[0001] L'invention concerne une buse de pulvérisation.
[0002] Une buse de pulvérisation se présente extérieurement comme un étui présentant un
orifice d'entrée et un orifice de sortie. A l'intérieur, le corps de buse est agencé
pour permettre la dispersion d'un liquide sous forme de gouttelettes, et pour former
en sortie un jet de gouttelettes, ou spray, qui possède une distribution déterminée
dans l'espace. Plus généralement, un corps de buse est agencé pour générer en sortie
d'un orifice de sortie de la buse une dispersion de gouttelettes. De telles buses
sont par exemple utilisées dans le domaine agricole pour pulvériser des produits phytosanitaires
sur des cultures.
[0003] On distingue différents types de buses selon la forme particulière de leur jet :
buses dites à jet droit, à jet plat, à jet en cône, qui peut être un cône creux, ou
encore un cône plein.
[0004] La présente invention s'intéresse aux buses de pulvérisation du type à jet plat.
[0005] Les caractéristiques essentielles du jet plat sont son angle d'ouverture, et la loi
de distribution des gouttelettes à l'intérieur de cet angle d'ouverture, de sorte
que l'on obtienne une distribution cumulée uniforme des gouttes lorsque les buses
sont associées sur une rampe et espacées entre elles.
[0006] Dans les pulvérisateurs, on place le plus souvent une buse tous les 50 cm. Et l'on
choisit les caractéristiques des buses pour assurer une distribution sensiblement
uniforme du produit à pulvériser sur la surface du terrain agricole concerné.
[0007] On sait réaliser cela avec des buses connues, mais il reste un problème. Cela marche
bien sans vent. Mais, le vent peut faire que la zone de pulvérisation déborde la surface
du terrain agricole concerné. C'est d'abord une perte d'efficacité. Mais c'est aussi
potentiellement néfaste en cas de produits pulvérisés qui sont agressifs et/ou dangereux
pour les êtres vivants. Il faut donc l'éviter.
[0008] La demanderesse a pensé qu'une solution serait d'augmenter la taille des gouttelettes
pulvérisées, pour diminuer leur sensibilité au vent. Mais obtenir des buses qui possèdent
le même angle d'ouverture, avec uniformité de la distribution cumulée des gouttelettes
à l'intérieur de cet angle, et ce pour des gouttelettes plus grosses, n'est pas un
problème simple.
[0009] De façon générale, une buse comprend un corps formant un étui et qui enferme un ou
plusieurs organes et/ou éléments conçus pour perturber le jet, c'est-à-dire agir sur
le flux de liquide et pour en modifier les caractéristiques avant son éjection par
l'orifice de sortie, en fonction de la pulvérisation souhaitée et de la forme du jet
de sortie voulue.
[0010] Le brevet US
US5133502A, intitulé "FLAT-JET NOZZLE TO ATOMIZE LIQUIDS INTO COMPARATIVELY COARSE DROPS" soit
« buse à jet plat pour atomiser des liquides en gouttes comparativement grosses »
constitue une proposition en ce sens. Mais il n'obtient que des tailles de gouttes
modestes (sa figure 6), qui restent en dessous de 500 micromètres, même avec une basse
pression d'entrée descendant jusqu'à 1 bar.
[0011] La Demanderesse produit une gamme de buses dite AVI qui arrivent aussi à des tailles
médianes de goutte d'environ 500 micromètres.
[0012] Il s'agit de buses à jet plat dites à injection d'air, c'est-à-dire utilisant une
aspiration autonome de la buse permettant d'augmenter beaucoup plus efficacement la
taille de gouttes que le brevet US
US5133502A, pour les pressions supérieures.
