Brevet FR2233511A1 — publié le 19750110

La présente invention concerne un procédé et un dispositif qui permettent de faire circuler un fluide sans utiliser de pièces mécaniques en mouvement. On connaît déjà des dispositifs qui permettent de faire circuler un fluide en l'entratnant par un fluide moteur à travers un conduit dans lequel le fluide moteur est injecté sous pression. Dans ces dispositifs, le fluide moteur est injecté par une tuyère, ét du fait de la dépression créée par 12 effet Venturi, le fluide à faire circuler est aspiré et refoulé avec le fluide moteur. La quantité de fluide aspirdeet refoulée dans ces dispositifs est relativement limitée et ne représente qu'un apport partiel par rapport au fluide moteur0 Dans d'autres types de dispositifs connus, il est fait application de l'effet Coanda qui provoque une aspiration le long d'une paroi léchée en tous points par un fluide moteur en circulation rapide.la quantité de fluide aspirée et refoule peut alors parfôts atteindre ou mdme dépasser la quantité de fluide moteur utilisée, mais elle demeure encore relativement limitée vis-à-vis de cette dernière.Par ailleurs, dans les dispositifs utilisant lteffet COANI > Â, il est nécessaire de réaliser un glage très précis de la fente circulaire d'admission du fluide moteur, ce qui conduit à un coft de fabrication des appareils relativement élevé. La pressente invention permet de s'affranchir de ces inconvé- nients des solutions antérieures. Elle permet notamment d'assurer la circulation de débits relativement élevés de fluides dans un dispositif de-construction très simple, de prix de revient réduit, et dsendurance estremement longue, ne comportant pas de pièces mécaniques mobiles. Elle s'applique à la circulation des fluides les plus divers, qu'il s'vagisse de gaz, de vapeurs,de liquides. le terme de fluide couvre ici également les solides pulvérulents, ou m8me les solides en morceaux de petites dimensions tels que les copeaux, tournures, ou graines de cSrSales. Le procédé selon l'invention se caractérisé en ce que l'on fait circuler un fluide, par entratnement à travers un conduit annulaire convergent-divergent, par un fluide moteur injecté sous pression dans ledit conduit, en ce que ledit conduit convergentdivergent est limité par une paroi annulaire en forme d'hyperboloI- de de révolution, et en ce que le fluide moteur est injecté en des points répartis autour de l'axe de révolution en jets orientés selon des génératrices rectilignes de l'hyperboloide de la paroi ou d'hyperboloides de même axe et de même centre que celui de ladite paroi. Le dispositif selon l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus se caractérise en ce qu'il comporte un conduit tubulaire convergent-divergent limité par une paroi annulaire en forme d'hyperboloSde de révolution et des canaux débouchant dans ledit conduit par des orifices répartis autour d-e l'axe de révolution, lesdits canaux étant orientés en direction d'une m8me extrémité du conduit, chacun selon une génératrice rectiligne de l'h-y- perboloTde de la paroi du conduit ou d'un iiyperbploide de meme axe et de meme centre que celui de la paroi passant par l'orifice -correspondant. Les orifices sont, de préférence, répartis sur des cercles dans des sections droites du conduit convergent-divergent, et ils sont avantageusement situés, en partie au moins, à proximité immédiate de la paroi du conduit. D'autres caractéristiques et d'autres avantages de l'inven- tion apparattront à la lecture de la description qui va suivre, celle-ci concernant un mode de'réalisation particulier choisi.$ titre d'exemple non limitatif et décrit en faisant référence aux figures 1 à 3 dans lesquelles La figure 1 représente schématiquement le dispositif décrit en coupe longitudinale suivant un plan diamétral; La figure 2 représente le dispositif, en coupe transversale, perpendiculairement à l'axe longitudinal au niveau d'un premier étage d'injection de fluide moteur; La figure 3 représente le dispositif, en coupe transversale, perpendiculairement à l'axe longitudinal, au niveau d'un autre étage dtinjection du fluide moteur. Dans le mode de réalisation particulier-décrit,le dispositif selon l'invention est essentiellement constitué par un conduit tubulaire convergent-divergent, qui peut etre raccordé à ses deux extrémités à une conduite non représentée pour y faire circuler un fluide0 Ce conduit est limité par une paroi annulaire 1, en forme d'hyperbololde de révolution, et il se termine par deux sections droites 2 et 3 qui constituent respectivement la section d'entrée et la section de sortie du fluide que l'on fait circuler. Une chambre annulaire