FR3055106A1 - LIQUID INJECTION DEVICE FOR ROTATITF DISC ATOMIZER - Google Patents
LIQUID INJECTION DEVICE FOR ROTATITF DISC ATOMIZER Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention présente un perfectionnement pour l'alimentation en liquide des atomiseurs à jets rotatifs : ce perfectionnement permet, grâce à un dimensionnement et un positionnement précis de l'alimentation en liquide, d'éviter que le liquide ne vienne en contact avec l'axe du moteur d'entrainement et de réduire, voire supprimer le dispositif d'étanchéité à ce niveau.The present invention presents an improvement for the liquid supply of rotary jet atomizers: this improvement makes it possible, thanks to a precise dimensioning and positioning of the liquid supply, to prevent the liquid from coming into contact with the fluid. drive motor axis and reduce or even remove the sealing device at this level.
Description
055 106055 106
70460 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE70460 ® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number:
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COURBEVOIE ©IntCI8: B 05 B 3/10 (2017.01)COURBEVOIE © IntCI 8 : B 05 B 3/10 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTIONPATENT INVENTION APPLICATION
A1A1
(o4) DISPOSITIF D'INJECTION DU LIQUIDE POUR ATOMISEUR A DISQUE ROTATITF.(o4) LIQUID INJECTION DEVICE FOR ROTATITF DISK ATOMIZER.
(© La présente invention présente un perfectionnement pour l'alimentation en liquide des atomiseurs à jets rotatifs:(© The present invention presents an improvement for the liquid supply of atomizers with rotary jets:
ce perfectionnement permet, grâce à un dimensionnement et un positionnement précis de l'alimentation en liquide, d'éviter que le liquide ne vienne en contact avec l'axe du moteur d'entrainement et de réduire, voire supprimer le dispositif d'étanchéité à ce niveau.this improvement makes it possible, thanks to precise dimensioning and positioning of the liquid supply, to prevent the liquid from coming into contact with the axis of the drive motor and to reduce or even eliminate the sealing device at this level.
FR 3 055 106 - A1FR 3 055 106 - A1
217093080270000160811 i217093080270000160811 i
La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux systèmes de pulvérisation de liquides par disques rotatifs. Ces systèmes sont composés d’un disque, bol ou autre objet à symétrie de révolution axiale ou non appelé ci-dessous sous le terme générique de disque mis en rotation par un moteur en général électrique.The present invention relates to an improvement made to liquid spraying systems by rotating discs. These systems are composed of a disc, bowl or other object with symmetry of axial revolution or not called below under the generic term of disc rotated by a generally electric motor.
Le disque, bol ou autre objet à symétrie de révolution axiale est alimenté en liquide par un ou plusieurs dispositifs d’injection. Le liquide s’étale sur la surface du disque et se résout en gouttelettes à sa périphérie ou près de sa périphérie. Un élément important de ces systèmes de pulvérisation est l’alimentation en liquide du disque. Cette alimentation doit se faire au centre du disque ou près du centre pour obtenir une bonne qualité d’homogénéité spatiale et de dispersion granulométrique sur les bords du disque, mais ne doit pas risquer d’abimer le moteur par suite d’infiltrations, en particulier le long de l’axe du moteur.The disc, bowl or other object with symmetry of axial revolution is supplied with liquid by one or more injection devices. The liquid spreads over the surface of the disc and dissolves in droplets at its periphery or near its periphery. An important element of these spraying systems is the supply of liquid to the disc. This feeding must be done in the center of the disc or near the center to obtain a good quality of spatial homogeneity and particle size dispersion on the edges of the disc, but must not risk damaging the engine due to infiltration, in particular along the axis of the engine.
Ce perfectionnement est relatif au dispositif d’injection en liquide.This improvement relates to the liquid injection device.