[0013] Dans une buse du type AVI, de l'entrée vers la sortie, le corps de buse peut enfermer
d'abord un « noyau », qui est une pièce de forme générale cylindrique, définissant
un passage interne de section droite intérieure croissante. Ce passage est mis en
communication avec l'air extérieur, sensiblement au niveau de sa section droite la
plus faible, d'où un effet Venturi. L'orifice de sortie central de ce noyau aboutit
à une chambre de travail, qui va assurer la transition avec l'orifice de sortie de
la buse. Afin de pouvoir produire un jet plat, il convient de prévoir un insert muni
d'une fente de sortie. Cette fente forme l'orifice de sortie de la buse, dont elle
définit aussi l'angle d'ouverture.
[0014] Mais cette buse procure aussi des tailles de gouttes limitées à 500 micromètres,
sans permettre d'atteindre des tailles de gouttes super-grosses, qui auraient typiquement
une taille moyenne de 800 micromètres, sur un intervalle s'étendant de 400 micromètres
à 1,2 mm.
[0015] Autrement dit, la buse décrite à impaction directe possède une limitation qui dépend
de la surface de contact du liquide avec la paroi du Venturi et donc de la longueur
finale de la buse. Elle produit des gouttes dans le domaine des 500 - 600 µm selon
le type d'injecteur à impaction. L'objectif est de dépasser cette limitation tout
en conservant la taille de la buse.
[0016] L'invention vient améliorer les performances d'une telle buse.
[0017] De façon générale, la buse de pulvérisation proposée est du type comprenant un corps,
qui possède une zone d'entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide, le corps
logeant
- un noyau, définissant intérieurement un passage, de section transversale croissante,
en communication avec l'extérieur sensiblement au niveau de sa section transversale
la plus faible, d'où un effet Venturi, ladite section transversale la plus faible
commençant à proximité de la zone d'entrée de fluide,
- un insert, muni d'une fente de sortie formant l'orifice de sortie (16) de la buse
et définissant l'angle d'ouverture de celle-ci,
le noyau et l'insert étant distants l'un de l'autre et formant entre eux une chambre
de travail dans le corps.
[0018] Elle est caractérisée en ce que la buse comporte en outre une pièce additionnelle
dite éclateur, logée dans la chambre de travail, aménagée pour former un obstacle
à l'écoulement du fluide, cet éclateur comprenant deux orifices axiaux traversants,
formant chacun un passage fluidique, de part et d'autre d'un plan radial, de sorte
que les deux flux passés par les orifices de l'éclateur se regroupent et viennent
ensuite impacter la surface de la fente de sortie de l'insert, engendrant finalement
un jet plat.
[0019] D'un autre point de vue, la buse de pulvérisation proposée est du type comprenant
un corps formant étui, qui possède un orifice d'entrée et un orifice de sortie, et
qui présente, du côté de l'orifice d'entrée, une zone d'entrée de fluide. De l'entrée
vers la sortie, le corps de buse peut enfermer d'abord un « noyau Venturi », qui est
une pièce de forme générale cylindrique, définissant un passage interne de section
droite intérieure croissante. Ce passage est mis en communication avec l'air extérieur,
sensiblement au niveau de sa section droite la plus faible, d'où l'effet Venturi.
L'orifice de sortie central de ce noyau aboutit à une chambre de travail, qui va assurer
la transition avec l'orifice de sortie de la buse. Afin de pouvoir produire un jet
plat, il convient de prévoir un insert muni d'une fente de sortie. Cette fente forme
l'orifice de sortie de la buse, dont elle définit aussi l'angle d'ouverture.
[0020] La buse proposée est caractérisée en ce qu'elle comprend, dans la chambre de travail,
et en amont de l'insert, une pièce additionnelle nommée ici éclateur. Cette pièce
forme un obstacle à l'écoulement du flux liquide. Elle comporte deux passages ou orifices
longitudinaux traversants, de part et d'autre d'un plan central. En sortie de l'éclateur,
les deux flux qui sont passés par les orifices de l'éclateur vont se regrouper. Et
ils vont venir ensuite impacter la surface de la fente de sortie de l'insert, pour
engendrer finalement un jet plat.