étanche 4 est solidaire de la paroi 1 et disposée autour de celle-ci au voisinage de la section d'entrée 2. Elle constitue un distributeur de fluide moteur, dans lequel débouche une conduite d'alimentation 11, qui permet d'y admettre le fluide moteur sous forte pression. La chambre 4 communique avec le conduit 10 par une série de canaux 5 débouchant dans le conduit par des orifices dont les centres sont régulièrement répartis à intervalles angulaires égaux sur un cercle dans une section droite du conduit, et qui se trouvent à proximité immédiate de la paroi 1. les aies des différents canaux~5 sont orientés, comme le montrent les flèches 6, vers la section de sortie 3 du conduit et selon des génératrices rectilignes d'un hyperboloide de révolution qui passe par les orifices des canaux et qui est coaxial à lthyperboloide défini par la paroi annulaire 1 et de même centre0 Ces génératrices appartiennent à un meme système de génératrices de l'hyperboloide. Les orifices étant très proches de la paroi 1, il s'agit pratiquement de génératrices de lthyperboScide de cette paroi. Dans le mode de réalisation particulier représenté sur les figures, le dispositif comporte un autre ensemble dtinjection de fluide moteur, qui se trouve situé au niveau de la section la plus rétrécie de la paroi annulaire 1 en forme d'hyperbololde de révo lutin. Cet ensemble comprend deux séries coaxiales de canaux 8 d'injection de fluide, distants de la paroi 1. À cet effet, des tubes 7, ici au nombre de trois, pénètrent radialement dans le conduit 10, et ils sont reliés, à l'extérieur du conduit, à une chambre de distribution annulaire 12, alimentée en fluide moteur par lsintereédiaire d'une conduite 13. Ces tubes 7 sont en fait, comme le montre la figure 3, ménagés dans une même masse formant une structure à trois branches. Les canaux d'injection 8 sont percés à travers la paroi des tubes 7 en direction de la section de sortie 3 du conduit 10. Les orifices de ces canaux sont répartis sur deux cercles concentriques centrés sur l'axe de révolution du conduit, et les axes des canaux correspondants sont orientés, comme le montrent les flèches 9, suivant les génératrices d'un meme système d'hyperboloides de révolution coaxiaux à l'hyperbololde de la paroi annulaire 1 et de même centre et passant respectivement par chacun de ces cercles. En fonctionnement, un fluide moteur sous pression est admis dans les couronnes de distribution 4 et 12. le fluide moteur est alors injecté dans le conduit 10 sous forme de jets qui sortent à grande vitesse des canaux d'injection 5 ou 8 ,suivant la direction des axes 6 ou 9. Dans le souci de limiter les pertes de charge, l'épaisseur des parois dans lesquelles sont ménagés les canaux d'injection est aussi faible que possible compte tenu des impératifs de résistance mécanique et de la nécessité dtassurer par ces canaux l'orientation des jets*Ces jets aspirent alors le fluide à véhiculer, depuis la section d'entrée 2 du conduit, et l'entrat- nent vers la section de sortie 3. Les jets de fluide moteur sortant de canaux d'injection situés contre la paroi 1 du conduit, tels que les canaux 5 des figures restent tout le long de leur trajet extrmemenl'voisins de la paroi annulaire, ce qui favorise l'aspiration du fluide entraîné. De plus, le transfert d'énergie cinétique entre le fluide moteur et le fluide véhiculé est complété par l'effet de la force centrifuge puisque les axes des différents canaux 5 et 8 sont orientés suivant des génératrices-d'hyper bololdes, qui ne sont pas parallèles à l'axe de révolution du dispositif. le fluide véhiculé se trouve ainsi entraîné sur une trajectoire qui rappelle la forme des pales de l'hélice d'une pompe héliconentrifuge. Cependant le dispositif ne comporte aucune pièce mécanique en mouvement. Comme on le comprend d'après la description qui précède,le dispositif est utilisé pour assurer le transfert d'un fluide entre deux milieux différents, soit que ce dispositif soit relié à des conduites de circulation du fluide respectivement à l'une et/ou à l'autre de ses extrémités, soit que ces milieux soient séparés par une cloison que traverserait le dispositif, les extrémités 2 et 3 se trouvant respectivement de part et d'autre de la cloison. Cette application au transfert de fluides entre deux milieux différents se distingue des mélangeurs qui permettent l'injection d'un fluide moteur à l'intérieur dtun conduit car dans ce cas l'énergie du fluide moteur n'est utilisée que pour réaliser un brassage à l'in- térieur d'un milieu fluide confiné. L'emploi d'un dispositif comportant plusieurs étapes d'injections de fluide moteur, comme le mode de réalisation