Brevet FR3115477A1 — publié le 20220429

Dispositif délivrant "N" jets fluides orbitaux, chargés ou non de particules (N ≥ 1). L’invention concerne un dispositif délivrant "N" jets fluides orbitaux. Il comporte (i) une entrée (EF) donnant sur une chambre (CH) munie de "P" orifices (O P ) (P ≥ 1) et (ii) "P" toupies (T P ), possédant chacune deux pointes inférieure et supérieure. La pointe supérieure est logée dans un guide (D P ), localisé dans la chambre de pression (CH) en amont de l’orifice (O P ), guidant la toupie (T P ) afin d’interdire toute interférence avec le dispositif. La pointe inférieure est logée dans un siège (B P ), servant de support de rotation pour la toupie (T P ). Chaque toupie (T P ) est composée d’un rotor (R P ) encastré dans un arbre (A P ) et dispose d’une entrée annulaire (E P ), qui donne accès aux canaux (C P Q ) dont le rotor (R P ) est muni. Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné à la réalisation d’opérations de sablage, décapage, lavage-nettoyage... Figure pour l’abrégé : Figure 5 Dispositif délivrant "N" jets fluides orbitaux, chargés ou non de particules (avec N ≥ 1) La présente invention concerne un dispositif qui délivre "N" jets fluides orbitaux, chargés ou non de particules, destiné à la réalisation d’applications telles que l’arrosage, le lavage, le nettoyage, le massage, le gommage, le décapage, le grenaillage, le polissage, le sablage, le séchage, le peinturage... Le nombre "N" de jets orbitaux (JO PQ ) délivrés par ce dispositif est supérieur ou égal à 1 (N ≥ 1) et s’écrit : N = P.Q où le nombre de toupies (T P ) est P ≥ 1 et le nombre de canaux (C PQ ) dans une toupie est Q ≥ 1. Il existe divers dispositifs de projection fluidique, mono-jet ou multi-jets, à jet orbital ou non orbital, chargés ou non de particules, comme les pommeaux de douche, pistolets, lances et buses de projection... Les dispositifs à jet orbital mettent en œuvre un jet orbital produisant un impact annulaire permettant : (i) de traiter des surfaces plus grandes et (ii) d’avoir des impacts sur la cible plus énergiques et efficaces. Ces dispositifs à jet orbital présentent des performances techniques et des coûts d’exploitation intéressants. Le dispositif de projection fluidique, selon le document portant la référence FR 2 934 508 A1 (RAISSI KADDOUR [FR]), met en œuvre plusieurs jets orbitaux à la fois, accroissant ainsi les performances de traitement. Ces jets orbitaux sont obtenus suivant la solution de la figure : Les jets expulsés par les orifices (O P ) s’écoulent dans des canaux (C PQ ) de géométries particulières, dont les rotors (R P ) sont munis. Sous l’effet de ces écoulements dans les canaux (C PQ ), les rotors (R P ) qui sont reliés au corps principal par des paliers lisses ou à roulements se mettent en rotation produisant en sortie du dispositif des jets orbitaux. Seulement, étant donné les conditions de son utilisation dans un environnement agressif et non propre, l’exposant à des écoulements fluidiques chargés ou non de particules, ce dispositif est confronté à des problèmes d’encrassement et de frottement au niveau des parties tournantes. Des dépôts de tartre et corrosion apparaissent au niveau des paliers lisses ou à roulements, engendrant du frottement et une résistance au pivotement desdits rotors. L’utilisation de roulements étanches n’améliore pas la situation, car les frottements générés par les flasques perturbent fortement la rotation du rotor (R P ). Ces encrassements systématiques des paliers lisses ou à roulements, engendrant du frottement qui bloque la rotation des rotors, rendent le dispositif (référence FR 2 934 508 A1) non fiable et non robuste, empêchant toute possibilité d’exploitation industrielle et lui fermant les portes des marchés. Le dispositif selon l’invention permet de remédier aux problèmes présentés ci-dessus en proposant une nouvelle solution fiable et robuste de production de jets orbitaux et ce même en présence de fluides chargés ou non de particules et malgré les encrassements des parties tournantes par des dépôts comme le tartre, par exemple. Ainsi de nouvelles perspectives et opportunités d’exploitation industrielle du dispositif selon l’invention deviennent possibles. Ce dispositif propose une nouvelle solution de production de jets orbitaux sans paliers lisses ni roulements, paliers jugés très sensibles à l’encrassement dans un contexte agressif et non propre. Cette nouvelle solution s’inspire de l’exemple de la toupie qui tourne sur sa pointe autour de son axe de rotation jusqu’à ce que le frottement, très faible, l’arrête. Ainsi, le dispositif selon l’invention est muni de "P" toupies (T P ), de géométrie particulière car possédant chacune une pointe inférieure et une pointe supérieure, . Ces deux pointes sont insérées dans deux logements : (i) Un logement inférieur, appelé "siège de rotation (B P )", recevant la pointe inférieure et servant de support de rotation pour la toupie (T P ) et (ii) un logement supérieur appelé "guide en rotation (D P )", localisé dans la