dispositif selon l’invention peut être équipé d’un système de frein mécanique, hydraulique, magnétique ou autre.

Les rotors (R_P) étant exposés à l’impact et l’écoulement des jets primaires (JP_P) purs ou chargés, les canaux (C_PQ) sont sujets à différents problèmes d’entartrage, d’usure, d’érosion, etc. Afin de les protéger de l’érosion-usure, ces rotors peuvent être réalisés totalement ou partiellement dans un matériau résistant à l’érosion-abrasion. Ils peuvent également être équipés de picots anticalcaires permettant d’éviter l’entartrage.

Lors de son écoulement dans les canaux (C_PQ), le jet fluide pur ou chargé subit plusieurs déviations occasionnant de forts tourbillons et par conséquent des pertes de charge et de cohérence importantes dudit jet. Afin de réduire sinon éliminer ces tourbillons dans les canaux, un redresseur d’écoulement peut être intégré au rotor (R_P).

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins d’accompagnement, lesquels sont donnés uniquement à titre de référence et à titre illustratif, et non limitatif du cadre de la présente invention.

Les dessins annexés illustrent l’invention :

représente un schéma du dispositif de l’invention délivrant un jet orbital où le nombre de rotor P est égal à 1.

représente un schéma du dispositif de l’invention délivrant plusieurs jets orbitaux où le nombre de rotors P est supérieur à 1.

représente un schéma du dispositif de l’invention délivrant des jets orbitaux et/ou des jets non orbitaux.

La représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu de "P" rotors (RP) en rotation autour de leur axe (ZP), par rapport au Corps (2), par l’intermédiaire de liaisons pivots (PP).

La représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu d’un seul rotor (R1) en rotation autour de l’axe (Z1) par rapport au corps (2) par l’intermédiaire d’une liaison pivot (P1).

La représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu de "P" rotors (RP) chacun muni d’un arbre (AP) dont les deux bouts reposent l’un dans le siège (BP) et l’autre dans le palier (DP).

représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu d’un seul ensemble "rotor (R₁) / arbre (A₁)" en rotation autour de l’axe (Z₁) par rapport au corps (2).

représente un rotor pourvu d’un canal (Q=1) composé de deux conduits droits liés l’un à l’autre.

représente un rotor pourvu d’un canal (Q=1) en hélice.

représente un rotor pourvu de 2 canaux droits (Q=2) réunis au niveau de l’entrée du rotor (E_P) par un cône (K) facilitant l’entrée du jet primaire (JP_P) dans les canaux (C_PQ).

représente un rotor pourvu de 3 canaux (Q=3) en hélice.

représente un rotor pourvu de 2 canaux (Q=2), chacun composé de deux conduits droits liés l’un à l’autre.

représente un rotor à 2 canaux, muni d’un arbre (A_P).

représente un rotor à 1 canal, muni d’un arbre (A_P).

représente un schéma du dispositif de l’invention dans une version à trois rotors (P=3) où les liaisons pivots "rotors (R_P)/corps (2)" peuvent être assurées par des roulements comme indiqué sur .

représente un schéma du dispositif de l’invention dans une version à trois rotors (P=3) où les liaisons pivots sont réalisées grâce aux arbres (A_P), sièges (B_P) et paliers (D_P).

représente un bras d’aspersion de lave-vaisselle muni de jets orbitaux.

Description détaillée

En référence aux figures , et , différentes versions du dispositif selon l’invention sont présentées : (i) versions à un ou plusieurs jets orbitaux, (ii) version délivrant des jets orbitaux et/ou non orbitaux.