à deux étapes représenté sur les figures, peut être particulièrement avantageux, notamment dans une telle application au transfert d'un fluide entre deux milieux différents, car il permet plus faeilement de s'affranchir d'une éventuelle contre-pression. D'autres avantagés du dispositif reposent sur sa simplicité; son prix de revient est faible, et, de par sa réalisation, les pannes de fonctionnement ou l'usure sont réduites au minimum. Par ailleurs, la quantité de fluide aspirée et refoulée est grande vis-à-vis de la quantité de fluide moteur injectée sous pression. Le dispositif représenté sur les figures est susceptible de nombreuses variantes, en ce qui concerne, en particulier,l'emplacement des orifices par où s'échappe le fluide moteur.On peut ainsi, notamment, répartir ces orifices sur plus de deux sections droites du conduit 10, ou, au contraire, les réunir dans une même section. Dans chaque section, les orifices peuvent etre répartis sur un ou plusieurs cercles, plus ou moins près de la paroi annulaire limitant le conduit. De mime la réalisation pratique des organes de distribution de ces moteurs, que constituent, dans le cas décrit, les couronnes annulaires 4 et 12 et les tubes radiaux 7,peut faire l'objet de diverses variantes. À titre d'exemple, on a réalisé un dispositif, tel que celui qui vient d'être décrit, mais comportant un seul étage d'injection de fluide moteur, celui des canaux 5, les tubes 7 étant par contre supprimés. Dans ce dispositif, le conduit 10 présentait une longueur de 172 mm entre la section d'entrée et la section de sortie, celles-ci présentant chacune un diamètre de 120 mm. les canaux d'injection de fluide débouchaient contre la paroi du conduit, au niveau de la section d'entrée, par six orifices de 4 mm de diamètre régulièrement répartis à intervalles angulaires égaux. Ce dispositif a été utilisé pour assurer le renouvellement de l'atmosphère d'un atelier. Pour une pression de fluide moteur variant par exemple de 2 à 8 bars, le débit d'aspiration varie de 730 à 1650 m3/h ( à la température de 15OC), et le débit de fluide moteur injecté correspondant varie de 90 à 250 m3/h. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits ci-dessus à titre d'exemples; elle en englobe, au contraire, toutes les variantes, ainsi que toutes les applications. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour faire circuler un fluide par entrainement à travers un conduit annulaire convergent-divergent par un fluide moteur injecté sous pression dans ledit conduit, caractérisé en ce que ledit conduit convergent-divergent est limité par une paroi annulaire en forme dthyperboloide de révolution, et en ce que le fluide moteur est injecté en des points répartis autour de l'axe de révolution en jets orientés selon des génératrices rectilignes de l'hyperboloIde de la paroi ou d'hyperboloIdes de même axe et de même centre que celui de ladite paroi. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend un conduit tubulaire convergent-divergent limité par une paroi annulaire en forme d'tiyperboloide de révolution et des canaux débouchant dans ledit conduit par des orifices répartis autour de l'axe de révolution, lesdits canaux étant orientés en direction d'une même extrémité du conduit, chacun selon une génératrice rectiligne de lthyperboloide de la paroi du conduit ou d'un hyperboloide de même axe et de m8me centre que celui de la paroi passant-par l'orifice correspondant. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en cé que lesdits orifices sont répartis à intervalles angulaires égaux sur un ou plusieurs cercles dans une ou plusieurs sections droites du conduit. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits orifices sont au moins en partie sur un meme cercle de section droite à une extrémité du conduit, les canaux étant orientés vers l'autre extrémité et disposés au voisinage immédiat de la paroi du conduit. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des- revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits canaux communiquent avec une chambre annulaire d'alimentation en fluide moteur. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits orifices sont au moins en partie répartis sur au moins un cercle de section droite distant de la paroi annulaire dans la zone rétrécie du conduit convergent-divergent. 70- Dispositif selon la revendication 6, caraetérisé en ce que lesdits orifices débouchent dans des tubes d'alimentation en fluide moteur pénétrant radialement dans le conduit convergent-divergent. 8.- Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, ou transfert d'un fluide entre deux milieux diffSrents.