Brevet FR2640525A1 — publié le 19900622

i La présente invention concerne la fabrication des machines agricoles et a notamment pour objet des têtes vaporisatrices centrifuges pour un liquide, qui sont des- tinées à être utilisées dans des pulvérisateurs et elle peut s'appliquer en agriculture et dans autres branches de l'industrie. A l'heure actuelle, on connaît des têtes vapori- satrices centrifuges pour un liquide à jets simple et double comprenant un corps métallique ou en une matière plastique avec une conduite d'entrée tangentielle et des rondelles de pulvérisation qui sont pourvues de buses à leurs parties centrales. Les têtes vaporisatrices centri- fuges à jet simple sont principalement utilisées dans les pulvérisateurs à barres servant à traiter les champs et les têtes vaporisatrices centrifuges à jet double sont utilisées dans les pulvérisateurs à ventilateurs servant à traiter les jardins avec 'des doses faibles de produits de protection et de stimulation. La particularité caractéristique des têtes vapo- risatrices à jet double, en comparaison aux têtes vapori- satrices à jet simple, réside dans le fait que chaque buse de sortie de ces premières têtes ne projette qu'une moitié du liquide amené dans la tête vaporisatrice tandis que la buse des dernières têtes projette la totalité du liquide amené. De ce fait, la tête vaporisatrice à jet double pré- sente, en comparaison à celle à jet simple, un cône creux de la torche de pulvérisation ayant des parois plus minces et assure une plus grande finesse de division, les pres- sions de travail, les diamètres de buses et les autres pa- ramètres géométriques étant identiques. Cependant, les têtes vaporisatrices centrifuges connues sont caractérisées par des pertes relativement grandes de l'énergie du courant de liquide dues à la forme géométrique irrationnelle de la chambre de tourbillonnement et de formation du courant, ce qui nuit à la qualité de pulvérisation, et ont une durée de vie limitée par suite de l'usure intense des parois de la chambre. Dans l'ensemble des têtes vaporisatrices centri- fuges à jet double actuellement connues,on peut distin- guer, comme la plus perfectionnée, la tête vaporisatrice comprenant un corps à chambrede tourbillonnement cylindrique et à conduite d'entrée, et deux couvercles ayant des trous (buses) de pulvérisation, ces couvercles étant tronconiques et orientés l'un vers l'autre par leurs petites bases, les buses de sortie étant ménagées dans les couvercles, la distance séparant les couvercles étant égale à 0,4 - 0,8 fois le diamètre de la conduite d'entrée et l'angle de coni- cité des couvercles étant compris entre 0,75 et 20 . Pendant le fonctionnement de la tête vaporisatrice, le liquide sous pression est refoulé par la conduite d'en- trée et pénètre dans la chambre de tourbillonnement o il acquiert un mouvement rotatif puis il arrive aux buses de sortie se trouvant au centre de la chambre, les traverse sous la forme d'une nappe en rotation et jaillit à l'extérieur o il se divise en gouttelettes sous l'action de la force centrifuge. La tête vaporisatrice décrite est caractérisée par un certain nombre d'inconvénients, d'ailleurs propres à toutes les têtes vaporisatrices centrifuges, dont les principaux sont les suivants: - la qualité de la pulvérisation du liquide n'est pas suffisante, ce qui est dû aux défauts de conception de la chambre de tourbillonnement et de formation du cou- rant, qui présente à sa périphérie, sur les faces d'about, des cavités aux angles vifs, c'est-à-dire qu'elle présente des surfaces irrationnellement conjuguées, ce qui condi- tionne des pertes hydrauliques élevées du liquide à l'en- trée de la chambre de la buse, la naissance des tourbillons etc... et cet inconvénient est également dû au fait que le liquide change brusquement de direction à l'entrée de la buse. Stand le liquide coule sur les biseaux vifs, il se décoll des parois de la chambre en y formant des cavi- tés de WVriillonnement de courants périphériques de li- quide, et à la partie centrale de la buse occupée par un tourbillon d'air, il y a une diminution de la section trans- versale du tourbillon, ce qui augmente la résistance de l'air pénétrant par la buse dans la chambre de tourbillon- nement; - la durée de vie de la tête vaporisatrice est faible ce qui est dû à l'usure rapide des parois