Brevet FR2583118A1 — publié le 19861212

La présente invention concerne les dis-~sitlfs de chicanes placées dans les canaux et conduits de transfert de fluides et destinées à freiner ltécoulement de fluide par dissipation de son énergie cinétique. Il existe déjà des canaux à chicanes qui créent des déviations angulaires successives et généralelent alternées. Le dispositif selon l'invention est constitué de cavités successives aéli itées par les chicanes et communiquant entre elles. Chaque cavité est le siège d'un tourbillon, et la disposition des chicanes est telle que les tourbillons successsifs ont des sens de rotation opposés. C'est principalement la forme spécifique des chicanes, qui, agissant sur le courant de fluide, met celui-ci en rotation tourbil -lonnaire, les chicanes ont en effet une partie concave qui renvoie le fluide vers "l'arrière", la déviation angulaire de cette partie étant supérieure à 1800. Une partie du fluide "renvoyé" forme le tourbillon, une autre partie alimente la cavité suivante. Cette dernière étant "emboitée" sur la précédente. Les formes des cavités et des chicanes sont telles qu'il n'y a pas de zones mortes où pourraient s'agglutiner des dépots de particules contenues dans le fluide. Trois planches de dessins permettent de préciser la description de l'invention: - les figures 1 et 2 sont des coupes de canaux à chicanes à écoulements alternés. - les figures 3 à 10 sont des coupes des canaux à chicanes et à cavités à écoulement tourbillonnaire selon l'invention. - les figures 11 à 18 concernent des applications de l'invention dans des dissipateurs dlénergie ou des limiteurs de débit. - la figure 11 est une coupe d'un limiteur de débit. - la figure 12 est une vue développée du cylindre porteur du canal à chicanes selon l'invention, du limiteur de débit de la figure 11. - la figure 15 est une coupe d'un autre limiteur de débit. - la figure 14 est une vue développée des 2 parties actives du cylindre porteur du canal à chicanes selon l'invention, du limiteur de débit de la figure 13. - la figure 15 est une coupe d'un limiteur de débit où la partie porteuse des chicanes est conique. - la figure 16 est une coupe d'un limiteur de débit où la partie active est constituée des 2 faces parallèles d'une pastille. - la figure 17 est une vue en plan d'une des face de la pastille équipée d'un canal à chicane, du limiteur de débit de la figure 16. - la figure 18 est une vue en coupe d'un limiteur de débit autorégulant comprenant une couronne porteuse d'un canal à chicanes selon l'invention. te canal présenté siar la fugure 1 est muni de chicanes droites 1 et 2, à faces parallèles et extrémités droites 1 l en arrondies 2. A chaque chicane le fluide subit un changement de direction inférieur à 180 . Le canal présenté sur la figure 2 est muni de chicanes 3 et 4 dites coniques ou trapézoidales, dont les faces forment un dièdre, et les extrémités sont planes 3 arrondies 4. A chaque chicane le fluide subit un changement de sens nettement inférieur à 180 , selon les flèches. Le canal présenté sur la figure 3 est muni de chicanes 5 selon l'invention. La chicane 5 est constituée d'une partie inclinée 6 dans le sens de l1écoulement, d'une seconde partie inclinée 7 dans le sens opposé à l'écoulement moyen, d'une ortie plane 8 selon l'axe du canal, et d'une #partie inclinée 9 sur l'arrière de la chicane. Les cavités 10 sont délimités par les plans 6,7 d'une c';iicane, le plan 8 d'une chicane opposée, le plan 9 d'une autre chicane adjacente et par une paroi 11 du canal. Les orienta- -tions des faces de chicanes et des plans des cavités 10 sont telles qu'à l'intérieur de claque cavité 10 se fora un tourbillon qui remplit la cavité.Une partie du tourbillon s'échappe et alimente le tourbillon de la cavité voisine. cette partie de tourbillon doit casser son moment ci@@tique de rotation pour tourner vers l'autre sens, il y a dissipation d'énergie. Les