Brevet FR2594051A1 — publié le 19870814

4g 2594051 La présente invention concerne des installations d'arrosage et plus particulièrement de telles installations comportant des buses d'arrosage rotatives. En général les installations d'arrosage, en parti- culier celles qui sont utilisées dans des installations sou- terraines, comportent une tête d'arrosage qui contient une buse d'arrosage et un mécanisme pour commander le débit du liquide à travers la tête en direction de la buse. Les buses d'arrosage rotatives comportent un mécanisme pour faire tourner la buse en fonction du débit d'entrée du liquide, et ce en utilisant le débit du liquide h travers la tête pour faire tourner un mécanisme d'entraînement qui fait lui-même tourner la buse. Le mécanisme d'entraînement pour de telles têtes d'arrosage à buse rotative comporte généralement une turbine entraînée par l'écoulement du liquide et un dispositif de transmission qui transforme la rotation de la turbine en une rotation de la buse. Divers types de buses peuvent être utilisés sur de telles têtes d'arrosage, afin de produire différents types de modes de pulvérisation. Un exemple de tête d'arrosage est décrit dans le brevet US 4 471 908. Avec de telles installations d'arrosage on peut obtenir une large variation de l'écoulement du liquide h la sortie de la buse. Cependant pour fournir un mode et un volume d'arrosage prévisibles et compatibles et pour em- pêcher une usure excessive des éléments rotatifs de l'ins- tallation, il est désirable de pouvoir commander la vitesse de rotation de la buse et de préférence de maintenir rela- tivement constante cette vitesse. Divers mécanismes ont été utilisés pour commander le débit du liquide en direction de la turbine, afin de commander la vitesse de rotation de la buse. Un dispositif de commande de la vitesse de rotation est le mécanisme de stator qui a été utilisé antérieurement par la Société The Toro Company dans certaines têtes d'ar- rosage. Ce mécanisme de stator comprend un clapet sollicité par un ressort et qui peut être déplacé en direction d'un siège de clapet et en sens inverse, sous l'influence de la 2 2594051 pression de l'eau, et qui est disposé immédiatement en des- sous de la turbine. La zone du stator entourant le siège du clapet est pourvue de deux orifices d'entraînement qui sont constamment ouverts. Ces orifices d'entraînement sont dispo- sés de manière à diriger une quantité relativement constante de débit d'eau contre les ailettes de la turbine, et ce indépendamment de la valeur de la pression de l'eau arrivant ou du volume de l'eau. Cependant, si des pressions ou volu- mes d'eau arrivant plus élevés sont présents, le clapet sollicité par un ressort s'ouvre et cette eau "en excès" est dirigée vers le haut à travers'une pluralité de trous dans la partie centrale de la turbine et elle n'est pas dirigée contre les ailettes de cette turbine. Bien que le mécanisme de stator décrit ci-dessus soit acceptable, il s'agit d'un dispositif compliqué du point de vue mécanique qui exige une tête de clapet, un siège de clapet et un ressort devant être assemblés entre eux. En outre, par suite de sa complexité et de son type il crée une turbulence indésirable à l'intérieur de le tête d'arrosage, et cette turbulence provoque à son tour une usure indésirable de la turbine et d'autres parties de la tête. Par exemple la disposition de la tête de clapet et du ressort directement dans le trajet du liquide arrivant pro- voque l'apparition d'une turbulence, du même que le passage de l'eau "en excès" à partir de la tête de clapet à travers la partie centrale de la turbine. Une telle turbulence peut diminuer l'efficacité du stator en ce qui concerne la com- mande du débit de liquide. Pour cette raison il serait avan- tageux d'avoir un type de stator pour la commande du débit de liquide à travers la tête qui réduise au minimum les turbulences et qui exige un minimum d'éléments mécaniques. D'une manière générale le perfectionnement apporté par la présente invention concerne