Brevet FR2820665A1 — publié le 20020816

La présente invention concerne une buse pour créer un jet plat abrasif (air/abrasif, eau/abrasif, air/eau/abrasif ou autre) à faisceau large pour des opérations de traitement de surface (sablage, grenaillage...). Les buses traditionnellement utilisées présentent plusieurs défauts parmi lesquels une perte de charge importante, une mauvaise distribution particulaire dans le jet (particules concentrées au centre du jet) et une usure excessive des parois internes de la buse. Ainsi, les performances des buses actuelles s'en trouvent affectées : faible rendement (surface traitée par unité de temps), mauvaises précision et qualité du traitement, durée de vie de la buse très courte. La buse selon l'invention permet de remédier à ces défaillances. Elle présente une géométrie des parois internes assurant un écoulement du mélange fluide/abrasif sans décollement brusque des lignes de courant, évitant les rencontres frontales particules/parois synonymes d'usure et perte de charge et assurant aux particules des trajectoires continues et presque mono-directionnelles. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dessin de définition d'une buse jet plat. La figure 2 représente la buse à jet plat suivant le plan d'accélération XZ et le plan d'évasement XY. Les figures 3,4, 5, 6,7 et 8 représentent différentes solutions pour le conduit d'écoulement (12) suivant les plans XZ et XY. La figure 9 résume les solutions proposées. Les figures 10 et 11 présentent deux exemples de buse jet plat. En référence à ces dessins, la géométrie des parois internes de la buse se présente comme suit : La buse (13) est constituée d'un conduit d'écoulement (12) dont la forme dépend des géométries de l'entrée (1), du col (2) et de la sortie (3). La section d'entrée (1) est de forme carrée de côté (C) avec des congés de raccordement de rayon (r). La section au col (2) est de forme rectangulaire de largeur (le) et de hauteur (hic) avec des congés de raccordement de rayon (r). La section de sortie (3) est de forme rectangulaire de largeur (lis) et de hauteur (hs) avec des congés de raccordement de rayon (r). Ainsi, la forme de la section du conduit interne de la buse (12) perpendiculairement à l'axe d'écoulement (X) est carrée, à l'entrée, rectangulaire pour le reste de la buse, avec des congés de raccordement de rayon (r). Le col (2) est situé à une distance Li de l'entrée (1). La sortie (3) est située à une distance Lz du col (2). La buse jet plat ainsi définie offre plusieurs solutions de conduit d'écoulement (12). Ces solutions, dont le résumé se trouve sur la figure (9) minimisent le décollement des lignes d'écoulement et donc le sillage et la turbulence. Ainsi, les pertes de charges, la concentration particulaire et l'usure de la paroi sont réduits sinon éliminées. Ces solutions de buse sont présentées comme suit : Solution buse 1 (FIG. 3 et FIG. 7) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : a une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui convergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). e une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur Lz, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 2 (FIG. 3 et FIG. 8) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : e une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui convergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). 'une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur L2, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 3 (FIG. 4 et FIG. 7) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : e une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui sont parallèles de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). e une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur L2, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 4 (FIG. 4 et FIG. 8) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : 'une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui sont parallèles de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). 'une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur L2, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 5 (FIG. 5 et FIG. 7) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : a une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). e une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur Lz, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 6 (FIG. 5 et FIG. 8) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : e une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). e une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur Lz, formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4, 5, 6, 7) et (8, 9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 7 (FIG. 6 et FIG. 7) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : e une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). a une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur L2, formée des mêmes deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Solution buse 8 (FIG. 6 et FIG. 8) : La buse (13) et son conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement : 'une première zone (14) à volume convergent, de longueur Li, formée de deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2). e une deuxième zone (15) à volume divergent, de longueur Lz, formée des mêmes deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3). Toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r. Pour être optimales, ces différentes solutions doivent vérifier les conditions suivantes : 1. ENTREE C = 0tuyau 0 0tuyau est le diamètre interne du tuyau d'amenée du mélange abrasif. r est le rayon de raccordement he est la hauteur du col 2. COL Se = le he - 4rZ + nrZ li 2 0. 8 C he (0, 25 n (0eoi) '+ 4r"-nr")/le 0 8.5mm ; 9.5mm ; 12.5mm ; 12. 