tourbillons tant turbulents il y a dissipation d'énergie dans le coeur du tourbillon par frottement interne;; de plus les autres parois délimitant le canal sont sensiblement parallèles et "planes", les tourbillons frottent sur ces parois et perdent de l'énergie cinétique. ?our des sections de canal colpar-bles selon les figures 1 - 2 et 3, dans le cas de la figure 3, la partie de la section utilise pour le transfert d'une cavité a une autre est petite et nécessite donc une plus grande vitesse pour laisser passer ur même débit; la dissipation d'énergie cinétique par cavité ou par chicane sera pour des canaux compa -rables, nettement supérieure avec des chicanes selon l'invention. En outre toutes les surfaces des chicanes sont balayées par des courants à grande vitesse, ce qui évite les dépots dans le cas des eaux d'irrigation. La figure 4 présente une variante des chicanes de la figure 3, les facettes étant remplacées par des profils arrondis. Les con- facettes 6 et 7 sont remplacées par la #cavité 12 et les facettes 8 et 9 par la convexité 13 et le raccordement concave 14. La figure 4 présente une autre variante des chicanes et des cavités du canal. La concavité 12 est maintenue. La facette 8 est remplacée par une facette légèrement bombée 15, et la facette 9 conest remplacée par une #cavité 16. La figure 6 présente une variante de la réalisation selon la figure 4. Les chicanes sont les mêmes, les parois 11 du canal sont plus éloignées et les cavités 10 sont plus larges. La figure 7 présente une variante de la réalisation selon la figure 5. La concavité 12 est maintenue, les facettes 15 sont plus planes et la concavité 16 moins prononcée. La figure 8 présente une autre variante de chicanes et de cavités selon l'invention. Les chicanes sont symétriques. Les concavités 12 et 16 sont les mêmes et opposées, la facette 15 est en concavité de façon à favoriser le tourbillon dans la cavité 10. La figure 9 reprend des chicanes selon la figure 8 et présente d'autres formes de chicanes symétriques, les facettes centrales étant concaves 17, planes 18 ou connexes 19. Cette figure présente quelques grandeurs géométriques du canal, des chicanes et des cavités. . H est la largeur maximale d'inplantation du canal . A est la largeir##du canal au droit de la chicane, ou largeur de la cavité . . B est la largeur de passage entre deux chicanes alternées . P est le pas des chicanes . Pr non reprsssenté, la profondeur du canal . Q la largeur du fluide du tourbillon Les meilleurs performances ont obtenues pour-un encombrement général donné lorsque les valeurs de 1, B; (E - A) et Pr abXt voisines. La figure 10 présente des variantes de dispositions de chicanes, telle que la largeur s est considérée comme nulle. L'écoulement selon la flèche 20 à la périphérie du tourbillon vient buter sur le dos de la chicane précédente et s'arrête. L'écoulement selon la flèche 21 bute sur l'arrête de la chicane précédente et le tour -billon reste théoriquement fermé. En fait dans ces deux cas il y a quand même un échappement de fluide d'une cavité vers la suivante sous lteffet du gradient de pression. Les figures 11 à 18 présentent l'adaptation des chicanes et des cavités tcurbillonnaires selon l'invention à différents types de limiteurs de débit ou goutteurs pour lsirrigation. La figure 11 présente un goutteur très simple en deux pièces co!:prenant un corps 21 qui se monte en dérivation sur une conduite grace à un piquage 22 en forme de tête de vipère. La seconde pièce 23 de forme cylindrique glisse dur dans le corps 21. L'extérieur cylindrique porte le canal avec les chicanes. Cette partie est re2résertée develozDée sur la ligure 12. Les traits d'axes 24 et 25 représentent les plans de joints de la pièce obtenues par moulage sous pression de mati-.res plastiques.L'eau entre en 26 passe dans le canal constitué de chicanes 27 et de cavités 28; le passge du plan de joint se fait