Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La présente invention concerne une turbine de grenail-
lage assurant une vitesse d'éjection de la grenaille et une con-
centration du jet de grenaille nettement supérieures à celles des
turbine.s de grenaillage connues.
Ces turbines sont utilisées pour projeter de la gre-
naille sur la surface d'une pièce mé-tallique afin de donner à
cette surface un état de rugosité approprié. Les turbines, de
type centrifuge, se composent d'un dispositif de distribution
central qui fournit l'alimentation en grenaille et d'un certain
nombre d'aubes ou palettes disposées radialement autour du dispo-
sitif de distribution et fixées à un ou deux flasques. La surfa-
ce active de ces aubes est habituellement plane et de largeur u-
niforme.
Cette aubage droit projette la grenaille avec une vi-
tesse d'éjection dépendant directement de la vitesse de rotation
de la turbine. Or cette vitesse peut dans certains cas être trop
faible pour atteindre le but désiré. L'impact du grain, à savoir
son énergie E = V R où m = masse d'un grain, est en effet
fonction du carré de la vitesse d'éjection VR.
Certaines pièces à grenailler, par exemple des cylin-
dres de laminoir, ont une dureté tellement élevée que le niveau
de rugosité ne peut être atteint avec un aubage droit. En effet,
la turbine de grenaillage a, comme toute machine, une vitesse li-
mite qu'on ne peut dépasser pour des questions de sécurité et d'u-
sure entre autres. L'aubage droit ne permet donc pas de produire
une vitesse d'éjection de la grenaille dépassant celle qui cor-
respond à la vitesse de rotation limite de la turbine.
De plus, l'usure différentielle des aubes et des flas-
ques provoque souvent des balourds qui empêchent en fait de pra-
tiquer des vitesses de rotation très élevées. Comme on le sait,
ces balourds sont également fonction du carré de la vitesse de
rotation.
'~
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L'aubage droit ~Itilisé en pratique prodult en outre un
jet de grenaille épanoui aussi bien suivant la direction du mou-
vement ~e la turbine que suivant une direction transversale.
Pour fixer les idées, avec une turbine tournant à une vitesse de
2500 tours par minute et comportant des aubes droites ayant une
largeur unifo~me de ~0 mm, l'épanouissement du jet donne à une
distance de 500 mm de la turbine un jet ayant une longueur d'im-
pact d'environ 793 mm et une largeur d'impact d'environ 80 à 90
mm. On a consta-té que si la partie centrale du jet produit sur
la surface qu'elle touche une rugosité uniforme, les parties mar-
ginales du jet épanoui contiennent des particules de grenaille
qui ricochent sur la surface à grenailler, qui s'usent et qui
ont en fait un effet d'impact plutôt néfaste sur le rendement
de l'opération. Cet épanouissement du jet limite ainsi de -fa,con
sensible la puissance d'impact du jet et il est particulièrement
gênant dans le cas de grenaillage de pièces présentant une su-r-
face courbe, par exemple des cylindres de laminoirs. -~
L'invention a pour objet une turbine de grenaillage
comprenant des aubes profilées en sorte d'améliorer de facon très
sensible la vitesse d'éjection de la grenaille et la concentra~
tion du jet.
Plus précisément, l'invention concerne une turbine
de grenaillage centrifuge comprenant plusieurs aubes disposées
autour d'un dispositi~ de distribution de grenaille et agencées
pour rotation dans une direction donnée, caractéris~e en ce que
chaque aube a une face active s'étendant suivant un profil lon-
gitudinal qui présente, à partir du dispositi~ de distribution,
une partie à angle de courbure uniforme en direction opposée à
la rotation de la turbine dans la direction donnée, suivie d'une
partie à angle de courbure variable en même direction que la ro-
tation.
Une vitesse d'éjection plus élevée a des avantages cer-
tains. Tout d'abord, pour obtenir un même niveau de rugosité,
la vitesse de rotation peut être plus faible. Or, la vitesse de
rotation de la turbine est un élément essentiel car dans une tur-
bine de grenaillage, l'usure différentielle des aubes et flasques
fait apparaître des balourds assez gênants (vibrations). Ces ba-
lourds étant une fonction directe du carré de la vitesse de rG-
tation, ils se trouvent réduits avec celle-ci. On a donc inté-
rêt à réduire autant que possible ces forces perturbatrices et
le moyen très efficace est donc de réduire la vitesse de rotation
de la turbine.