Il est connu que l’alimentation en liquide du disque se fait en général selon l’une des techniques suivantes :It is known that the supply of liquid to the disc is generally done by one of the following techniques:
Dans une première méthode (figure 1), on alimente la face opposée au moteur (1) mettant en rotation le disque (2), bol ou autre objet à symétrie de révolution axiale par un tube (3) ayant le même axe de symétrie que le rotor du moteur. Cette technique nécessite en général qu’on solidarise le tube et le moteur par une jonction (4) qui va nécessairement être sur la trajectoire des gouttelettes émises par le disque. Il en résulte des zones d’accumulation en liquide sur la jonction et de gouttage qui sont en général gênants pour l’utilisateur. Pour éviter ces problèmes, il faut nécessairement alimenter en liquide la face du disque, bol ou autre objet à symétrie de révolution axiale adjacente au moteur. Une méthode (figure 2) est alors d’utiliser un axe de rotation creux (1) débouchant sur la surface du disque (2) opposée au moteur et d’alimenter ce disque à partir de l’axe creux. Cette technique fonctionne bien sous réserve que le moteur ait un axe de rotation suffisamment grand.In a first method (FIG. 1), the face opposite to the motor (1) is fed, rotating the disc (2), bowl or other object with symmetry of axial revolution by a tube (3) having the same axis of symmetry as the motor rotor. This technique generally requires that the tube and the motor be joined by a junction (4) which will necessarily be on the path of the droplets emitted by the disc. This results in areas of liquid accumulation on the junction and dripping which are generally troublesome for the user. To avoid these problems, it is necessary to supply liquid to the face of the disc, bowl or other object with symmetry of axial revolution adjacent to the motor. One method (Figure 2) is then to use a hollow axis of rotation (1) opening onto the surface of the disc (2) opposite the motor and to feed this disc from the hollow axis. This technique works well provided that the motor has a sufficiently large axis of rotation.
Lorsqu’on utilise des micros moteurs, qui ont typiquement des diamètres d’axes de l’ordre du millimètre, cette technique n’est pas utilisable et on alimente le disque en liquide par un dispositif annulaire tel que montré sur la figure 3. Le liquide arrive par un tuyau (4) dans une chambre annulaire (5) entourant l’axe de rotation du moteur (1) et débouchant sur la surface du disque (2). Adjacente au moteur (1). Il faut alors très bien protéger le moteur des infiltrations de liquide en mettant un joint rotatif parfaitement étanche. Cette technique, assez délicate à mettre en œuvre pratiquement compte tenu des tolérances de fabrication, entraîne un coût au niveau de la fabrication et absorbe une partie non négligeable de la puissance du moteur.When using micro motors, which typically have axis diameters of the order of a millimeter, this technique cannot be used and the disk is supplied with liquid by an annular device as shown in FIG. 3. liquid arrives via a pipe (4) in an annular chamber (5) surrounding the axis of rotation of the motor (1) and opening onto the surface of the disc (2). Adjacent to the engine (1). It is therefore necessary to protect the motor very well from liquid infiltration by fitting a perfectly watertight rotary joint. This technique, which is quite delicate to implement practically taking into account manufacturing tolerances, involves a cost at the manufacturing level and absorbs a non-negligible part of the engine power.