par un canal 29. lorsque le canal a durit presque un tour complet il fait emi-tour sans franchir le plan de joint et revient parallèle au premier canal. La sortie s'effectue en 30 vers l'extérieur. La réalisation présentée comprend un canal constitué d'un aller et d'un retour circulaires. Pour s'adapter à la pression à dissiper ou au débit choisi il est possible de modifier les dimensions des chicanes et canaux ou d'augmenter le nombre d'aller et de retour circulaires. La sortie 30 de la figure 12 se transformant en un demi-tour et étant repoussée à la fin d'un aller ou d'un retour supplémentaire ou de plusieurs. La figure 13 présente un goutteur en ligne, qui relié deux tronçons de conduite. il est constitué d'un corps femelle 31, lisse à l'intérieur danslequel vient s-'emboiter le téton mâle 32 porteur des chicanes et des cavités selon l'invention. Les parties en contact sont cylindriques ou très légèrement coniques pour donner un meilleur serrage. Le goutteur s'emboîte sur les extrémités de la conduite par ses embouts cannelés 33. Le canal formé de chicanes et de cavités pourrait être constitué d'un grand nombre d'aller et de retour circulaires présentés sur la figure 12. En variante, la figure 14 présente une autre disposition du canal, où le nombre de franchissement du plan de joint est réduit à une fois. La figure 14 présente les 2 faces opposées du cylindre portant le canal avec les chicanes.L'eau entre en 34, et décrit un canal circulaire s'étendant sur moins d'un demi-cercle 35; au lieu de ranchir le plan de joint le canal fait un demi-tour et décrit une autre portion de sei-cercle 36; à nouveau il fait un demi-tour et ainsi de suite. A la fin de la dernière portion de demi-cercle 37, le fluide revient dans le canal 38 le long de la génératrice voisine du plan de joint. Le fluide franchit le plan de joint en 39 et se retrouve sur l'autre "face" du cylindre. Après une succession de de-i-cercles porteurs de chicanes et de cavités, le fluide sort en 40j des trous dans les cannelures circulaires L1 permettent au fluide de sortir vers l'extérieur. La figure 15 présente un l & te#r de débit en 3 pie ces. Il co-lprend une embase 51,- équipée d'une prise d'eau se piquant sur une conduite, une cape conique 52 se vissant sur l'embase 51 et un téton conique 53 porteur du canal à chicanes et à cavités selon l'invention, la surface conique externe de 53 venant se plaquer sur la surface conique interne de 52 sous l'effet de la pression. Un poussoir 54 permet de désolidariser les 2 pièces 52 et 53 pour un lavage par écoulement rapide ou "flushing" des dépots éventuels. Ce dispositif était essentiel pour les anciens goutteurs ou le l canal était constitué d'une spirale à écoulment laminaire. La disposition des chicanes et des cavités sur la surface conique externe de 53 est soit une extension de aa figure 12 à plusieurs allerset retourscirculaires fait une adaptation conique des 2 "faces" de la figure 14. Les figures 16 et 17 se rapporte à un limiteur de débit en forme de bouton constitué d'un corps 61 équipé d'une prise d'eau se piquant sur une conduite, d'un couvercle 62~fermant le corpB 61- par clipsage, le corps et le couvercle ayant deux faces se regardant parallèles, à l'intérieur une pastille 63 porte sur ses 2 facesun canal constitué des chicanes et des cavités selon l'invention. Le clipsage'du couvercle 62 est tel que la pastille 63 est étanche entre le corps 61 et le couvercle 62. Le fluide arrive par le centre, entre dans le canal circulaire et traverse la pastille à la fin du canal de la première face, par un orifice 64, puis décrit à nouveau un canal circulaire constitué des chicanes et de cavités selon l'invention, puis ressort par le centre. La figure 18 présente un limiteur de débit autorégulant équipé de cavités et de chicanes selon l'invention. Ce limiteur est constitué d'un corps 71 muni d'une prise--d'eau se piquant sur une conduite, et