de chambre des corps métalliques ou en matière plastique, usure qui est nuisible aussi bien pour la durée de vie et la résistance du corps que pour la qualité de la pulvérisation du liquide. Dans les têtes vaporisatrices centrifuges, il est consellé de réaliser un angle de conicité,à l'entrée de la buse entre 60 et 120 ,afin de réduire l'effet nuisible des biseaux vifs. Les angles indiqués de conicité permettent d'obtenir deux biseaux qui réduisent, sans toutefois éli- miner, le décollement du liquide des parois de la chambre. La médiocre durée de vie des têtes pulvérisatrices centrifuges de liquidesconstitue une limitation à leur em- ploi dans les machines utilisées pour la protection des plantes. Dans les têtes vaporisatrices centrifuges utili- sées à l'heure actuelle dans des pulvérisateurs, seules les rondelles de pulvérisation sont en métallocéramique résistant à l'usure, permettant de protéger les buses de sortie d'une usure dueà l'action hydraulique et abrasive des suspensions des agents toxiques. La réalisation d'une tête vaporisatrice toute entière (corps et rondelles de pulvéri- sation) en métallocéramique n'est ni rationnelle ni écono- mique étant donné le prix élevé de cette matière (et étant donné que le poids du corps dépasse de beaucoup celui des rondelles de pulvérisation, le prix de la tête augmente considérablement) et, ce qui importe, la métallocéramique est une matière fragile, ce qui a pour résultat des cassures fréquentes des corps dans des conditions réelles d'exploi- tation. De ce fait, les corps sont fabriqués en matières plastiques ordinaires ayant une résistance à l'usure qui est dix fois plus faible que celle de la métallocéramique. Dans les têtes vaporisatrices comprenant des ron- delles de pulvérisation en métallocéramique et un corps en matière plastique, la pièce principale limitant la durée de vie est le corps qui s'use sur l'action hydraulique et abrasive des agents toxiques,ce qui a pour résultat une aug- mentation considérable de la section de passage de la con- duite d'entrée et une variation de la géométrie de la cham- bre de tourbillonnement, surtout à l'endroit o le courant de liquide entre dans cette chambre. Tout cela diminue no- tablement la qualité de pulvérisation du liquide et aboutit à une dégradation prématurée de la tête vaporisatrice. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients ci-dessus mentionnés des têtes vaporisa- trices centrifuges pour un liquide. On s'est donc proposé de créer une tête vaporisa- trice centrifuge pour un liquide, dans laquelle la chambre de tourbillonnement et de formation du courant de liquide serait réalisée de façon à assurer une haute qualité de dispersion du liquide et une longue durée de vie de la tête vaporisatrice. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une tête vaporisatrice centrifuge pour un liquide qui comprend un corps à chambre de tourbillonnement, de part et d'autre duquel sont placées des rondelles de pulvérisation ayant des buses en leurs centres, caractérisée, selon l'invention, en ce que la chambre de tourbillonnement est formée par les surfaces conjuguées des rondelles de pulvérisation, en ce que la périphérie de la chambre est réalisée suivant un axe tangent à ses surfaces en bout et décrit au rayon égal au rayon du canal d'entrée pratiqué à l'endroit de la jonc- tion des faces périphériques en bout des rondelles de pul- vérisation et en ce que les entrées des buses sont réali- sées suivant un arc décrit au rayon du congé et tangent aux surfaces en bout de la chambre de tourbillonnement. Dans le cas o le canal d'entrée est de section ovale, il faut que la partie périphérique de la chambre de tourbillonnement présente un profil oval. Il est alors avantageux que le rayon du congé du profil sur le tronçon de formation du courant de liquide soit égal à 0,5 - 1,5 fois le diamètre de la buse (cette valeur est le résultat de recherches théoriques et d'expérimentations réalisées ces derniers temps). Quand le rayon du congé dépasse 1,5 fois le dia- mètre de la buse, le volume de la cavité intérieure de la tête vaporisatrice augmente considérablement et la qualité de dispersion baisse. Quand le rayon du congé est inférieur à 0,5 fois le diamètre de la buse, cela contribue à la nais- sance de tourbillonset n'assure plus un écoulement du li- quide sans