En référence aux figures , , , , , , , le Dispositif délivrant"N"jets fluides orbitaux purs ou chargés comporte selon l’invention une entrée par laquelle arrive le fluide pur ou chargé dans une chambre primaire (1) munie de"P"orifices (O_P), avec P ≥ 1. Ce fluide se trouve ensuite expulsé, de la chambre primaire (1) par les orifices (O_P) sous forme de jets primaires (JP_P), dans un" Système de transformation des jets primaires (JP _P ) en jets orbitaux (JO _PQ ) ". Ce système est composé de"P"rotors (R_P) montés tournant autour de leur propre axe de rotation (Z_P). Ces rotors (R_P) renferment en leur sein"Q"canaux (C_PQ) dont l’entrée (E_P) est située sur l’axe de rotation (Z_P) en regard d’un orifice (O_P). Ainsi, chaque jet primaire (JP_P) provenant de l’orifice (O_P) pénètre le rotor (R_P) par l’entrée (E_P) située en regard dudit orifice (O_P) et emprunte les"Q"canaux (C_PQ). Lors de son écoulement dans le rotor (R_P), le jet primaire (JP_P) impacte les parois des canaux (C_PQ) et communique audit rotor (R_P) une partie de son énergie cinétique. Ainsi, les forces résultant de l’impact et l’écoulement du jet primaire (JP_P) dans les canaux (C_PQ) créent un moment mécanique par rapport à l’axe de rotation dudit rotor (Z_P). Compte tenu de la liaison pivot qui lie le rotor (R_P) au corps (2), ledit rotor (R_P) se met en rotation autour de son axe de rotation (Z_P) sous l’effet dudit moment mécanique. Sachant, par ailleurs, que les sorties des canaux (S_PQ) sont inclinées d’un angle (α_PQ) par rapport au même axe de rotation (Z_P), nous obtenons en sortie du rotor (R_P)"Q"jets orbitaux (JO_PQ). Il en sera de même pour tous les"P"rotors (R_P) ce qui produit en sortie du dispositif, objet de cette invention,"N"jets orbitaux (JO_N)

Le Dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que les rotors (R_P) sont montés tournant autour de leur axe de rotation (Z_P) grâce aux liaisons pivots (P_P) entre les rotors (R_P) et le corps (2). Dans un premier mode de réalisation, , , et , ladite liaison pivot peut être assurée par un palier lisse ou des roulements. Selon un autre mode de réalisation, , et , le dispositif selon l’invention est caractérisé en ce que chaque rotor (R_P) est muni, telle une toupie, d’un arbre (A_P) confondu avec son axe de rotation (Z_P). Le bout inférieur de cet arbre (A_P) repose dans un siège (B_P) et la partie supérieure de cet arbre (A_P) est guidée en rotation dans un palier (D_P). Ce type de liaison entre le « rotor(R_P)/arbre(A_P) » et le « Corps(2)/siège(B_P)/palier(D_P) » assure la rotation du rotor (R_P) autour de son axe de rotation (Z_P), telle une toupie, par rapport au corps (2).

En référence aux figures, , , , , , et , le rotor (R_P) comporte"Q"canaux (C_PQ) dont la géométrie est essentielle au bon fonctionnement du dispositif. Cette géométrie permet de dévier le jet primaire (JP_P) de son axe d’écoulement (Z_P) et ainsi créer un moment des forces exercées par le jet sur les canaux (C_PQ), par rapport à l’axe de rotation du rotor (Z_P), différent de zéro. Les canaux (C_PQ) sont disposés en étoile et ont une même entrée principale (E_P) située sur l’axe (Z_P) et"Q"sorties (S_PQ) inclinées d’un angle (α_PQ) par rapport à l’axe de rotation du rotor (Z_P). Ladite géométrie des canaux (C_PQ) est définie par des paramètres tels que les diamètres et longueurs de conduits, leurs angles d’inclinaison," Pas d’hélice " ,sections circulaires ou non circulaires…

A titre d’exemple non limitatif, un canal peut être : (i) composé de plusieurs conduits droits raccordés les uns aux autres, et , (ii) en hélice ou en spirale, et , (iii) convergent ou divergent et de section circulaire ou non circulaire. Dans un autre exemple de réalisation du rotor (R_P), les canaux (C_PQ) peuvent être remplacés par des pales ou aubes.

Dans la forme de réalisation selon la , le rotor comporte deux canaux (C_PQ) inclinés d’un angle (α_PQ) par rapport à l’axe de rotation (Z_P), raccordées l’un à l’autre par un cône (K) comme représenté sur ladite figure. Le jet primaire (JP_P) provenant de l’orifice (O_P) impacte le rotor au niveau du cône (K) situé à l’entrée (E_P) et se trouve divisé en deux jets distincts empruntant chacun un canal. L’impact et l’écoulement de ces deux jets dans les deux canaux (C_PQ) produit un couple mécanique par rapport à l’axe (Z_P), permettant ainsi de faire tourner ledit rotor (R_P).