la prévision d'un dispo- sitif de commande de débit à ouvertures qui peut être inséré dans le trajet de l'écoulement du liquide en direction d'une buse d'arrosage, ce dispositif comportant un moyen pour ouvrir sélectivement une ouverture en réponse au débit du liquide autour du dispositif. Plus particulièrement la pré- 3 2594051 sente invention a pour objet un dispositif de commande de l'écoulement d'un liquide comportant une enveloppe ayant une première ouverture pour laisser passer le liquide en direction de la turbine qui entraîne la buse d'arrosage rotative, et une seconde ouverture ou de préférence une pluralité d'ouvertures qui-sont ouvertes sélectivement par un organe flexible formant barrière lorsque la vitesse du liquide à travers la tête d'arrosage est supérieure à celle qui est nécessaire pour entraîner la buse d'arrosage rota-' tive. Dans une forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple, le dispositif comporte une enveloppe cylin- drique ayant une embase percée d'orifices de dimensions constantes pour le passage du fluide en direction de la turbine qui est montée, dans l'enveloppe, h proximité immédiate de la base, et des parois latérales se terminant par une partie extrême présentant une pluralité d'ouvertures adjacentes à cette partie extrême. Un organe annulaire fle- xible formant barrière est disposé à l'intérieur de l'enve- loppe pour re'ouvrir les ouvertures. Dans une forme d'exécu- tion donnée à titre d'exemple les parois latérales de l'en- veloppe sont formées d'une première matière thermoplastique tandis que l'embase et l'organe annulaire flexible formant barrière sont formés d'une seconde matière thermoplastique moins rigide que la première. Dans cette forme d'exécution il est préférable que l'organe flexible formant barrière soit constitué par une partie d'une paroi latérale interne contiguë h l'embase et qui est plus mince, dans sa partie adjacente h la pluralité d'ouvertures ménagées dans la paroi latérale de l'enveloppe, que dans sa partie adjacente à l'embase. En disposant la turbine entre les ouvertures de la paroi latérale et l'embase, le liquide pénétrant à travers les ouvertures de la paroi latérale s'écoule en dérivation par rapport h la turbine si bien que l'on évite ainsi une usure excessive de cette turbine. En outre dans cette forme d'exécution le dispositif de commande du débit comporte uniquement deux parties pour constituer un dispositif sim- 4 2594051 ple du point de vue mécanique mais toutefois efficace pour la commande de la vitesse d'un liquide venant frapper la turbine. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe axiale, d'un dispositif de commande de débit monté dans une tête d'arrosage rotative. La figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant l'embase du dispositif de commande de débit. La figure 3 est une vue en coupe du dispositif de commande de débit, faite suivant la ligne III-III de la fi- gure 2, montrant le dispositif fonctionnant avec un faible débit d'entrée du liquide. La figure 4 est une vue en coupe partielle sembla- ble à celle de la figure 3 et montrant un dispositif fonc- tionnant avec un débit d'entrée du liquide plus élevé que dans le cas de la figure 3. Si on se réfère à la figure 1, on voit que cette figure représente une tête d'arrosage 10 comprenant un bottier 12 de forme générale cylindrique, lequel est destiné à contenir une buse d'arrosage 14 et son mécanisme d'en- trainement en rotation associé, qui est contenu à son tour dans un bottier de rotor interne 16, monté coaxialement. La forme d'exécution qui est représentée à titre d'exemple sur la figure 1, est une tête d'arrosage du type à "jaillisse- ment" et à buse d'arrosage rotative, comportant un ressort 17 qui est comprimé par la pression de l'eau afin d'amener le bottier du rotor 16 et par conséquent la buse d'arrosage 14 à "jaillir" au-dessus du boîtier 12. Un exemple d'une telle tête d'arrosage à jaillissement est décrit dans le brevet US-3 107 056. Bien que la présente description soit faite en référence à des têtes d'arrosage du type à jail- lissement, l'invention n'est nullement limitée à ce type de tête et elle peut être utilisée avec n'importe quelle tête d'arrosage conventionnelle du type rotatif. 