[0021] De préférence, on prévoit en sortie de l'éclateur une lame, dans le plan central.
En sortie de l'éclateur, les deux flux vont circuler le long de cette lame et en suivre
la surface par « effet théière » (parfois dénommé à tort effet Coanda), avant de se
regrouper pour impacter la surface de la fente de sortie de l'insert.
[0022] La lame de l'éclateur est ajustée ou « indexée » sur la fente de l'insert. C'est-à-dire
que le plan de la lame se confond sensiblement avec le plan de la fente de sortie
de l'insert.
[0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de
la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- [Fig 1] est une vue éclatée en perspective avant d'une buse de pulvérisation à jet
plat connue.
- [Fig 2] est une vue assemblée de la buse de la figure 1, en coupe selon un plan qui
passe par la fente de sortie.
- [Fig 3] est une vue assemblée de la buse de la figure 1, en coupe selon un plan perpendiculaire
au plan de la fente de sortie.
- [Fig 4] est une vue éclatée en perspective avant de la buse de pulvérisation à jet
plat ici proposée.
- [Fig 5] est une vue assemblée de la buse de la figure 4, en coupe selon un plan qui
passe par la fente de sortie.
- [Fig 6] est une vue assemblée de la buse de la figure 4, en coupe selon un plan perpendiculaire
au plan de la fente de sortie.
- [Fig 7] illustre en perspective un premier mode de réalisation de la pièce ajoutée
dite éclateur.
- [Fig 8] illustre en perspective un second mode de réalisation de la pièce ajoutée
dite éclateur.
- [Fig 9] illustre en perspective un troisième mode de réalisation de la pièce ajoutée
dite éclateur.
- [Fig 10] illustre en perspective un quatrième mode de réalisation de la pièce ajoutée
dite éclateur.
- [Fig 11] est un graphique illustrant les performances de la buse avec l'éclateur de
la figure 10.
- [Fig 12] est un graphique illustrant les performances de la buse avec l'éclateur de
la figure 9.
- [Fig 13] est un graphique illustrant les performances de la buse avec l'éclateur de
la figure 8.
- [Fig 14] est une vue agrandie de la fente de sortie de la buse.
[0024] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments
à caractère certain, qu'il est difficile de rendre autrement que par le dessin. En
conséquence, les dessins font partie intégrante de la description et pourront donc
non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer
à sa définition, le cas échéant.
[0025] Les figures 1 à 3 montrent une buse de pulvérisation à jet plat connue, comme la
buse AVI-110-04 de la Demanderesse.
[0026] La buse comprend un corps 1 qui définit intérieurement un étui creux, de forme générale
cylindrique, avec :
- Un premier alésage 11, muni d'une collerette 10, côté entrée, et un suivi d'un second
alésage 12 un peu plus étroit,
- Un troisième alésage 13, suivi d'un quatrième alésage 14 un peu plus étroit,
- Enfin, un alésage de sortie 15.
A noter que le mot alésage vise ici un élément femelle d'un ajustement circulaire,
quel que soit son procédé d'usinage. En effet, les pièces n'étant pas métalliques,
mais plutôt en matière synthétique ou en céramique, elle ne sont pas usinées par l'alésage
classique pour les métaux.
[0027] Au niveau des alésages 11 et 12 est inséré un noyau Venturi 2, qui commence par un
couvercle 20, s'appuyant sur la collerette 10. Le noyau Venturi 2 comporte intérieurement
un premier volume cylindrique droit 21, suivi d'un volume conique 22. Ceci définit
un passage interne de section droite intérieure croissante.
[0028] Le volume 21 est traversé par des passages radiaux 25A et 25 B, qui communiquent
par l'intermédiaire d'un évidement annulaire 26 avec des entrées d'air extérieur 18
aménagées à travers la paroi du corps 1.
[0029] Enfin, le haut du noyau est équipé d'un élément de calibration de débit 29, qui est
ici une pastille avec un orifice de calibration.