Le palier lisse ou les roulements assurant la liaison pivot (P_P) entre le rotor (R_P) et le corps (2) sont des organes très sensibles qu’il est nécessaire de protéger d’un éventuel écoulement des fluides purs ou chargés en leur sein par un joint d’étanchéité ou une pièce de protection.

La performance du dispositif selon l’invention dépend de la vitesse de rotation (ω_P) des rotors (R_P). Cette vitesse de rotation influence fortement le temps d’interaction des jets orbitaux (JO_PQ) avec la surface à traiter. Ainsi, une vitesse de rotation (ω_P) très élevée ne donne pas suffisamment de temps au jet pour travailler la surface cible. A l’inverse, une vitesse de rotation (ω_P) très faible réduirait la surface traitée par unité de temps. De ce fait, compte tenu de l’importance de la vitesse de rotation (ω_P), le dispositif selon l’invention peut être équipé d’un système de régulation de la vitesse de rotation du rotor (R_P) sous forme d’un frein mécanique, hydraulique, magnétique, etc.

Les rotors (R_P) étant exposés à l’écoulement et à l’impact du jet fluide pur ou chargé, les canaux (C_PQ) sont sujets à différents problèmes d’entartrage, d’usure, d’érosion, etc. Ces canaux (C_PQ) peuvent être protégés selon les solutions non-limitatives suivantes : (i) le rotor (R_P) peut être réalisé dans un matériau résistant à l’érosion-abrasion, (ii) les parois des canaux (C_PQ) peuvent être revêtues d’une couche de matériau résistant à l’érosion-abrasion, (iii) des inserts réalisés dans un matériau résistant à l’érosion-abrasion placés dans le rotor (R_P) peuvent protéger les canaux (C_PQ), (iv) le rotor (R_P) peut être équipé de picots anticalcaires.

Lors de son écoulement dans les canaux (C_PQ), le jet primaire (JP_P) subit plusieurs déviations occasionnant de forts tourbillons et par conséquent des pertes de charge et de cohérence importantes dudit jet. Afin de réduire sinon éliminer ces tourbillons, différentes solutions sont envisageables : (i) prévoir des sections de canaux (C_PQ) non circulaires sur toute ou partie de leur longueur, comme une section carrée, triangulaire, hexagonale ou autre, (ii) installer, dans les canaux (C_PQ), des redresseurs d’écoulement tels des systèmes anti-tourbillon à tubes ou en forme de nid d’abeille.

Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné à projeter de jets fluides purs ou chargés pour réaliser des opérations telles que le sablage, le décapage, le polissage, le grenaillage, le lavage-nettoyage, le gommage, le massage, le séchage, l’arrosage, le peinturage, l’atomisation, etc.

Claims (9)