-2a~
D'autre part, une vitesse d'éjection plus élevée que
dans l'aubage droit permet l'obtention de niveaux de rugosité
plus élevés pour une même vitesse de rotation. Dans le cas par-
ticulier de cylindres de laminoirs, les duretés de cylindres at-
teintes actuellement ne peuvent être relevées car on atteint vi-
te une impossibilité de grenaillage, à savoir l'impossibilité
d'atteindre le niveau de rugosi-té demandé. Il y a donc souvent,
dans ce domaine, un compromis entre le niveau de rugosité deman-
dé et la dureté du cylindre la plus élevée possible mais admis-
sible pour atteindre ce niveau de rugosité. Par exernple, avec
de la grenaille angulaire composée de grains ayant un calibre --
moyen de 0,~0 mm et une dureté de cylindre de 730-750 points de .
dureté Vickers charge 30 kg (~V), le niveau maximum atteint est ~ -
de 200 ~" (CLA: Center Line Average). Si l'on augmente la dure-
té de cylindre de 30 points Vickers, le niveau de rugosité maxi-
murn possible sera par exemple de 170 ,u" (CLA).
Quant à l'amélioration de la concentration du jet de
grenaille, elle réduit l'épanouissement du jet, ce qui a pour
effet d'augmenter la puissance d'impact du jet pour un même débit
de grenaille.
La turbine de grenaillage suivant l'invention se carac-
térise en ce que chaque aube a une face active s'étendant suivant
un profil longitudinal qui présente, à partir du dispositif de
distribution, une partie convexe suivie d'une partie concave.
La face active de chaque aube a une largeur qui décroît
progressivement depuis son pied jusqu'à sa tête.
Une forme de réalisation de l'invention va atre décri-
te ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins joints
sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une
turbine suivant l'invention;
- les figures 2 et 3 illustrent deux exemples de mode
- 3 -
.
de réalisation du profil longitudinal d'une aube suivant l'inven-
tion,
- la figure 4 est une vue de face d'une aube suivant
l'invention.
La figure 1 montre une coupe schématique de la turbine
de grenaillage suivant l'invention. Autour d'un distributeur de
grenaille 1 est disposée une pièce de contrôle 2 qui consiste
en une enveloppe percée d'une ouverture 3 dont la dimension est
fonction de la turbine et du travail de grenaillage à effectuer.
Plusieurs aubes 4 fixées entre deux flasques dont on en voit un,
noté A sur le dessin, se trouvent disposées régulièrement au-
tour de la pièce de contrôle 2~ La turbine est supposée être en-
traînée en rotation dans le sens indiqué pax la flèche ~.
Suivant l'invention, les faces actives des aubes 4 ont
un profil longitudinal se composant, à partir du distributeur 1,
d'une partie convexe suivie d'une partie concave. Les parties -
convexe et concave ~euvent avoir des angles de courbure unifor-
mes ou variables.
Un exemple particulier de profil à double courbure sui-
vant l'invention est illustré à la figure 2. Ce profil se divi-
se en deux zones.
Dans la zone 1, qui s'étend jusqu'au rayon r3 = 190 mm
dans l'exemple illustré, la face active de l'aube es~ convexe a-
vec un angle de courbure uni~orme. Dans l'e~emple illustré, cet
; angle a eté choisi égal à 30. Fn chacun des points A, B, C, D,
E, F, G, H, la tange~te en ce point au profil de la face active
; fait un angle de 30 avec le rayon passant par ce point. Le nom-
bre de pas est choisi de manière à obtenir une courbe polygonale
pratiquement confondue avec la courbe théorique.
La zone 2 s'étend du rayon r3 = 190 mm jusqu'au rayon
r2 = 250 mm dans l'exemple illustré à la figure 2. Dans cette
zone 2 la face active de l'aube est concave avec un angle de cour-
bure variable depuis la valeur de 30 jusqu'à la valeur de -10~
choisie comme exemple d'angle de sortie. La variation de 1'anyle
de courbure est donc de 30-(-10~ = 40. Le redressernent de la
courbure se fait au prorata des deux angles de courbure, à savoir:
30/40 pour redresser l'angle ~1 = 30 au rayon r3 = 190 mm jus-
qu'à ~ = 0 au rayon r~ = 235 mm, et
10/40 pour redresser l'angle ~ = 0 au rayon r4 = 235 mrn jusqu'à
la valeur ~2 = -10 au rayon r2 = 250 mm.