d'un couvercle 72 se fixant par vissage ou clipsage sur le corps 71. Une membrane élastique 73 est pincée entre le corps et le couvercle, elle est équipée d'un orifice 74, alimen -tant une gorge circulaire 75 située dans le couvercle 72. Le couvercle est équipé d'un canal 76 circulaire constitué de cavités et de chicanes selon l'invention. Ce canal dont le d but et la fin sont délimités par une même cloison radiale, est alimenté par un orifice relié à la gorge de distribution 75, et a une sortie raciale vers la chambre 77 équipée d'un orifice central d'échappement 78 communiquant avec l'extérieur ou#l'utilisa- --ion du fluide. La pressior du fluide entrant par le corps pousse la membrane 73 contre le couvercle 72, la membrane constituant ainsi la dernière face du canal. Le fluide passe par l'orifice 74 avec une petite chutte de pression puis dans le canal 76 avec une chutte de pression plus grande et arrive dans la chambre 77 avec une pression inférieure à la pression d'entrée.Les caractéristiques géométriques in canal et mécaniques de la membrane sont telles que pour une diffé -rence de pression donnée la membrane affleure l'orifice de sortie 78. A cette différence de pression correspond un débit dans le canal selon 1'invention. Si la pression augmente, la membrane se rapproche encore plus de l'orifice, diminue sa section de sortie et crée une perte de charge supplémentaire qui compense l'élévation de pression; Le débit reste ainsi stable. Des limiteurs de débit autorégulant ont fait l'objet d'une invention de la société CITROEN, invention tombée dans le domaine public. Le restricteur était réduit à l'orifice dans la membrane, alors que dans le cas présent il est constitué de l'orifice dans la membrane et d'un canal constitué de chicanes et de cavités selon l'invention. Le domaine principal d'application de l'invention est la microirrigation ou irrigation au goutte r goutte. L'invention s'applique également aux applications hydrauliques et pneumatiques pour limiter les d-bits et dissiper l'énergie cinétique ou l'énergie de pression. E V E N D i C A T i O N S 1) Dis#ositif dissipateur d'énergie d'un écoulement de fluide constitué de chicanes 5 et de parois de canal 11 formant des cavités 10 se succédant alternativement, les faces c - 7 et 12 des chicanes recevant le fluide, le renvoyant vers l'arrière de façon à engendrer des tourbillons dans les cavités 10, les tourbillons successifs ayant leurs sens de rotation alternés. 2) Dispositif selon la revendication 1, où les chicanes 5 sont à facettes 5 - 7 - 8 - 9,une facette 8 renvoyant l'écoulement vers l'arrière. 3) Dispositif selon la revendication 1 où les chicanes 5 ont leurs faces cesd'abord concave 12, puis connexe 13 et concave 14, la face concave 12 renvoyant l'écoulement vers 4) Dispositif selon la revendication 1 où les chicanes 5 ont deux faces opposées concavec 12 et 16 et une face centrale bombée plan. ou concave. 5) Dispositif selon la revendication 4 ou les chicanes sont s#étriques - 6) Limiteur de débit équipé d'un dispositif dissipateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 où le canal équipé des chicanes 5 est formé d'arcs de cercle répartis sur un cylindre ou un tronc de cone. 7) Limiteur de débit équipé d'un dispositif dissipateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 où le canal équipé de chicanes 5 est formé d'arc de cercles répartis sur les faces d'une pastille. 8) Limiteur de débit équipé d'un dispositif dissipateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou le canal équipé de chicanes 5 est formé d'an arc de cercle et est délimité par une membrane élastique appliquée par la pression et assurant par ailleurs la ragulation de pression entre l'entrée et la sortie du restricteur 10 dissipateur d'énergie constitué de cavités et de chicanes 5. 9) Limiteur de débit équipé de dissipateur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8