1. Dispositif pour délivrer "N" jets fluides orbitaux purs ou chargés, avec N ≥ 1, caractérisé en ce qu’il comporte selon l’invention une entrée par laquelle arrive le fluide pur ou chargé dans une chambre primaire (1) munie de "P" orifices (O_P), avec P ≥ 1, traverse ces orifices (O_P) et se transforme en jets primaires (JP_P) qui arrivent ensuite dans ″le système de transformation des jets primaires (JP_P) en jets orbitaux (JO_PQ)″ composé de "P" rotors (R_P) montés tournant par rapport au corps (2), autour de leur axe de rotation (Z_P), grâce aux liaisons pivots (L_P) assurées par paliers lisses ou roulements, chacun desdits rotors (R_P) renferme en son sein "Q" canaux (C_PQ), avec Q ≥ 1, dont l’entrée (E_P) est située sur l’axe de rotation (Z_P) en regard d’un orifice (O_P), lesdits jets primaires (JP_P) arrivant des "P" orifices (O_P) pénètrent les rotors (R_P) par l’entrée des canaux (E_P), s’écoulent ensuite vers les sorties des canaux (S_PQ), inclinées d’un angle (α_PQ) par rapport aux axes de rotation (Z_P), en communiquant auxdits rotors (R_P) une partie de leur énergie cinétique, ce qui produit compte tenu de la géométrie des canaux (C_PQ) un moment mécanique par rapport à l’axe de rotation (Z_P), engendrant ainsi la mise en rotation desdits rotors (R_P) autour de leur axe de rotation (Z_P) et produisant en sortie du dispositif "N" jets orbitaux (JO_PQ).
2. Dispositif pour délivrer "N" jets fluides orbitaux purs ou chargés, avec N ≥ 1, caractérisé en ce qu’il comporte selon l’invention une entrée par laquelle arrive le fluide pur ou chargé dans une chambre primaire (1) munie de "P" orifices (O_P), avec P ≥ 1, traverse ces orifices (O_P) et se transforme en jets primaires (JP_P) qui arrivent ensuite dans ″le système de transformation des jets primaires (JP_P) en jets orbitaux (JO_PQ)″ composé de "P" rotors (R_P), chacun muni d’un arbre (A_P) confondu avec son axe de rotation (Z_P), dont le bout inférieur repose dans un siège (B_P) et le bout supérieur est guidé dans un palier (D_P), chacun desdits rotors (R_P) renferme en son sein "Q" canaux (C_PQ), avec Q ≥ 1, dont l’entrée (E_P) est située sur l’axe de rotation (Z_P) en regard d’un orifice (O_P), lesdits jets primaires (JP_P) arrivant des "P" orifices (O_P) pénètrent les rotors (R_P) par l’entrée des canaux (E_P), s’écoulent ensuite vers les sorties des canaux (S_PQ), inclinées d’un angle (α_PQ) par rapport aux axes de rotation (Z_P), en communiquant auxdits rotors (R_P) une partie de leur énergie cinétique, ce qui produit compte tenu de la géométrie des canaux (C_PQ) un moment mécanique par rapport à l’axe de rotation (Z_P), engendrant ainsi la mise en rotation des "rotor(R_P)/arbre(A_P)", telle une toupie, autour de leur axe de rotation (Z_P), par rapport aux "Corps(2)/siège(B_P)/palier(D_P)" et produisant en sortie du dispositif "N" jets orbitaux (JO_PQ).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque rotor (R_P) comporte "Q" canaux (C_PQ), disposés en étoile et ayant une même entrée principale (E_P) et "Q" sorties (S_PQ) inclinées d’un angle (α_PQ) par rapport à l’axe de rotation dudit rotor (Z_P), la géométrie desdits canaux peut être soit une série de conduits droits raccordés les uns aux autres, soit en spirale et doit permettre de capter une partie de l’énergie cinétique du jet primaire (JP_P) et la transformer en un moment mécanique des forces exercées par ce jet primaire (JP_P) sur les canaux (C_PQ), par rapport à l’axe de rotation du rotor (Z_P), différent de zéro, entrainant ainsi le rotor (R_P) en rotation.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor (R_P) comporte deux canaux (C_{P 1}) et (C_{P 2}) inclinés respectivement d’un angle (α_{P 1}) et (α_{P 2}) par rapport à l’axe de rotation (Z_P) et décalés de ΔX₁et ΔX₂dudit axe (Z_P), raccordées l’un à l’autre par un cône (K), le jet primaire (JP_P) provenant de l’orifice (O_P) pénètre le rotor par l’entrée (E_P) au niveau du cône (K) et se trouve divisé en deux jets distincts qui s’écoulent vers les sorties (S_{P 1}) et (S_{P 2}) en créant, grâce aux bras de levier ΔX₁et ΔX₂, un moment mécanique par rapport à l’axe (Z_P) entrainant le rotor (R_P) en rotation.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux (C_PQ) sont équipés de redresseurs d’écoulement tels que des systèmes anti-tourbillons à tubes ou en forme de nid d’abeille, ou lesdits canaux (C_PQ) sont de sections carrées, triangulaire, hexagonale ou autre sur tout ou partie de leur longueur, permettant ainsi de réduire les tourbillons dans les rotors (R_P).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rotors (R_P) peuvent être réalisés partiellement, au niveau des canaux (C_PQ), ou totalement dans un matériau résistant à l’érosion-abrasion et peuvent être équipés de picots anticalcaires.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif selon l’invention peut être muni d’orifices ou buses supplémentaires lui permettant de délivrer simultanément ou non des jets non-orbitaux.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est équipé d’un système de régulation de la vitesse de rotation du rotor (R_P) sous forme d’un frein mécanique, hydraulique ou magnétique.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est destiné à projeter des jets fluides purs ou chargés orbitaux (JO_PQ) pour la réalisation d’applications telles que le décapage, le sablage, le polissage, le grenaillage, le lavage-nettoyage, le massage, le gommage, le séchage, l’arrosage, le peinturage et l’atomisation.