Le tracé du profil dans cette zone 2 peut se faire de
la manière suivante. Tirer à partir du point H une droite fai-
sant un angle de 30 avec le rayon HO, cette droite coupe la
circonférence de rayon r~ = 235 mm au point N. Tracer le rayon
NO et tirer au point N la perpendiculaire à ce rayon NO. Tirer
de même par le point H la perpendiculaire à HN, soit HH': l'in-
tersection de la perpendiculaire en N et de la droite HH' définit
le point 1~ Avec l pris comme centre, tracer un segment de
cercle de rayon OlH: ce segment de cercle coupe la circonféren-
ce de rayon r4 au point N'. Par ce point tirer la perpendicu-
laire au rayon N'O afin de définir sur la droite I~I' le point 2'
Avec ce point 2 choisi comme nouveau centre, tracer un segment
de cercle de rayon 02H qui coupe la circonférence de ra~on r2 au
point J. Comme on le remarque, il s'agit d'une construction de
proche en proche mais deux recherches de centres (1~ 2) suffi-
sent largement a la précision demandée.
Par calcul il a été trouvé qu'une turbine comportant
des aubes conformes au profil de la figure 2 et tournant à une vi-
tesse de 2500 tours par minute permettrait d'obtenir une vitesse
d'éjection théorique de grenaille de 92,62 m/s, valeur qui est
à comparer à une vitesse d'éjection théorique calculée de 77,65
m/s pour une turbine à aubes droites tournant à la même vitesse.
l'aubage suivant l'invention permet donc d'obtenir une améliora-
: tion de vitesse d'éjection théorique de quelque 20%.
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La figure 3 illustre une variante de mode d'éxécutionde l'aube à double cour~ure suivant l'invention. Dans ce mode
d'exécutionle profil se divise en trois zones: les zones 1 et
2 correspondent aux deux æones du mode d'exécution de la figure
2, la zone 3 est une zone dans laquelle l'angle de courbure est
constant~ Le profil illustré à la figure 3 comprend ainsi un
tracé convexe à angle de courbure constant (zone 1), ur tracé
concave à angle de courbure variable (zone 2) et un tracé conca-
ve à angle de courbure constant (zone 3). Le tracé de ce profil
à trois zones se fait comme dans le cas du profil à deux zones
pour les zones 1 et 2, dans la zone 3 il peut se faire comme pour
le tracé de la zone 1. Dans l'exemple illustré à la figure 3,
le rayon extérieur r2 étant le même que dans l'exemple de la fi-
gure 2, les trois zones se répartissent comme suit: la zone 1
jusqu'au rayon r3 = 190 mm, la zone 2 jusqu'au rayon r4 = 235 mm,
et la zone 3 depuis le rayon r4 jusqu'au rayon r2 = 250 mm.
La vitesse d'éjection de grenaille théorique calculée
pour des aubes ayant le profil de la figure 3, pour une même vi-
tesse de rotation de 2500 tours par minute, est légèrement infé-
rieure à celle que l'on obtient avec des aubes ayant ]e profil dela figure 2 (soit 91,62 m/s au lieu de 92,62 m/s). De plus, il
y aurait une légère augmentatlon de l'usure des aubes.
Pour améliorer la concentration transversale du jet de
grenaille, la face active de chaque aube a une largeur qui décroît
progressivement depuis son pied jusqu'à sa tête. Ce profil tran~
versal suivant l'invention est visible sur la -figure 4. La ré-
duction progressive de la largeur de l'aube est avantageusement
telle que les flancs latéraux de l'aube forment entre eux un an-
gle de 3 environ. Grâce à ce profilage on peut obtenir une
concentration transversale du jet améliorée dans la proportion de
4~% environ par rapport à un aubage ayant une largeur uniforme,
tous autres facteurs étant égaux. Ainsi donc, avec l'aubage sui-
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vant l'invention la projection des grains marginaux dans le sens
transversal, est pratiquement supprimée de sorte que la puissan- -
ce et l'efficacité de l'impact se trouvent considérablement amé-
liorées.
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