Brevet FR3084413A1 — publié le 20200131

Ejecteur bi-étagé La présente invention concerne un éjecteur du type à effet Venturi destiné à produire du vide, en particulier pour système de préhension par le vide. Les domaines d'application des systèmes de préhension par le vide sont nombreux et variés. Les éjecteurs à effet Venturi peuvent par exemple être utilisés dans le domaine de l'industrie automobile, dans le transport pneumatique, Ils utilisent une ventouse dont le volume interne est raccordé à l'éjecteur lui-même raccordé à une source d'air comprimé et qui comporte intérieurement une ou plusieurs buses d'injection d'air délimitant en aval une chambre de détente qui communique avec une chambre d'aspiration d'air raccordée au volume interne de la ventouse. On connaît, dans l'état de la technique, les éjecteurs mono-étagés et les éjecteurs multi-étagés. On a représenté sur la figure I un exemple de réalisation d'un éjecteur Venturi mono-étagé L'éjecteur, désigné par la référence numérique générale I, comprend un corps 2 doté intérieurement d'une buse d'injection d'air comprimé 3 destinée à être raccordée à une source d'air comprimé, une chambre de mélange 4 dotée d'une sortie d'air 5 et un conduit d'aspiration 6 qui communique avec le volume interne d'une ventouse V plaquée contre un objet 0 à manipuler. La buse d'injection d'air a une forme convergente - divergente et comporte un rétrécissement de section 7 et une chambre de détente 8 placée en aval du rétrécissement de section 7. La buse d'alimentation 3, la chambre de détente 8, et la chambre de mélange 4 constituent des volumes successifs placés sur un axe central longitudinal de l'éjecteur. Le conduit d'aspiration 6 délimite quant à lui un volume cylindrique dont l'axe central s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'éjecteur. 2 Les éjecteurs mono-étagés de ce type sont avantageux dans la mesure où ils sont robustes et présentent une fiabilité de fonctionnement liée à l'absence de pièce mobile. Toutefois, les performances des éjecteurs sont caractérisées par 5 deux paramètres qui dépendent de la pression du gaz d'alimentation, à savoir le taux de vide maximum, atteint lorsque le débit aspiré s'annule, dans le cas d'une ventouse appliquée de manière étanche contre l'objet à manipuler, et le débit aspiré maximum, obtenu lorsque le conduit d'aspiration est ouvert à l'atmosphère. 10 Le premier paramètre est directement lié à l'effort de préhension utilisable au niveau de la ventouse, alors que le second paramètre conditionne la rapidité de mise au vide ou la capacité à saisir des objets poreux. Pour les objets poreux, en effet, l'augmentation du débit aspiré 15 s'obtient en augmentant le diamètre de la chambre de mélange. Mais ceci se fait au détriment du taux de vide. Les éjecteurs mono-étagés permettent d'obtenir un taux de vide élevé, mais au détriment d'un débit d'air comprimé faible. Ils permettent également d'obtenir un débit aspiré élevé et un temps de 20 vidange consécutivement rapide, mais au détriment d'un taux de vide faible. Une autre solution, qui permet d'obtenir un taux de vide élevé et un temps de vidange faible, consiste à utiliser un éjecteur multiétagé, tel qu'illustré à la figure 2, qui représente un éjecteur 25 axi symétrique à trois étages I, Il et III. L'éjecteur comporte un corps 9 doté d'une buse d'injection d'air 10 raccordée à une source d'air comprimé, une chambre de mélange 11 qui délimite avec la buse 10 une chambre de détente qui communique avec une chambre d'aspiration 12 et dont la sortie 30 constitue une buse d'injection d'air pour le deuxième étage II, dont la chambre de mélange 13 constitue une buse pour le troisième étage III. À chaque étage successif, le débit aspiré augmente alors que le taux de vide maximum généré diminue. Des clapets C sont interposés entre les étages II et III et la chambre d'aspiration 12. Chaque étage assure une fonction différente. En début de cycle de préhension, le débit d'aspiration est maximum. Tous les étages sont sollicités. Puis les clapets se ferment 5 successivement en fonction de la dépression générée par chaque étage et de la pression qui évolue dans la chambre d'aspiration pendant le déroulement du cycle de préhension. Avec ce type d'éjecteur multi-étagé, on obtient de fortes capacités d'aspiration à faible taux de vide, tout en conservant la 10 capacité de générer un fort taux de vide à débit aspiré nul. Cette solution est toutefois encombrante et nécessite la présence de clapets, ce qui rend les éjecteurs multi-étagés sensibles aux pollutions et complexes à réaliser. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients liés 15 aux éjecteurs mono-étagés et multi-étagés et a pour but de proposer un éjecteur sans pièce mobile, capable de fournir un taux de vide similaire aux éjecteurs mono-étagés mais présentant des performances en matière de débit aspiré du même ordre de grandeur que les éjecteurs multi-étagés. 