2594051 Le mécanisme d'entraînement en rotation peut être n'importe quel mécanisme conventionnel permettant d'entraî- ner en rotation une buse d'arrosage en utilisant l'eau s'écoulant en direction de la buse. Des exemples de tels mécanismes d'entraînement en rotation d'une buse, tels que ceux utilisés dans les têtes d'arrosage du type à jaillis- sement, peuvent être trouvés dans les brevets US-3 854 664, 4 026 471 et 4 253 608. Le boîtier 12 est réduit à son ex- trémité inférieure et il est taraudé intérieurement pour constituer un orifice d'entrée d'eau 18. En outre le boîtier de rotor 16 est ouvert à son extrémité inférieure et il comporte un agencement approprié de passages pour permettre à l'eau de s'écouler vers le haut et éventuellement de péné- trer dans un passage central 19 pour diriger le liquide vers la buse 14. En général l'eau pénètre dans la tête d'arrosa- ge travers l'orifice d'entrée de l'eau 18 et elle se dépla- ce vers le haut à travers le boîtier de rotor 16, en passant autour d'un dispositif de transmission étanche et contenu dans le boîtier de rotor 16, puis elle pénètre dans la buse 14 à travers le passage central 19, ainsi qu'il est généra- lement connu dans la technique. Au mécanisme d'entraînement de la buse 14 en rota- tion est associé un arbre rotatif 20 qui s'étend à partir de l'embase 26 du boîtier de rotor 16. L'arbre 20 s'étend, à son extrémité supérieure, dans un dispositif de transmission situé à l'intérieur du boîtier de rotor 16 et il est accou- plé à un train d'engrenages approprié. Ce train d'engrenages comprend un pignon de sortie qui est en prise avec une cou ronne principale fixée à la buse 14 afin d'entraîner cel- le-ci en rotation. Une turbine 30 comporte des ailettes 32 qui sont rencontrées par l'eau afin d'entraîner le mécanisme de rotation pour faire tourner la buse 14. Si on considère maintenant les caractéristiques particulières de l'invention, un ensemble de stator 40 est prévu pour fournir le liquide au mécanisme d'entraînement en rotation sous la forme de courants commandés afin de contrô- ler la vitesse de rotation de la buse 14. Le stator ou dis- positif de commande de l'écoulement 40 comporte une enve- 6 2594051 loppe 42 adaptée pour pouvoir s'emboîter sur le boîtier de rotor 16, par exemple par un emboîtement du type à enclique- tage ou à vis, à la base du boîtier de rotor. Dans la forme d'exécution donnée à titre d'exemple, l'enveloppe 42 est constituée par un organe ayant une forme générale de cuvette et qui est percé d'ouvertures afin de laisser passer le liquide à travers le stator en direction du boîtier de rotor 16. Les ouvertures de passage du liquide comprennent un ou plusieurs premiers passages ou orifices d'entraînement 54 et 56 disposés à l'alignement avec les ailettes 32 de la turbine 30. Dans une forme d'exécution préférée les orifices d'entraînement sont disposés suivant un angle et de telle façon que le liquide passant à travers eux vienne frapper sur la périphérie des ailettes 32, dans une direction tan- gentielle, si bien que le liquide, s'écoulant à partir de cea orifices à travers l'enveloppe 42, provoque la rotation de la turbine 30 pour entraîner en rotation la buse 14. Avec une telle disposition la force tangentielle de l'eau fait tourner la turbine 30 et par conséquent la buse 14, par l'intermédiaire du dispositif de transmission contenu dans le bottier de rotor 16. Les ouvertures de dimension constan- te des orifices d'entraînement 54 et 56 assurent que seule la quantité d'eau qui est nécessaire pour assurer la rota- tion, vient frapper la turbine 30, afin de réduire les problèmes associés à l'usure de la turbine. Un dispositif répondant au débit du liquide est prévu dans l'ensemble du stator 40, afin d'ouvrir sélecti- vement une ou plusieurs ouvertures