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Turbine de grenaillage pour haute vitesse de projection La présente invention concerne une turbine de projection centrifuge à haute performance du type utilisé dans les grenailleuses où elle projette des particules métalliques sur les surfaces à décaper ou à traiter en valeur de rugosité.
L'objet de l'invention consiste en un profil spécial d'aubage ou palette, capable de conférer aux grains la plus haute vitesse possible tout en maintenant un diamètre et une vitesse de rotation nettement plus faibles qu'avec les aubages droits.
L'innovation de cet aubage se situe à deux niveaux : 1. au niveau de la prise en charge initiale des grains.
2. au niveau de la vitesse d'éjection résultante.
Dans l'état actuel des turbines centrifuges de projection, le principal avantage des turbines de grenaillage projetant les grains par l'action centrifuge est la faible consommation d'énergie par rapport au système à air comprimé détendu avec injection de grenaille, à performance de production
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égale évidemment.
Une busette de projection à air détendu de 10 mm de diamètre nécessite un compresseur de 60 CV, alors qu'une turbine de projection effectue le même travail avec seulement 4 CV installés à la broche.
Les turbines à aubages droits prennent en charge la grenaille, qui sort du distributeur avec un choc assez violent, capable même de casser la grenaille d'acier, très fragile pour les hautes duretés.
Une turbine de grenaillage suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle est équipée de palettes ou d'aubages en matériau anti-usure à profil en long concave et circulaire, dont la surface de prise en charge initiale fait un angle inférieur à 900 avec la tangente et dont le bord d'éjection fait un angle de 00 à 60 par rapport à une radiale passant par le sommet de ce bord.
L'invention est décrite maintenant avec plus de détails sur la base des dessins annexés, à titre d'exemples uniquement, montrant en : Figure l une demi coupe schématique dans une turbine à aubages droits courante réalisant une prise en charge avec choc initial ; Figure 2 le profil en long de la face active suivant l'invention, dont les aubages présentent une surface concave, avec prise en charge correcte ; Figure 2A une vue agrandie au niveau de la prise en charge, soit au rayon ri ;
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Figure 3 le profil en long de la face active suivant l'invention à profil d'aubage circulaire avec une haute vitesse d'éjection résultante ;
Figures 4 et 5 respectivement une vue de face d'une turbine suivant l'invention à. quatre aubages et une coupe par 5-5 de figure 4, les aubages étant attenants au flasque d'entrainement ; Figures 6 et 7 respectivement une vue de profil et une vue de face d'une variante de réalisation d'aubage suivant l'invention, les aubages étant démontables et maintenus entre deux flasques, dont l'un est le flasque d'entrainement ; Figures 8 à 10 respectivement une vue de profil, une vue de face et une coupe par 10 - 10 de figure 8 d'une autre disposition d'aubage sans nervure dorsale.
Pour les grenailles fragiles, utilisées pour des applications de grenaillage de surfaces difficiles, telles que les cylindres de laminoir par exemple, il est important de prendre la grenaille en charge de la façon la plus douce possible, sans choc, afin de préserver la grenaille et d'éviter de la casser.
Comme on le voit en figure l les palettes droites l ou même convexes réalisées actuellement ont tendance à briser la grenaille à l'entrée. Par contre, les surfaces concaves l', telles que celles reprises au croquis de la figure 2, diminuent fortement l'effet de choc et permettent donc d'éviter le bris de la grenaille dès la prise en charge.
A la sortie du distributeur, la grenaille possède
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une vitesse faible, dont la direction est celle indiquée par le vecteur B de la figure 2. Le vecteur A, perpendiculaire au rayon r, indique la vitesse du point matériel du pied de l'aubage.
La figure 2A montre, de façon agrandie, les vecteurs vitesses A et B au rayon r.
Une prise en charge douce de la grenaille est impérative pour les petites turbines, qui doivent tourner très vite pour atteindre une vitesse d'éjection résultante suffisamment élevée.
Contrairement à ce qui a déjà été fait, il ne s'agit pas de faire une surface de début d'impact parallèle au vecteur vitesse de la grenaille à la sortie du distributeur, vecteur B, mais bien de faire une surface de prise en charge aussi proche que possible de la direction opposée au vecteur vitesse à ce niveau de diamètre.
Certains constructeurs ont mis le bord d'attaque de l'aubage tangent au vecteur B, ce qui est une erreur fondamentale pour une prise en charge correcte de la grenaille. On obtient ainsi le profil 1"en pointillé (figures 2 et 2A), profil où la prise en charge initiale des grenailles est très mauvaise.