décollement dans la chambre de tourbillonnement. Il est souhaitable de prévoir, sur la face en bout de l'une des rondelles de pulvérisation, des saillies de centrage et d'orientation et des évidements correspondants sur celle de l'autre rondelle. Ce mode de réalisation permet de simplifier et d'augmenter la précision de l'assemblage de la tête vaporisatrice. Le mode de réalisation décrit de la tête vapori- satrice centrifuge permet d'assurer une qualité élevée de dispersion de différents liquides et suspensions, ainsi que d'augmenter la durée de vie de cette tête. Pour faire mieux comprendre l'essentiel de l'in- vention, et faciliter la compréhension des processus se déroulant dans la chambre de tourbillonnement, cette der- nière est conventionnellement divisée en deux tronçons: - un tronçon de tourbillonnement o le courant de liquide qui débouche de l'orifice d'entrée est soumis à un tourbillonnement primaire et est stabilisé; - un tronçon de formation du courant de liquide (entrée de la buse) o le liquide de travail se divise en deux flux dont chacun tourne autour de l'axe de la tête vaporisatrice, acquiert un mouvement homogène de particules puis est amené à la buse. L'essentiel de l'invention réside dans ce qui suit: - en constituant toute la surface intérieure de travail par les surfaces conjuguées des rondelles de pul- vérisation résistant à l'usure (par exemple des rondelles en métallocéramique), on offre la possibilité de réaliser toute la chambre de tourbillonnement et le canal d'entrée en un matériau résistant à l'usure, de l'isoler du corps qui s'use rapidement et d'augmenter ainsi grandement - (de plus de dix fois) la durée de vie de la tête vaporisa- trice sans nuire à la qualité de la pulvérisation pendant l'exploitation. Dans ce cas, la masse des rondellesde pulvé- risation n'augmente que légèrement et le corps est réalisé en un matériau classique, ce qui permet de garder le faible coût des têtes vaporisatrices et d'éviter de nombreuses cassures dues aux charges des chocs dans le cas o tout l'ensemble de la tête vaporisatrice est en métallocéramique; - en réalisant la partie périphérique de la chambre de tourbillonnement suitant un arc de cercle, on obtient la possibilité, en comparaison aux formes trapézol- dales etrectangulaires de la partie périphérique de la cham- bre, de réduire grandement les pertes hydrauliques du cou- rant de liquide grâce à une réduction au minimum de la sur- face mouillée et à la suppression des tourbillons qui pren- nent naissanceaux coins de la chambre; - en réalisant le canal d'entrée dans le corps avec les rondelles de pulvérisation, on offre la possibi- lité d'augmenter la résistance à l'usure de la conduite et par cela même de maintenir constant le débit de la tête vaporisatrice pendant l'exploitation; - en réalisant le tronçon de formation du courant de liquide (entrée de la buse) suivant un arc ayant le rayon du congé, on assure le passage progressif du liquide du tronçon de tourbillonnement au tronçon de formation puis à la buse. Ainsi, le mouvement du liquide s'opère sans décollements, ni bonds, ni compressions, ni tourbillons, ce qui contribue à l'amélioration de la qua- lité de la pulvérisation grâce à la réduction considérable des pertes d'énergie du courant de liquide. 264052S La tête vaporisatrice faisant l'objet de l'inven- tion est de conception simple, ne s'engorge pratique pas étant donné les diamètres relativement grands des orifices d'entrée et des buses de sortie (2,0 mm et plus) et les faibles pressions de travail (0,2 à 0,6 MPa) et permet d'obtenir des gouttelettes ayant, dans toute la masse pulvé- risée, un diamètre moyen de l'ordre de 80 à 200/,m. Ces têtes vaporisatrices centrifuges à jet double ont été essayées pour l'épandage dans des jardins, sur des champs de coton, des champs de blé, de mais, de betterave à sucre, de légumesetc.... Dans un jardin, les têtes vaporisatrices équi- pant les pulvérisateurs à ventilateurs permettent de rédui- re les normes de consommation du liquide de travail com- prises entre 1000 et 1200 1/ha à 100 à 200 1/ha et la con- sommation des produits (pesticides, préparations microbio- logiques) à 25%, ce qui permet de presque doubler le ren- dement des pulvérisateurs, de réduire sensiblement la main- d'oeuvre nécessaire à la réalisation de ce travail diffi- cile et toxique, ainsi