chambre de pression (CH) en amont de l’orifice (O P ), recevant la pointe supérieure pour guider la toupie et interdire toute interférence entre ladite toupie (T P ) en rotation et le dispositif, . La pièce support du siège (B P ) doit être la plus fine possible afin d’éviter l’altération des jets orbitaux (JO PQ ) après les sorties (S PQ ). Le montage et la mise en position de chaque toupie (T P ) entre le siège (B P ) et le guide (D P ) se fait avec du jeu latéral et axial (J1, J2, J3), comme indiqué figure . Chaque toupie (T P ) est composée d’un rotor (R P ) encastré dans un arbre (A P ) de manière que leurs axes respectifs soient confondus, . Chaque toupie (T P ) dispose d’une entrée annulaire (E P ) centrée autour de l’arbre (A P ), qui donne accès aux canaux (C PQ ) dont le rotor (R P ) est muni, , , , et . Le dispositif selon l’invention, présenté ci-dessus, fonctionne comme suit, : Le ou les fluides chargés ou non de particules arrivent dans la chambre (CH) et sont expulsés à travers les espaces annulaires entre les orifices (O P ) et les arbres (A P ) sous forme de jets annulaires (JA P ), s’écoulant autour des arbres (A P ) jusqu’aux entrées annulaires (E P ), pour traverser ensuite les canaux (C PQ ) dont les rotors (C PQ ) sont munis. Compte tenu de la géométrie particulière des canaux (C PQ ), qui se déploient en étoile depuis l’entrée (E P ), située sur le sommet de chaque rotor (R P ) et centrée sur l’axe (Z P ), jusqu’aux sorties (S PQ ) situées à la périphérie de la base dudit rotor (R P ), en suivant une trajectoire hélicoïdale, jusqu’à , l’écoulement de chaque jet annulaire (JA P ) dans ces canaux crée un couple - ou moment - mécanique par rapport à l’axe (Z P ) qui s’exerce sur la toupie (T P ). Celle-ci se met à tourner par rapport au siège (B P ) et au guide (D P ), engendrant des jets orbitaux (JO PQ ) en sortie du dispositif. Le choix des matériaux composant la toupie (T P ) ainsi que le siège (B P ) et le guide (D P ) conditionnent fortement la rotation de ladite toupie (T P ) et par conséquent le fonctionnement du dispositif selon l’invention. Ainsi, pour garantir la fiabilité et la robustesse de ce dispositif, ces matériaux doivent présenter une bonne tenue mécanique et résistance à l’oxydation et assurer un bon glissement et roulement au niveau des surfaces de contact entre la toupie (T P ), le siège (B P ) et le guide (D P ). En résumé, le dispositif selon l’invention met en œuvre une solution fiable et robuste pour produire "N" jets orbitaux (JO PQ ), même en présence de fluides chargés ou non de particules et malgré les encrassements. Le dispositif selon l’invention dispose de "P" toupies (T P ), chacune composée d’un rotor (R P ) encastré sur un arbre (A P ). Chaque toupie de ce dispositif comprend une entrée annulaire (E P ) donnant sur des canaux (C PQ ) de géométrie hélicoïdale aboutissant aux sorties (S PQ ) situées à la périphérie de la base dudit rotor (R P ). La mise en position et maintien de chaque toupie (T P ) se font grâce au siège (B P ) et le guide (D P ) où sont logées les pointes de ladite toupie (T P ). L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins d’accompagnement, lesquels sont donnés uniquement à titre de référence et à titre illustratif, et non limitatif du cadre de la présente invention. Les dessins annexés illustrent l’invention : représente un schéma du dispositif de l’invention où le nombre de toupies (T P ) "P" est égal à 1. représente un schéma du dispositif de l’invention où le nombre de toupies (T P ) "P" est supérieur à 1. représente un schéma du dispositif de l’invention délivrant des jets orbitaux et/ou des jets non orbitaux. représente un schéma du dispositif de la référence FR 2 934 508 A1. représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu de "P" toupies (T P ). représente un schéma du dispositif de l’invention pourvu de "1" toupie (T 1 ). représente le dessin d’ensemble d’une configuration non limitative du dispositif de l’invention pourvu de "3" toupies (T P ). représente le dessin d’ensemble d’une configuration non limitative du dispositif de l’invention dans laquelle les toupies (T P ), les sièges (B P ) et les guides (D P ) ainsi que les orifices (O P ) sont inclinés d’un angle (β) par rapport à l’axe (Z V ). représente un exemple non-limitatif de l’arbre (A P ). représente un exemple non-limitatif du rotor (R P ) muni d’un perçage (P P ) et de deux canaux (Q=2), chacun composé de deux tronçons de conduit droits liés bout à bout. représente la toupie (T P ) composée de l’arbre (A P ) et le rotor (R P ). représente un schéma de la toupie (T P ) montée entre le siège (B P ) et le guide (D P ), avec du jeu mécanique (J 1 , J 2 , J 3 ). représente des exemples de géométries possibles au niveau du contact Pointe inférieure de la toupie (T P ) / Siège (B P ) et Pointe supérieure / guide (D P ). représente une toupie (T P ), un siège (B P ) et un guide (D P ) munis d’inserts. représente un exemple d’une toupie (T P ) pourvue d’un seul canal (Q=1) en hélice. représente