[0030] Dans le noyau 2 se produit un effet Venturi, en raison de la tuyère formée par la
pastille de calibration 29, et les volumes 21 et 22. L'intensité de l'effet Venturi
dépend de la pression du liquide à l'entrée. Et l'effet Venturi lui-même a pour conséquence
la production d'un mélange liquide + air dans la cavité 23 située en aval du noyau
Venturi.
[0031] Dans une nervure périphérique externe du noyau 2, il est prévu un joint torique 4,
qui assure l'étanchéité entre l'évidement annulaire 26 et l'aval du noyau 2.
[0032] Plus bas, le corps 1 contient un insert de pulvérisation 3, qui comporte une cavité
cylindrique 30 aboutissant à une fente 31, qui est dans le plan de la figure 2, et
perpendiculaire au plan de la figure 3. Cette fente 31 constitue l'orifice de sortie
de la buse.
[0033] L'insert 3 est mis en place et maintenu par vissage et possède pour ce faire une
portion filetée périphérique située à proximité de son extrémité 16 et conçue pour
coopérer avec un taraudage correspondant (non visible) de l'alésage 15 du corps 1.
Dans un autre mode de réalisation, l'insert 3 est assemblé au corps 1 par sertissage.
Pour cela. L'insert 3 est positionné dans le corps 1 puis enfoncé à l'aide d'une presse.
[0034] L'effet Venturi permet notamment d'obtenir des gouttes un peu plus grosses, en raison
de la création du mélange air/liquide, mais sans faire nettement mieux que 500 micromètres.
[0035] On décrira maintenant la buse proposée, en référence aux figures 4 à 6.
[0036] Cette buse a la même structure générale que celle des figures 1 à 3.
[0037] On ne décrira donc pas à nouveau les points communs des figures 1 à 3 d'une part,
et 4 à 6, d'autre part.
[0038] Sur les figures 4 à 6, l'espace interne 23 situé en amont de l'insert est occupé
par une pièce additionnelle 7 dite ici éclateur.
[0039] Côté amont, l'éclateur comporte une coupole périphérique cylindrique 70, qui vient
s'engager dans un évidement 28 pratiqué en périphérie externe aval du noyau 2, et
bute sur un épaulement 29 de ce noyau 2. Dans sa partie radiale, la coupole 70 comporte
deux passages ou orifices longitudinaux traversants 71 et 72, prévus symétriquement
de part et d'autre d'un plan radial central 73.
[0040] De préférence, l'éclateur se poursuit par une lame 75, elle aussi placée symétriquement
par rapport au plan radial central 73.
[0041] En sortie de l'éclateur, les deux flux qui sont passés par les orifices 71 et 72
vont circuler le long de la lame 75 et en suivre la surface par « effet théière »
pour se regrouper. Les deux flux ainsi regroupés vont venir impacter la surface de
sortie de l'insert 3 et engendrer un jet plat de type « flat fan » (éventail plat).
[0042] La circulation du fluide à travers la buse 1 est la suivante.
[0043] Une alimentation en liquide à pulvériser est raccordée à la buse 1. Le flux entre
par l'orifice de la pastille céramique de calibration 29 de section circulaire puis,
dirigé par la pression, il se déplace dans le conduit du noyau 2, de section restreinte
puis s'élargissant. La présence de prises d'air (25A, 25B, 26, 18) au niveau de la
section la plus restreinte du noyau, combinée à la basse pression du flux à cet endroit
(conséquence de son accélération), permet l'aspiration de l'air extérieur par effet
Venturi et son mélange au flux.
[0044] A l'entrée dans l'éclateur, le mélange ainsi obtenu vient en contact de la surface
entre les deux orifices de l'éclateur. L'impact va engendrer une forte chute de l'énergie
du flux, qui sera par pression dirigé vers les deux orifices de sortie 71 et 72 de
l'éclateur. En sortie de l'éclateur, les deux flux vont circuler le long de la 75
lame et en suivre la surface par « effet théière » pour se regrouper. Les deux flux
ainsi regroupés vont venir impacter la surface de sortie 31 de l'insert 3 et engendrer
un jet plat de type « flat fan » à l'angle et à la dispersion maîtrisés.