que le prix de ce traitement. Sur le cotonnier, la consommation du liquide de travail peut être réduite de 200 - 600 1/ha à 25 - 100 1/ha et la consommation de pesticides, jusqu'à 25%. Cela per- met d'augmenter le rendement de la machine pendant la durée de la rélève et de réduire la main-d'oeuvre totale néces- saire, c'est-à-dire que cela assure un bon effet économi- que. L'organisation de la tête vaporisatrice à jet double permet de la transformer en une tête vaporisatrice à jet simple, en bouchant l'une des buses. Dans ce cas, on peut l'utiliser sur un pulvérisateur à barres (pulvéri- sateur pour champs, pulvérisateur pour vignobles). L'emploi des têtes vaporisatrices à jet double et la réduction notable des normes de consommation du liquide de travail par hectare des surfaces à traiter per- mettent de simplifier considérablement l'organisation et la technique de fabrication des puvérisateurs à ventila- teur grâce aux facteurs suivants: - l'organisation de la pompe devient plus simple, ce qui est dû à la diminution de son débit total et de la pression requise; - l'organisation du réseau de refoulement devient plus simple du fait que le pulvérisateur utilise des pres- sions relativement faibles; - le nombre de têtes vaporisatrices nécessaires est grandement diminué; - il est devenu possible de diminuer la capacité du réservoir. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure i montre schématiquement une tête vapo- risatrice à jet double selon l'invention, en coupe longitu- dinale, suivant l'axe de la conduite d'entrée; - la figure 2 montre une vue en coupe faite sui- vant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente un mode de réalisation de la chambre de tourbillonnement, avec un angle d'incli- naison positif de ses surfaces en bout; et - la figure 4 montre le même mode de réalisation, avec un angle négatif d'inclinaison des surfaces en bout de la chambre de tourbillonnement. La tête vaporisatrice centrifuge b jet double pour un liquide des figures i et 2, selon l'invention, com- prend un corps 1 de part et d'autre duquel sont montées des rondelles de pulvérisation 2 et 3 présentant des buses 4 et 5 en leurs centres et un canal d'entrée 6 réalisé à l'endroitelaJonction des surfaces en bout des rondelles de pulvérisation 2 et 3, ainsi qu'une chambre de tourbil- lonnement comportant un tronçon 8 de tourbillonnement et un tronçon 9 de formation du courant de liquide (entrée de la buse). Pour simplifier l'assemblage de rondelles de pulvérisation 2 et 3, augmenter la précision de cette opé- ration et de l'orientation de ces rondelles l'une par rap- port à l'autre, il est rationnel de réaliser, sur leurs surfaces en bout, des saillies 10 et des évidements 11. La fixation des rondelles de pulvérisation 2 et 3 dans le corps 1 peut'être,par exemple,assurée à l'aide d'un cou- vercle 12, de vis 13 et de bagues d'étanchéité 14. La partie périphérique de la chambre 7 de tourbil- lonnement du liquide (figures 3 et 4) réalisée suivant un arc décrit au rayon rl qui est égalau rayon r2 de la conduite d'entrée 6; les surfaces en bout 15 des rondelles de pul- vérisation 2 et 3 sont réalisées suivant la tangente à la surface arquée de la partie périphérique de la chambre 7 de tourbillonnement, sous un angles compris entre +20 et -20 par rapport au plan longitudinal de la tête vaporisa- trice. Le profil du tronçon 9 de formation du courant de liquide est formé de deux arcs qui sont tracés tangentiel- lement par rapport à l'entrée de la buse et aux surfaces en bout 15 et qui sont décrits aux rayons R du congé qui sont égaux à 0,5 - 1,5 fois le diamètre d de la buse. Donc, on a r1 r2; : +20 à -20; R: (0,5 à 1,5) d. La tête vaporisatrice faisant l'objet de l'inven- tion est destinée à assurer une bonne qualité du processus technologique de pulvérisation de produits chimiques (agents de protection et de fertilisation) sur les plantes ou le sol. Elle possède une grande durée de vie et fonc- tionne de façon suviante. Le liquide de travail sous pression parvient, par le canal d'entrée 6, dans la chambre de tourbillonnement 7 o il acquiert un mouvement rotatif sur le tronçon 8 de tourbillonnement et se dirige vers le tronçon 9 de forma- tion du courant (vers l'entrée de la buse) o il est divi- sé en deux courants qui, tout en tournant autour de l'axe de la tête