de "dérivation" du sta- tor, afin de maintenir sensiblement constante la vitesse du liquide s'écoulant en direction de la turbine 30. Dans la forme d'exécution décrite à titre d'exemple le dispositif répondant au débit du liquide est constitué par une partie flexible interne 70 de l'ensemble du stator 40 et les ouver- tures de dérivation du stator sont ménagées dans une partie 72 de la paroi latérale externe, telle que par exemple l'ou- verture de dérivation 74 qui est mieux représentée sur la figure 4. Lorsque la pression du liquide dans le courant de liquide à l'extérieur de l'enveloppe du stator 42, comme il 7 2594051 est indiqué par la flèche du courant externe 76 sur la fi- gure 4, est supérieure à la pression du liquide du courant provenant des orifices d'entraînement 54 et 56, lequel est indiqué par les flèches des courants d'entraînements 78, la différence de pression amène la barrière annulaire 70 h fléchir vers l'intérieur afin de permettre h une partie en dérivation 79 du courant 76 de pénétrer dans l'enveloppe 42, à travers l'ouverture 74, au-dessus de la turbine 30. Ainsi la quantité d'eau pénétrant à travers les orifices d'entrai- nement 54 et 56 est maintenue relativement constante, le volume en excès étant dérivé autour de la turbine 30 à tra- vers les ouvertures 74. Comme on peut mieux le voir sur les figures 2 et 3, l'ensemble du stator 40 est construit, dans la forme d'exé- cution donnée à titre d'exemple, en deux parties comprenant un élément interne 80 en forme de cuvette, s'étendant verti- calement, et un élément externe annulaire 82, en forme de cuvette renversée, lequel définit la paroi latérale 72. L'élément interne 80 comporte, dans cette forme d'exécu- tion, une paroi latérale 83 dont le bord supérieur consti- tue la barrière flexible 70, qui s'étend à partir d'une embase de stator 84 et qui est moulée d'une pièce en une matière thermoplastique. L'embase 84 du stator comporte également une partie centrale en saillie 86 qui établit un jeu entre la turbine 30 et l'embase du stator, afin de ne pas gêner la rotation de la turbine. L'autre élément externe annulaire 82, en forme de cuvette renversée, de l'enveloppe du stator est également réalisé de préférence, dans cette forme d'exécution, en une matière plastique qui est de préférence plus rigide que celle constituant l'élément interne 80. Dans la forme d'exé- cution décrite l'ouverture 74 est l'une d'une pluralité d'ouvertures réparties circonférentiellement le long du bord supérieur de l'élément externe 82 (comme on peut mieux le voir sur la figure 1) de telle façon qu'un courant de déri- vation du stator annulaire, illustré par la flèche de cou- rant 79, soit établi et se déplace dans une direction géné- ralement axiale tandis qu'il rejoint le courant d'entraîne- 8 2594051 ment 78 se déplaçant en direction du boîtier de rotor 16, afin de créer une turbulence minimale dans l'écoulement du liquide à travers la tête 1. Pour éviter toute turbulence non nécessaire dans le courant de liquide 76, il est préférable que la surface externe de l'enveloppe du stator 42 soit aussi lisse que possible. Pour cette raison, dans cette forme d'exécution, l'embase 84 du stator comporte une collerette périphérique 94 et la paroi latérale externe 72 s'adapte sur cette col- lerette afin de former une surface externe cylindrique lisse pour le stator. La forme de l'élément interne 80 a été également conçue, dans la présente forme d'exécution de l'invention, afin de réduire au minimum les turbulences et d'assurer une séparation entre les courants d'entraînement 78, les cou- rants extérieurs 76 et le courant 79 en dérivation sur la turbine. En prévoyant une barrière annulaire partielle 100, laquelle s'étend à partir de l'embase du stator 84 entre les ailettes 32 de la turbine et la paroi latérale 83, les courants 78 et 79 sont maintenus séparés afin de permettre la flexion appropriée de la barrière annulaire 70 pour ac- croître la réponse de cette barrière 70 à des variations du débit du liquide à travers