La présente invention propose une nouvelle méthode d’alimentation en liquide, ne respectant pas la symétrie de révolution du système, utilisable quel que soit le diamètre du disque,The present invention proposes a new method of supplying liquid, not respecting the symmetry of revolution of the system, usable whatever the diameter of the disc,
217093080270000160911 simple à mettre en œuvre, permettant d’obtenir une homogénéité et une dispersion granulométrique des aérosols équivalente à celle obtenue avec une alimentation symétrique et ne nécessitant pas une parfaite étanchéification du moteur. Cette nouvelle méthode présente un avantage certain par rapport à celles précédemment décrites. Il est connu en mécanique des fluides que l’injection du liquide sur le disque constitue une singularité de l’écoulement et que toute singularité introduite dans un écoulement, par exemple un élargissement brusque ou progressif ou un changement de direction, perturbe localement l’écoulement en amont et en aval et nécessite une certaine longueur d’écoulement pour s’atténuer et disparaître, d’autant plus grande que la perturbation est importante. Il est connu que cette longueur dépend principalement de la forme de la singularité et, pour des écoulements à surface libre, des nombres de Reynolds et de Froude. Il est également connu que mieux la singularité accompagne l’écoulement, moins elle le perturbe. C’est ainsi qu’un coude profilé ayant un grand rayon de courbure perturbe beaucoup moins l’écoulement qu’un coude à angle droit.217093080270000160911 simple to implement, allowing to obtain a uniformity and a particle size dispersion of the aerosols equivalent to that obtained with a symmetrical supply and not requiring a perfect sealing of the engine. This new method has a definite advantage over those previously described. It is known in fluid mechanics that the injection of the liquid on the disc constitutes a singularity of the flow and that any singularity introduced into a flow, for example an abrupt or progressive widening or a change of direction, locally disturbs the flow upstream and downstream and requires a certain length of flow to attenuate and disappear, the greater the greater the disturbance. It is known that this length depends mainly on the shape of the singularity and, for free surface flows, Reynolds and Froude numbers. It is also known that the better the singularity accompanies the flow, the less it disturbs it. This is how a contoured elbow with a large radius of curvature disturbs the flow much less than a right angle elbow.
La présente invention s’appuie sur ces principes et sur la connaissance des écoulements sur les disques rotatifs pour apporter une amélioration importante aux dispositifs d’alimentation. Dans le cas d’un écoulement sur un disque rotatif avec un injecteur ponctuel idéal centré sur l’axe, il est connu que les trois composantes du champ des vitesses, Vr vitesse le long d’un rayon du disque, Vt vitesse tangentielle au disque, et Vz vitesse perpendiculaire au plan du disque obéissent à la loi qualitative Vz«Vr«Vt, typiquement la vitesse axiale est 10 fois plus petite que la vitesse radiale qui est elle-même dix fois plus petite que la vitesse tangentielle pouvant être approchée par la valeur Vt=m2r. Il est également connu que la pression à la surface du disque, est maximale au centre et décroît jusqu’à la pression atmosphérique à la périphérie.The present invention is based on these principles and on the knowledge of the flows on the rotary discs to bring a significant improvement to the feeding devices. In the case of a flow on a rotating disc with an ideal point injector centered on the axis, it is known that the three components of the velocity field, Vr speed along a radius of the disc, Vt velocity tangential to the disc , and Vz speed perpendicular to the plane of the disc obey the qualitative law Vz "Vr" Vt, typically the axial speed is 10 times smaller than the radial speed which is itself ten times smaller than the tangential speed which can be approached by the value Vt = m 2 r. It is also known that the pressure on the surface of the disc is maximum at the center and decreases to atmospheric pressure at the periphery.
Ces connaissances permettent de dire que l’alimentation qui perturbe le moins l’écoulement est constituée par un ou plusieurs injecteurs tels que les composantes de la vitesse à la sortie de l’injecteur ou des injecteurs soient aussi proches que possible des composantes de la vitesse de l’écoulement qui existeraient sur le disque avec un injecteur ponctuel idéal centré sur l’axe.This knowledge makes it possible to say that the supply which disturbs the flow the least is constituted by one or more injectors such that the components of the speed at the outlet of the injector or injectors are as close as possible to the components of the speed of the flow that would exist on the disc with an ideal point injector centered on the axis.