20 L'invention a donc pour objet un éjecteur bi-étagé, comprenant un corps comportant : - une entrée d'air comprimé ; - une buse d'injection d'air comprimé placée en aval de l'entrée d'air ; 25 - une conduite centrale , et - un mélangeur de sortie, la buse d'injection, la conduite centrale et le mélangeur de sortie étant disposés suivant un axe de l'éjecteur, de sorte que les extrémités de la conduite centrale soient respectivement espacées de la 30 buse et du mélangeur de manière à former une première et une deuxième zone d'aspiration qui communiquent avec une unique chambre d'aspiration d'air commune. Selon une autre caractéristique, la chambre d'aspiration communique avec une conduite d'aspiration destinée à être raccordée à 4 un volume d'air à aspirer et qui s'étend perpendiculairement à l'axe de l'éjecteur. Selon encore une autre caractéristique, la buse d'injection d'air comprend un conduit d'alimentation cylindrique comprenant un 5 rétrécissement de section et une chambre de détente placée en aval du rétrécissement de section. Avantageusement, la conduite centrale est cylindrique. De préférence, cette conduite centrale comprend une entrée ayant une surface périphérique interne de section axiale convexe et 10 convergente dans le sens de l'écoulement d'air comprimé. En outre, la conduite centrale peut comporter une sortie d'air ayant une surface périphérique externe à section axiale biseautée. Dans un mode de réalisation, le mélangeur de sortie a un diamètre croissant dans le sens de l'écoulement d'air. 15 Par exemple, la conduite centrale est fixée au corps par au moins un support. Dans divers modes de réalisation, le diamètre de la conduite centrale est compris entre le diamètre de sortie de la buse d'injection et le diamètre d'entrée du mélangeur aval et la longueur de la conduite 20 centrale est comprise entre une et dix fois son diamètre interne. En ce qui concerne la buse, le diamètre du rétrécissement de section doit être le plus petit diamètre des sections de passage du fluide le long de l'axe général de l'éjecteur et le diamètre de la sortie de la buse d'injection est compris entre le diamètre du rétrécissement 25 de section de la buse et le diamètre d'entrée de la conduite centrale. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels 30 - les figures 1 et 2, dont il a déjà été fait mention, illustrent respectivement la structure d'un éjecteur mono-étagé et d'un éjecteur multi-étagé selon l'état de la technique , - la figure 3 illustre la structure d'un éjecteur bi-étagé conforme à l'invention et 5 - la figure 4 illustre les performances relatives d'un éjecteur mono-étagé, d'un éjecteur multi-étagé et d'un éjecteur bi-étagé conforme à l'invention, en matière de débit aspiré et de taux de vide, ces trois éjecteurs ayant la même consommation d'air comprimé à 5 pression d'alimentation identique. On a représenté sur la figure 3 un éjecteur bi-étagé conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 15. Cet éjecteur 15 comprend un corps 16, réalisé en une seule pièce, comprenant un entrée E munie d'un filetage et destinée à être 10 raccordée à une source d'alimentation en air comprimé, par exemple à une pression de l'ordre de 5 bars classiquement utilisée en environnement industriel, et une sortie de gaz S. Intérieurement, le corps 16 comprend une buse d'injection d'air comprimé 17, disposée en aval de l'entrée E, une conduite centrale 18 15 et un mélangeur de sortie 19. La buse 17, la conduite centrale 18 et le mélangeur de sortie 19 sont successivement placés entre l'entrée E et la sortie S suivant l'axe général X-X' de l'éjecteur. Le corps 16 comporte par ailleurs une conduite d'aspiration 20 20 dotée d'un filetage interne destiné au raccordement de l'éjecteur 15 au volume interne à aspirer d'une ventouse (non représentée). La conduite d'aspiration 20 s'étend perpendiculairement à l'axe X-X' et est située en regard de la partie médiane de la conduite centrale. Elle délimite avec celle-ci et la paroi interne du corps une 25 chambre d'aspiration 21 unique commune pour les deux étages de l'éjecteur 15 Comme on le voit, la buse 17 est espacée de l'extrémité amont 22 de la conduite centrale de manière à former une zone de détente 23 pour le premier étage. 30 Par ailleurs, l'extrémité aval 24 de la conduite centrale 18 est espacée du mélangeur de sortie 19 de manière à former une zone de détente 25 pour le deuxième étage. Les chambres de détente 23 et 25 constituent des zones d'aspiration qui communiquent avec la chambre d'aspiration commune 6 21. La buse d'aspiration 17 comporte un conduit d'alimentation cylindrique comprenant un rétrécissement de section 26 et une chambre de détente 27 située en aval du rétrécissement de section 26. 