vaporisatrice, impriment aux particules de li- quide un mouvement homogène et sont ejectés à l'extérieur par les buses 4 et 5. Les particularités caractéristiques de la tête vaporisatrice centrifuge à double jet sont les suivantes: - toute la surface intérieure de travail de la tête vaporisatrice est formée par les surfaces intérieures conjuguées des rondelles de puvérisation 2 et 3. Cela per- met d'augmenter de 10 à 15 fois la résistance à l'usure de la chambre en comparaison à une chambre ménagée dans le corps d'une tête vaporisatrice qui est réalisée, compte tenu des raisonnements économique et d'exploitation, en une matière plastique ordinaire qui s'use rapidement tandis que les rondelles de pulvérisation sont fabriquées en un matériau résistant à l'usure, habituellement en métallocé- ramique; - la partie périphérique de la chambre de tourbil- lonnement est sans angles vifs, changeant progressivement suivant un arc décrit au rayon égal à celui du canal d'en- trée. Cela permet de réduire les pertes d'énergie du cou- rant de liquide à l'entrée de la chambre de tourbillonne- ment et d'éviter la naissance de tourbillons lorsque le li- quide coule le long des parois de cette chambre; - le passage du tronçon 8 de tourbillonnement au tronçon 9 de formation du courant de liquide et aux buses 4 et 5 est formé par l'arc décrit au rayon du congé ce qui assure des conditions optimales du mouvement du liquide qui s'écoule sans bonds, compressions, décollements ni tour- billons. La configuration donnée de la surface intérieure de travail de la tête vaprorisatrice permet de stabiliser le courant total de liquide pendant la première phase de son mouvement sur le tronçon de tourbillonnement et de le rendre plus régulier à l'amenée vers le tronçon de forma- tion, puis le liquide de travail se divise en deux cou- rants dont chacun acquiert la forme d'une nappe creuse, et se dirige d'une façon ordonnée vers les buses de pulvérisa- tions. Grâce au fait que le liquide passe progressivement du tronçon 9 de formation aux buses, sans décollement, cela contribue à la diminution de la résistance de l'air péne- trant dans la tête vaporisatrice, ce qui est dû au fait qu'il n'y a pas de précompression du tourbillon d'air à l'entrée des buses. La variation de l'angle d'inclinaison O de la sur- face de bout de la chambre de tourbillonnement et de la valeur de rayon R de congé permet de modifier, dans cer- taines limites, l'angle du jet de pulvérisation, les autres conditions étant les mêmes. De plus, la variation de l'an- gle d'inclinaison différentes propriétés physiques et mécaniques. la tête vaporisatrice faisant l'objet de la pré- sente invention a une organisation simple, est facile à fa- briquer et,grâce aux formes intérieures rationnelles de ses rondelles de pulvérisation, permet de réduire les pertes d 'énergie du courant de liquide, de rendre plus ordonné le mouvement du liquide et par cela même, d'améliorer la qualité de la pulvérisation. R E V E N D I C A T I O N S 1. Tête vaporisatrice centrifuge pour un liquide, du type comprenant un corps renfermant une chambre de tour- billonnement, de part et d'autre duquel sont placées des rondelles de pulvérisation ayant des buses pratiquées en leurs parties centrales, caractérisée en ce que la chambre (7) de tourbillonnement est formée par les surfaces asso- ciées des rondelles de pulvérisation (2 et 3), en ce que la chambre de tourbillonnement (7) est réalisée suivant un arc quiesttangentaux surfaces en bout (15) et qui décrit un rayon (r1) égal au rayon (r2) du canal (6) d'entrée qui est réalisé à l'endroit de la jonction de surfaces en bout des rondelles(2 et 3) de pulvérisation, et l'entrée des buses est réalisée suivant un arc décrit au rayon(R)du con- gé et qui est tangent par rapport aux surfaces en bout (15) de la chambre (7) de tourbillonnement et aux parois des bu- ses (4 et 5). 2. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que des saillies (10) de centrage et d'orientation sont prévues sur l'une des rondelles (2 ou 3) de pulvéri- sation et des évidements (11) correspondantessont pratiqués sur l'autre rondelle. 3. Tête selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie périphérique de la chambre (7) de tourbillonnement doit avoir un profil oval si la section de passage de la conduite (6) d'entrée a une forme ovale.