un exemple d’une toupie (T P ) pourvue de deux canaux (Q=2), en hélice. représente un exemple d’une toupie (T P ) pourvue d’un canal (Q=1) composé de deux tronçons de conduit droits liés bout à bout. représente un exemple d’une toupie (T P ) pourvue de 2 canaux (Q=2), chacun composé de deux tronçons de conduit droits liés bout à bout. représente un exemple de la toupie (T P ) pourvu de 3 canaux (Q=3) en hélice. Dispositif pour délivrer "N" jets fluides orbitaux chargés ou non de particules, avec N ≥ 1, destiné à la réalisation d’applications telles que le décapage, le sablage, le polissage, le grenaillage, le lavage-nettoyage, le massage, le gommage, le séchage, l’arrosage, le peinturage et l’atomisation, comprenant : un corps (K) ayant une chambre de pression (CH) munie d’une entrée (EF) de fluides chargés ou non de particules et de "P" orifices (O P ), avec P ≥ 1, "P" toupies (T P ), chacune ayant un axe de rotation (Z P ) et composée d’un arbre axial (A P ) situé le long de l'axe de rotation (Z P ), d’un rotor (R P ) avec un sommet et une base et comprenant "Q" canaux (C PQ ), avec Q ≥ 1, ayant : une entrée principale (E P ) partagée, située sur le sommet du rotor et centrée sur l’axe (Z P ), recevant le jet annulaire (JA P ) provenant de l’orifice (O P ), "Q" sorties (S PQ ) situées sur la base du rotor (R P ), distantes de l’axe (Z P ), le ou les "Q" canaux hélicoïdaux assurent une communication fluidique entre l'entrée partagée (E P ) et les sorties (S PQ ), et sont configurés pour faire tourner la toupie (T P ) autour de l'axe (Z P ) lorsque le jet annulaire (JA P ) s’écoule dans lesdits canaux (C PQ ), dispositif caractérisé en ce que l'arbre (A P ) est monté entre un logement "guide en rotation" (D P ) situé dans la chambre de pression (CH) en amont de l’orifice (O P ) et un logement "siège de rotation" (B P ), pour tourner autour de l'axe de rotation (Z P ), les liaisons entre les extrémités respectives de l'arbre (A P ) et les logements (B P ) et (D P ) étant configurées avec du jeu. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque canal hélicoïdal (C PQ ) est composé de plusieurs tronçons de conduits droits raccordés bout à bout et déployés suivant une trajectoire hélicoïdale. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque canal hélicoïdal (C PQ ) est convergent ou divergent. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités respectives de l'arbre (A P ), le siège (B P ) et le guide (D P ) sont configurés de manière à assurer un jeu axial et un jeu radial entre l’extrémité supérieure de l'arbre (A P ) et le logement (D P ) et un jeu radial entre l'arbre (A P ) et le logement (B P ). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sorties (S PQ ) sont situées à la périphérie de la base du rotor (R P ). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (K) est composé d’une partie supérieure comprenant un manche (1) muni d’une entrée (EF) communiquant avec la chambre de pression (CH), partie supérieure couplée à une partie inférieure comprenant plusieurs orifices (O P ) et plusieurs chambres (5) servant à loger les toupies (T P ), et deux pièces supports (3) et (6) sur lesquelles sont réalisés les sièges (B P ) et les guides (D P ), couplés à la partie inférieure par les vis (9) et positionnées angulairement grâce à des goupilles (8). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le siège (B P ) et le guide (D P ) sont concaves, en forme de cuvette ou entonnoir. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque extrémité de l'arbre (A P ) s’amincit graduellement jusqu'à un point sur l’axe dudit arbre (A P ). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque toupie (T P ), guide (D P ) et siège (B P ) ainsi que chaque orifice (O P ) sont inclinés d’un angle (β) par rapport à l’axe (Z V ). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque toupie (T P ) est composée d’un rotor (R P ) encastré sur un arbre (A P ) par ajustement serré, collage ou par obstacle du type vis Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des inserts réalisés dans des matériaux résistants à l’usure et à l’oxydation et garantissant les conditions de glissement et roulement nécessaires sont intégrés à la pointe inférieure et à la pointe supérieure de chaque arbre (A P ) ainsi qu’à chaque siège (B P ) et à chaque guide (D P ). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque toupie (T P ) est réalisée en une seule pièce et qu’elle comporte "Q" canaux (C P Q ), ayant une entrée principale partagée (E P ) centrée autour de la pointe supérieure située sur l’axe (Z P ), canaux (C PQ ) qui se déploient depuis ladite entrée (E P ) jusqu’aux sorties (S PQ ) situées sur la base de la toupie (T P ) et distantes de l’axe (Z P ), en étoile suivant une trajectoire hélicoïdale, ces canaux peuvent être (i) convergents ou divergents et de section circulaire ou non circulaire, (ii) composés de plusieurs tronçons de conduits droits raccordés bout à bout et déployés suivant une trajectoire hélicoïdale, ou (ii) en hélice.