5 La surface périphérique interne de l'extrémité amont 22 de la conduite centrale 18 est convergente et comporte une section longitudinale de forme convexe de manière à guider le gaz comprimé mélangé au gaz aspiré vers l'intérieur de la conduite. Du côté aval, la surface périphérique externe de la sortie aval 10 24 de la conduite centrale 18 a une section longitudinale biseautée de manière à canaliser le gaz aspiré dans la zone de détente. Par ailleurs, le mélangeur de sortie 19 a une forme globalement cylindrique mais présente un diamètre interne croissant en direction de la sortie S pour faciliter l'éjection du flux d'air vers l'extérieur en 15 régime subsonique. Comme indiqué précédemment, l'ensemble de l'éjecteur est réalisé en une seule pièce. La conduite centrale 18 est raccordée au corps 16 par un ou plusieurs supports 28, ici au nombre de deux, venus de matière avec le corps. 20 Avantageusement, le diamètre de la conduite centrale est compris entre le diamètre de sortie de la chambre de détente 27 et le diamètre d'entrée du mélangeur 19. La longueur de ce tube central est avantageusement comprise entre une et dix fois son diamètre interne. 25 En ce qui concerne la buse d'injection 17, le diamètre du rétrécissement de section 26 est le plus petit diamètre des sections de passage du fluide le long de l'axe général X-X' de l'éjecteur. Le diamètre de la sortie de la buse d'injection 17 est quant à lui avantageusement compris entre le diamètre du rétrécissement de 30 section 26 et le diamètre interne de l'extrémité amont 22 de la conduite centrale 18. A titre d'exemple nullement limitatif, l'éjecteur peut avoir les dimensions caractéristiques suivantes -diamètre de sortie de la buse d'injection 4 mm 7 - diamètre de rétrécissement de section de la buse 3 mm - diamètre de la conduite centrale : 8 mm - longueur de la conduite centrale : 35 mm - diamètre d'entrée du mélangeur aval : 10.5 mm 5 La figure 4 illustre les performances de l'éjecteur bi-étagé qui vient d'être décrit. Sur cette figure, la courbe A correspond à un éjecteur mono-étagé selon l'état de la technique, la courbe B correspond à un éjecteur multi-étagé conventionnel et la courbe C correspond à un éjecteur bi- 10 étagé conforme à l'invention. Ces trois éjecteurs ont la même consommation d'air comprimé à pression d'alimentation identique. Les résultats figurant sur la figure 4 sont obtenus pour une pression d'alimentation de l'ordre de 5 bars. Comme on le voit, l'éjecteur selon l'invention permet d'obtenir 15 un taux de vide de 50 %, similaire au taux de vide obtenu au moyen d'un éjecteur mono-étagé. Par contre, il permet d'obtenir un débit aspiré plus que doublé par rapport à un modèle mono-étagé, REVENDICATIONS1. Ejecteur bi-étagé, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (16) comportant : - une entrée d'air comprimé (E) ; - une buse (17) d'injection d'air comprimé placée en aval de l'entrée d'air ; - une conduite centrale (18) ; et - un mélangeur de sortie (19), la buse d'injection (17), la conduite centrale (18) et le mélangeur de sortie (19) étant disposés suivant un axe (X-X') de l'éjecteur de sorte que les extrémités de la conduite axiale soient respectivement espacées de la buse et du mélangeur de manière à former une première et une deuxième zone d'aspiration (23, 25) qui communiquent avec une unique chambre d'aspiration d'air (21) commune. 2. Ejecteur selon la revendication 1, dans lequel la chambre d'aspiration communique avec une conduite d'aspiration (20) destinée à être raccordée à un volume d'air aspiré et qui s'étend perpendiculairement à l'axe de l'éjecteur. 3. Ejecteur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la buse d'injection d'air comprend un conduit d'alimentation cylindrique comprenant un rétrécissement de section (26) et une chambre de détente (27) placée en aval du rétrécissement de section. 4. Ejecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la conduite centrale (18) est cylindrique. 5. Ejecteur selon la revendication 4, dans lequel la conduite centrale comprend une entrée (22) ayant une surface périphérique interne à section axiale convexe et convergente dans le sens de l'écoulement d'air comprimé. 6. Ejecteur selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel la conduite centrale comprend une sortie d'air (24) ayant une surface périphérique externe à section axiale biseautée. 7. Ejecteur selon l'une quelconque des revendications 1 9 dans lequel le mélangeur de sortie (19) a un diamètre croissant dans le sens de l'écoulement d'air. 8. Ejecteur sur l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la conduite centrale (18) est fixée au corps par au moins un 5 support (28). 9. Ejecteur sur l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le diamètre de la conduite centrale est compris entre le diamètre de sortie de la buse d'injection (17) et le diamètre d'entrée du mélangeur (19) et la longueur du tube central est comprise entre une et 10 dix fois son diamètre interne. 10. Ejecteur selon la revendication 9, dans lequel le diamètre d'un rétrécissement de section de la buse d'injection d'air est le plus petit diamètre des sections de passage du fluide le long de l'axe général (X-X') de l'éjecteur et le diamètre de la sortie de la buse 15 d'injection est compris entre le diamètre du rétrécissement de section et le diamètre interne de l'extrémité amont de la conduite centrale. 20