[0045] Les figures 7 à 10 montrent quatre modes de réalisation de l'éclateur 7, essayés
par la Demanderesse.
[0046] Sur la figure 7, l'éclateur n'a pas de lame.
[0047] Sur la figure 8, l'éclateur possède une lame sensiblement plate 75B, comme représenté
sur les figures 4 à 6.
[0048] Sur la figure 9, l'éclateur possède aussi une lame plate 75C, mais munie de canaux
en forme cylindrique à base d'arc de cercle, qui viennent en prolongement des orifices
71 et 72.
[0049] Sur la figure 10, l'éclateur possède encore une lame plate 75D, mais munie cette
fois de striures transversales.
[0050] On se tournera maintenant vers l'une des applications préférentielles de l'invention,
qui est l'épandage de produits à pulvériser sur la surface d'un terrain agricole,
par exemple des produits phytosanitaires concernés.
[0051] Ces applications utilisent des rampes d'épandage, munies typiquement de buses distantes
de 50 cm, suspendues à environ 50 cm (en pratique, de 40 à 60 cm) au-dessus du sol,
ou plus particulièrement à environ 50 cm au-dessus des cultures. Les buses AVI connues,
par exemple AVI-110-04, peuvent être utilisées pour ces applications. Mais elles produisent
des gouttelettes, qui, en bordure de zone à pulvériser, peuvent être poussées par
le vent, éventuellement se désagréger, et atteindre par exemple des surfaces habitées,
ce qui est néfaste à leurs occupants, au moins dans le cas de produits phytosanitaires
nocifs pour la santé. Il est maintenant souhaité d'avoir des buses classées antidérive
à 90%, à débit et angle de pulvérisation comparables.
[0052] Sur les figures 11 à 13 est représentée une courbe théorique, d'allure gaussienne,
qui représente la distribution souhaitée en volume de pulvérisation par la buse, en
fonction de la distance horizontale à l'axe de celle-ci. L'écartement de la dispersion
au sol est de +/- 50 cm. Avec la courbe théorique, deux buses distantes de 50 cm vont
produire une pulvérisation sensiblement uniforme au sol.
[0053] La figure 14 illustre, en vue agrandie, la fente de sortie de la buse, qui est de
largeur L.
[0054] La Demanderesse a cherché à améliorer la buse existante AVI-110-04 pour avoir des
gouttelettes moins sensibles au vent. Elle a considéré que la taille des gouttes produites
par une buse de type AVI est directement dépendante des paramètres géométriques de
l'insert, en particularité de sa largeur de fente L. Cette largeur de fente a été
augmentée, passant de L = 0,9 mm à L = 1,3 mm dans le cas de la buse AVI-110-04, afin
d'agrandir le diamètre moyen des gouttes. Plus généralement, on augmente la taille
de fente de 40 à 50 %.
[0055] Il a alors été observé que les buses ainsi obtenues présentaient d'importantes difficultés
d'amorçage, du fait d'un flux de liquide de pression trop faible en sortie du noyau.
[0056] La Demanderesse a alors décidé de positionner une pièce intermédiaire, nommée « éclateur
», entre le noyau et l'insert (assemblée sur le noyau).
[0057] Les buses ainsi obtenues se sont avérées fonctionnelles : leur amorçage s'effectue
dès la mise en route de la buse et on obtient l'éclatement du flux et la formation
d'un jet de type éventail plat.
[0058] Plusieurs modèles de buses ont été assemblées avec des éclateurs (ceux des figures
7 et 10) et sujets à des mesures de taille de gouttes.
[0059] Tous les modèles de buses avancés présentent des diamètres de goutte moyens d'environ
800 µm, soit un gain d'environ 50%. Ce résultat est considéré comme pleinement satisfaisant.