7mm...) 3. SORTIE Ss 1s hs 1 2 le hs 2 he 0 La géométrie externe de la buse peut être ou cylindrique, ou parallélépipédique ou autre (voir figure 10 et 11). Cette buse peut se raccorder au tuyau d'amenée du mélange fluide-abrasif par l'intermédiaire d'un filetage (sur la partie externe de la buse) ou par l'intermédiaire d'un raccord positionné par vis ou autre.... Le tuyau et l'entrée de la buse (1) doivent être correctement alignés bout à bout de manière à éviter tout jeu générateur de turbulence et perte de charge. La buse selon l'invention peut être réalisée : soit en deux parties, la géométrie interne n'étant pas de révolution, dans un matériau tel que l'aluminium ou l'acier-ou autre matériau-dont la paroi interne pourrait être revêtue ou non par un revêtement résistant à l'abrasion tel que le carbure de tungstène ou de bore... ; ces deux parties sont ensuite assemblées. e soit frittée en une seule partie en carbure de tungstène, ou carbure de bore, ou nitrure de silicium ou autre matériau résistant à l'abrasion. A titre d'exemple non limitatif, la buse aura les dimensions suivantes : Exemple 1 : longueur convergent Li = 150mm, longueur divergent L2 150mm, côté entrée C = 32mm, hauteur du col hc = 4mm, largeur du col le = 32mm, hauteur de sortie hs = 6mm, largeur de sortie ls = 44mm, rayon de raccordement r= 1,5mm. Exemple 2 : longueur convergent Li = 150mm, longueur divergent L2 = 150mm, coté entrée C = 32mm, hauteur du col he = 4mm, largeur du col le = 34mm, hauteur de sortie hs = 6,5mm, largeur de sortie 1s = 48mm, rayon de raccordement r= 2mm. Exemple 3 : longueur convergent Li = 150mm, longueur divergent Lz = 150mm, coté entrée C = 34mm, hauteur du col hc = 4mm, largeur du col le = 34mm, hauteur de sortie hs = 7mm, largeur de sortie ls = 48mm, rayon de raccordement r= 2mm. Exemple 4 : longueur convergent Li = 150mm, longueur divergent Lz = 150mm, coté entrée C = 32mm, hauteur du col he = 3,6mm, largeur du col le = 40mm, hauteur de sortie hs = 6,5mm, largeur de sortie ls = 48mm, rayon de raccordement r= 1,8mm. La buse selon l'invention est particulièrement destinée à la réalisation de jet abrasif plat pour des opérations de traitement de surface (sablage, grenaillage...). REVENDICATIONS l) Buse (13) pour créer un jet plat abrasif (air/abrasif ou eau/abrasif ou air/eau/abrasif) à faisceau large caractérisée par la géométrie de ses parois internes (l'espace d'écoulement (12) ) qui dépend des géométries de l'entrée (1), du col (2) et de la sortie (3), la section d'entrée (1) est de forme carrée, de côté (C) avec des congés de raccordement de rayon (r), la section au col (2) est de forme rectangulaire, de largeur (le) et de hauteur (he) avec des congés de raccordement de rayon (r), la section de sortie (3) est de forme rectangulaire, de largeur (lys) et de hauteur (hs) avec des congés de raccordement de rayon (r), la forme de la section du conduit (12) perpendiculairement à l'axe d'écoulement (X) est carrée à l'entrée et rectangulaire pour le reste de la buse, avec des congés de raccordement de rayon (r), le col (2) est situé à une distance Li de l'entrée (1), la sortie (3) est située à une distance Lz du col (2), 2) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur Li formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui convergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 3) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur Li formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui convergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur Lz formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées REVENDICATIONS (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 4) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur Li formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui sont parallèles de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 5) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur LI formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui sont parallèles de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 6) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur LI formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur Lz formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent REVENDICATIONS du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10, 11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 7) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur Li formée de deux surfaces planes opposées (4) et (5) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée de deux surfaces planes opposées (8) et (9) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (4,5, 6,7) et (8,9, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 8) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur Li formée de deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée des mêmes deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui sont parallèles du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (48,59, 6,7) et (48,59, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 9) Buse (13) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le conduit d'écoulement (12) se divise en deux zones d'écoulement, une première zone (14) à volume convergent de longueur LI formée de deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui divergent de l'entrée (1) au col (2) et de deux surfaces planes opposées (6) et (7) qui convergent de l'entrée (1) au col (2), une deuxième zone (15) à volume divergent de longueur L2 formée des mêmes deux surfaces planes opposées (48) et (59) qui REVENDICATIONS divergent du col (2) à la sortie (3) et de deux surfaces planes opposées (10) et (11) qui divergent du col (2) à la sortie (3), toutes les surfaces (48,59, 6,7) et (48,59, 10,11) sont raccordées entre elles par un congé de raccordement de rayon r, 10) Buse selon l'une quelconque des revendications 1,2, 3, 4,5, 6,7, 8 et 9 caractérisée en ce que C le côté du carré à l'entrée (1) est égal au diamètre interne du tuyau d'amenée du mélange abrasif (C = #tuyau), la largeur du col le est supérieure ou égale à 0.8 C (le 2 0. 8 C), la hauteur du col he s'écrit (hc # (0,25 n (0coi) 2 + 4rz - nrz)/le), la largeur de la sortie 1s est supérieure ou égale à le (ls 2 le), la hauteur de la sortie hs est supérieure ou égale à he (hs # hc), le rayon de raccordement r est compris entre 0 et hc/2 (0 11) Buse selon l'une quelconque des revendications 1,2, 3, 4,5, 6,7, 8,9 et 10 caractérisée en ce qu'elle est réalisée en deux parties dans un matériau tel que l'aluminium ou l'acier dont la paroi interne, bordant l'espace d'écoulement, pourrait être revêtue ou non par un revêtement résistant à l'abrasion tel que le carbure de tungstène ou de bore ou autre, ces deux parties sont ensuite assemblées, 12) Buse selon l'une quelconque des revendications 1,2, 3, 4,5, 6,7, 8,9, et 10 caractérisée en ce qu'elle est réalisée frittée en une seule partie en carbure de tungstène, carbure de bore, nitrure de silicium, ou autre matériau résistant à l'abrasion. 13) Buse selon l'une quelconque des revendications 1,2, 3, 4,5, 6,7, 8,9, 10,11 et 12 caractérisée en ce que sa géométrie externe peut être ou cylindrique, ou parallélépipédique ou autre, cette buse peut se raccorder au tuyau d'amenée du mélange fluide-abrasif par l'intermédiaire d'un filetage (sur la partie externe de la buse) ou par l'intermédiaire d'un raccord positionné par vis ou autre...