la tête d'arrosage 10. Le fonctionnement de l'ensemble du stator sera mieux décrit en référence aux figures 3 et 4. Si la tête d'arro- sage 10 est reliée à une source de liquide ayant un débit relativement faible à travers l'orifice d'entrée 18, l'en- semble du stator présente la configuration illustrée sur la figure 3. Dans cette configuration la plus grande partie du débit de liquide arrivant passe directement vers le haut à travers les orifices d'entraînement 54 et 56 et agit sur la turbine 30 pour obtenir une vitesse de rotation prédéter- minée. Cependant, chaque fois que le débit du liquide est supérieur à la quantité qui peut être acceptée par les ori- fices d'entraînement 54 et 56, l'écoulement du liquide s'é- tablit alors suivant les courants externes 76 et ces cou- rants agissent, à travers les ouvertures 74, sur la barrière flexible 70 afin d'incurver cette barrière vers l'intérieur, 9 2594051 comme il est représenté sur la figure 4, et de permettre l'apparition du courant en dérivation 79. Ainsi le débit de liquide en excès est dérivé autour de la turbine 30, en laissant la quantité de liquide s'écoulant à travers les orifices d'entraînement 54 et 56 relativement constante. Ainsi la vitesse de rotation de la tête d'arrosage est maintenue relativement constante. En outre, du fait que le liquide en dérivation s'écoule entièrement autour de la turbine, au lieu de passer à travers des trous ménagés dans la partie centrale de la turbine., comme celé est le cas dans les dispositifs connus antérieurement, la turbulence formée à l'endroit de la turbine est réduite au minimum. On peut donc comprendre que l'ensemble du stator suivant l'invention constitue un dispositif de commande du liquide qui répond à une large gamme de débits d'entrée du liquide, qui réduit au minimum l'usure de la turbine rotati- ve de la tête d'arrosage et qui réduit également au minimum les turbulences pour réduire corrélativement au minimum l'usure de toute les parties d'une tête d'arrosage exposées à l'écoulement du liquide h travers la tête. 2594051 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'arrosage comportant une tête dans laquelle est montée une buse destinée à disperser un liquide s'écoulant à travers la tête, à l'extérieur de la buse, et une turbine associée à la tête et accouplée à la buse afin de faire tourner cette buse en réponse au passage du liquide à travers la tête, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour commander la vitesse du liquide s'écoulant en direction de la turbine (30), ces moyens comportant une en- veloppe (42) montée dans le trajet de l'écoulement du liqui- de en direction de la tête, cette enveloppe (42) comportant une première ouverture (54,56) pour laisser passer à travers elle au moins une partie du liquide s'écoulant en direction de la tête, vers la turbine (30), et une seconde ouverture (74) pour laisser passer sélectivement du liquide à travers elle, en dérivation par rapport à la turbine (30), et des moyens (70) répondant à l'écoulement du liquide en ouvrant sélectivement la seconde ouverture (74). 2.- Dispositif d'arrosage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens assurant l'ouverture sélective de la seconde ouverture (74) sont constitués par un élément flexible annulaire (70) formant barrière recou- vrant la seconde ouverture (74). 3.- Dispositif d'arrosage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'enveloppe (42) comporte une paroi latérale externe (72) dans laquelle est ménagée la seconde ouverture (74), une paroi latérale interne (83) ayant une embase (84) pour supporter la paroi latérale externe (72) en établissant un contact étanche avec celle-ci, la première ouverture (54,56) est ménagée dans l'embase (84) en étant espacée de la paroi latérale interne (83), et l'organe an- nulaire flexible (70) formant barrière est une partie inté- grale de la paroi latérale interne (83) qui est espacée de l'embase (84). 4.