[0060] La solution proposée n'est pas uniquement de concilier répartition et taille de gouttes
très grosse, mais de s'assurer de pouvoir travailler à des pressions de 2 bar et plus
tout en obtenant le niveau de réduction de dérive requis.
[0061] Il semble ainsi que la géométrie de l'éclateur a un impact prépondérant sur la reformation
du jet en sa sortie et donc sur le fonctionnement de la buse et sur sa conformité
à la norme (débit, angle, répartition du fluide épandu).
[0062] Une multitude d'éclateurs, dont des exemples sont présentés en Figures 7 à 10, a
été testée en faisant varier les solutions d'éclatement et les géométries propres
à chacune de ces solutions. Les buses ont alors été caractérisées en angle, débit,
observations visuelles et répartition au sol du fluide épandu.
[0063] Des résultats sont donnés en figures 11 à 13 pour trois types d'éclateur (ceux des
figures 8 à 10), le reste de la buse étant le même.
[0064] La figure 13 indique la meilleure correspondance entre la courbe théorique et la
distribution de débit de la buse.
[0065] Toutefois, les autres distributions (figures 11 et 12) sont également prometteuses,
et pourraient servir dans certains cas, notamment si l'on s'écarte de la construction
typique des rampes d'épandage en particulier de l'écartement inter-buses de 50 cm.
[0066] Dans un mode de réalisation particulier :
- Le corps de buse 1 est en matière plastique,
- L'insert 3 peut être en céramique, ou bien en matière plastique,
- L'éclateur 7 est en matière plastique, mais peut aussi être en céramique,
- Le noyau Venturi 2 peut être en matière plastique ou en céramique,
- La pastille 1 est en matière plastique, ou encore en céramique.
[0067] La matière plastique est typiquement un polyoxyméthylène ou POM, qui est un polymère
de la famille des polyacétals, pour sa facilité de mise en forme et les propriétés
mécaniques associées, ou en tout autre matériau plastique équivalent, compatible chimiquement
avec le fluide à épandre.
[0068] La céramique peut être l'alumine, également pour sa facilité de mise en forme et
les propriétés mécaniques associées, ou une matière équivalente.
[0069] Le dimensionnement de l'éclateur 7 est choisi par rapport à deux contraintes principales.
La première contrainte est une maîtrise du coefficient de décharge induit par l'éclateur
7, en rapport à celui induit par l'insert 3, qui passe par la maîtrise de la surface
globale des deux orifices de l'éclateur. La deuxième contrainte est une impaction
optimale des deux flux sortant de l'éclateur 7 dans l'insert 3. Cette impaction optimale
est obtenue par :
- La présence de la lame 75 qui, de par l'adhésion du fluide contre celle-ci va limiter
les turbulences des jets en sortie d'éclateur d'une part, et d'autre part limiter
les turbulences en sortie de buse (orifice de sortie); et
- Un écartement des flux et le dimensionnement de la lame. Le fait que le diamètre extérieur
des orifices soit proche ou tangent au diamètre de l'insert peut également jouer un
rôle. L'écartement de flux, la largeur de la lame et sa longueur sont adaptés pour
chaque modèle de manière à maximiser l'énergie d'impaction des deux flux, et de permettre
un éclatement (produit par l'insert de décharge) optimal à faible pression.
[0070] La maitrise de ces éléments permet de produire un angle de pulvérisation suffisant
pour optimiser les recouvrements de jet à plus faible pression en dessous de 3 bar,
et ceci sans le besoin de dimensionner la hauteur de la fente de sortie 31 de l'insert
3 de manière notable. De cette manière on évite notamment un problème connu de l'état
de la technique qui est la condition de devoir réaliser les deux parois de la fente
de sortie de manière parallèles. Des parois parallèles ont pour conséquence de réduire
la zone visible de rupture des ligaments formant les gouttes.