Les figures 4 et 5 décrivent un mode de réalisation donné à titre d’exemple. L’injecteur est un tube cylindrique (6), dont l’axe est orienté selon le vecteur U défini par (i/) = a(ur) + β(μθ) + y(uz) où oc= arctan^ , β = ^ — a — y (9) proche de ür est le vecteur unitaire selon le rayon du disque, ud est le vecteur unitaire tangentiel au disque et üz est le vecteur unitaire selon l’axe de rotation du disque. L’extrémité (7) du tube (6), biseautée parallèlement à la surface du disque, est placée à une distance du disque correspondant à la hauteur de la surface libre du liquide à l’endroit où l’extrémité est placée, soit entre 10 micromètres et 10 mm selon les débits et à une distance de l’axe de rotation de l’ordre de grandeur de R/10 où R est le rayon du disque. La section droite S du tube au niveau de l’injecteur est telle que la vitesse débitante dans le conduit soient la plus proche possible de la vitesse de l’écoulement au niveau de Γ injection et le débit égal au débit souhaité. Dans ce système le liquide arrive toujours sur la face du disque (2) adjacente au moteur (1), mais la faible perturbation créée par l’injection de liquide empêche celui-ci de remonter jusqu’à l’axe du moteur (1) lorsque celui-ci est en rotation.FIGS. 4 and 5 describe an embodiment given by way of example. The injector is a cylindrical tube (6), the axis of which is oriented according to the vector U defined by (i /) = a (ur) + β (μθ) + y (uz) where oc = arctan ^, β = ^ - a - y (9) close to ür is the unit vector along the radius of the disc, ud is the unit vector tangential to the disc and üz is the unit vector along the axis of rotation of the disc. The end (7) of the tube (6), bevelled parallel to the surface of the disc, is placed at a distance from the disc corresponding to the height of the free surface of the liquid at the place where the end is placed, ie between 10 micrometers and 10 mm according to the flow rates and at a distance from the axis of rotation of the order of magnitude of R / 10 where R is the radius of the disc. The cross-section S of the tube at the level of the injector is such that the rate of flow in the duct is as close as possible to the speed of the flow at the level of Γ injection and the rate equal to the desired rate. In this system the liquid always arrives on the face of the disc (2) adjacent to the motor (1), but the slight disturbance created by the injection of liquid prevents it from going up to the axis of the motor (1) when it is rotating.
Il est à noter que le tube décrit dans l’exemple est cylindrique, mais qu’il peut être également convergent ou divergentIt should be noted that the tube described in the example is cylindrical, but that it can also be convergent or divergent
Selon un autre mode de réalisation donné à titre d’exemple, l’alimentation en liquide du disque peut être réalisée à partir de plusieurs injecteurs, préférentiellement régulièrement répartis autour de l’axe de rotation, chaque injecteur obéissant aux mêmes conditions géométriques décrites dans le premier mode de réalisation. La section droite S de chaque tube au niveau deAccording to another embodiment given by way of example, the supply of liquid to the disc can be carried out from several injectors, preferably regularly distributed around the axis of rotation, each injector obeying the same geometric conditions described in the first embodiment. The cross section S of each tube at
- 15 l’injecteur est telle que la vitesse débitante dans le conduit soient la plus proche possible de la vitesse de l’écoulement au niveau de l’injection et le débit de chaque injecteur égal au débit total souhaité divisé par le nombre d’injecteurs.- 15 the injector is such that the delivery speed in the duct is as close as possible to the flow speed at the injection level and the flow rate of each injector equal to the total desired flow divided by the number of injectors .
Si ces conditions sont parfaitement respectées, lorsque le disque est en rotation, le liquide 20 injecté ne peut remonter le courant jusqu’à atteindre l’axe de rotation. Il n’est plus besoin d’étanchéifier l’axe de rotation du moteur.If these conditions are perfectly respected, when the disc is rotating, the injected liquid 20 cannot go upstream until it reaches the axis of rotation. There is no longer any need to seal the motor rotation axis.
Ce perfectionnement constitue un avantage certain par rapport aux appareils dépourvus de ce perfectionnement.This improvement constitutes a definite advantage compared to the devices lacking this improvement.
La présente invention concerne le ou les dispositif(s) d’injection du liquide sur le disque 25 rotatif situé(s) du même côté que le moteur et décentré(s) par rapport à l’axe de rotation du disque.The present invention relates to the device (s) for injecting the liquid onto the rotary disc 25 located on the same side as the motor and off-center with respect to the axis of rotation of the disc.
2170930802700001621709308027000016
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