- Dispositif d'arrosage suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la seconde ouverture est constituée par une série annulaire d'ouvertures espacées (74) qui sont ménagées dans la paroi latérale externe (72) de l'enveloppe (42). 5.- Dispositif d'arrosage suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la paroi latérale externe (72) de l'enveloppe (42) est réalisée en une première matière ther- moplastique et la paroi latérale interne (83) est réalisée en une seconde matière thermoplastique moins rigide que la première matière thermoplastique. 6.- Dispositif d'arrosage suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la partie annulaire flexible for- mant barrière (70) de la paroi latérale interne (83) est plus mince que les parties restantes de cette paroi latérale interne (83). 7.- Dispositif de commande de l'écoulement d'un liquide dans un dispositif d'arrosage comportant une tête dans laquelle est montée une buse destinée à disperser un liquide s'écoulant à travers la tête, à l'extérieur de la buse, et une turbine associée à la tête et accouplée à la buse afin de faire tourner cette buse en réponse au passage du liquide à travers la tête, caractérisé en ce qu'il com- prend un premier élément (82) comportant un organe annu- laire (72) présentant une série annulaire d'ouvertures espa- cées (74) formées dans un bord de cet organe (72), et un second élément (80) constitué par un organe en forme de cuvette comportant une embase (84) percée d'orifices (54,56) d'entraînement de la turbine (30), afin de diriger une première partie prédéterminée de l'écoulement du liquide en direction de la turbine (30) associée à la tête d'arrosage, et une paroi latérale annulaire (83), flexible, s'étendant verticalement, faisant partie intégrale de l'embase (84), recouvrant la série annulaire d'ouvertures (74) espacées, si bien qu'une seconde partie de l'écoulement du fluide en direction de la buse (14), passant autour du dispositif, fait fléchir la paroi formant barrière (70) en l'écartant 12 2594051 des ouvertures espacées (74) afin de permettre à une certai- ne quantité de la seconde partie de l'écoulement du fluide de s'écouler à travers les ouvertures (74) espacées. 8.- Dispositif de commande de l'écoulement d'un liquide dans un dispositif d'arrosage comportant une tête dans laquelle est montée une buse destinée à disperser un liquide s'écoulant à travers la tête, à l'extérieur de la buse, et une turbine associée à la tête et accouplée à 18a buse afin de faire tourner cette buse en réponse au passage du liquide à travers la tête, caractérisé en ce qu'il com- prend un premier élément (82) comportant un organe annulaire (72), en forme de cuvette renversée, présentant une série annulaire d'ouvertures espacées (74) formées dans une paroi latérale s'étendant à partir de sa base, et un second élément (80) constitué par un organe en forme de cuvette s'étendant vers le haut, percé d'orifices (54,56) dans la base de la cuvette pour l'entraInement d'une turbine (30), afin de diriger une première partie prédéterminée de l'écou- lement du liquide en direction de la turbine (30) placée dans la cuvette s'étendant vers le haut, et une paroi laté- rale annulaire (83), flexible, s'étendant verticalement, faisant partie intégrale de l'embase (84), emboîtée étroite- ment avec l'organe annulaire (72) en forme de cuvette ren- versée, recouvrant la série annulaire d'ouvertures (74) espacées, si bien qu'une seconde partie de l'écoulement du fluide en direction de la buse (14), passant autour du dis- positif, fait fléchir la paroi formant barrière (70) en l'écartant des ouvertures espacées (74) afin de permettre à une certaine quantité de la seconde partie de l'écoulement du fluide de s'écouler à travers les ouvertures (74) espa- cées. 9.- Dispositif suivant la revendication 8 caracté- risé en ce que les ouvertures espacées (74) sont prévus en aval de la turbine (30) si bien que le fluide s'écoulant à travers ces ouvertures espacées (74), lorsque la paroi (70) formant barrière est fléchie, passe en dérivation par rap- port à la turbine (30).