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Ce profil 1"réduit fortement la prise en charge, ce qui entraîne une diminution du débit admissible par cette turbine. En effet, ce type de profil rejette une partie de la grenaille vers le centre empêchant ainsi sa prise en charge.
Il est donc nécessaire que la tangente à la surface du bord initial de prise en charge soit le plus proche
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possible en angle de la direction du vecteur B, vecteur vitesse de la grenaille à la sortie du distributeur.
Evidemment, il n'est pas possible de placer le bord d'attaque de l'aubage dans le prolongement du vecteur B (ou A d'ailleurs), car le. bord d'attaque a une épaisseur qui empêche ces directions de coincider.
Ceci dit, il est utile que le bord d'attaque soit le plus proche de cette direction, tenant compte de l'épaisseur.
L'angle entre la tangente au bord initial et la direction A, soit , doit être inférieur ou égal à 45 si l'on veut obtenir une prise en charge douce.
Un angle de prise en charge nul est évidemment l'idéal.
En ce qui concerne le profil de l'aubage proprement dit, il est conçu suivant l'invention de manière à éjecter la grenaille avec une vitesse résultante aussi haute que possible, pour une vitesse de rotation la plus faible possible.
En d'autres termes, pour que la vitesse résultante VR (figure 3) soit maximale pour une vitesse
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tangentielle fixée (donc tu fixé puisque Vt = IJJ. r ; 2., U en rad/sec) il faut que l'angle Y (angle que fait le bord d'éjection 2 par rapport à une radiale passant par le sommet de ce bord) soit compris entre 00 et 600, et ce en fonction du type de grenaille utilisée.
L'angle Y est fixé par la vitesse à obtenir en fonction de N tr/min, mais aussi en fonction du degré d'usure admissible des aubages. Il est évident que des angles'6 élevés provoquent des usures beaucoup
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plus fortes et exigent la mise en oeuvre d'aubages à très haute dureté.
La vitesse relative Vr combinée avec la vitesse Vt donne la vitesse résultante VR. Quand l'angle (5' augmente, la vitesse relative'Vr diminue mais la composition des deux vitesses peut donner une vitesse résultante VR plus élevée, à vitesse de rotation N tr/min égale. En fonction des grenailles projetées, cet angle optimum varie de 00 à 600. En-dessous ou au-dessus de cette valeur, la composition des deux vitesses Vt et Vr donne une vitesse résultante plus faible à vitesse de rotation N égale.
Le profil de cette aubage est circulaire ; le rayon de courbure sera choisi en fonction des dimensions
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r, 4 et ra de la turbine pour arriver à l'angle'0 désiré. Choisir un profil circulaire aboutissant
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N à un meilleur ratio VR est indispensable pour
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certaines applications de grenaillage. En effet, pour une petite turbine, le gain de vitesse VR pour une vitesse de rotation donnée est important, sinon il faut tourner à des vitesses très grandes (+ 20 %) pour atteindre le même résultat.
De même, en grenaillage de cylindres de laminoir, la tendance est d'augmenter la dureté des tables de cylindres pour mieux résister à l'usure. Par voie de conséquence, le grenaillage des cylindres devient de plus en plus difficile, voire impossible.
La solution consiste aussi à tourner plus vite pour atteindre une vitesse plus haute, mais il faut éviter de casser les grains à l'entrée, lors de la prise en charge initiale. De plus, l'augmentation de la
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vitesse entraine un accroissement des forces de balourds proportionnel au carré de la vitesse de rotation.
La conception de la turbine suivant l'invention a permis de construire des machines de grenaillage miniatures à turbine, manoeuvrables manuellement. La performance de ce type de turbines'permet donc de construire des machines de grenaillage à turbine portative mais aussi de construire des turbines de grenaillage nécessitant de très hautes vitesses de projection, telles que celles utilisées dans les grenailleuses de cylindres de laminoir. Ces turbines peuvent également être utilisées dans le grenaillage de contrainte ou"shot peening", où les grandes vitesses de projection sont souvent nécessaires.
Les figures 4 et 5 montrent une réalisation de ce type de turbine avec quatre aubages, respectant les conditions de performances préconisées, pour un type de grenaille angulaire choisi.
Les aubages l'de cette réalisation font partie intégrante du flasque d'entraînement 3 (figures 4, 5).
Une autre réalisation d'aubage l'suivant l'invention est celui repris aux figures 6, 7, où le trou 4 et la découpe 5 dans là nervure 6 servent à la fixation de l'aubage. On voit sur la face active 7 la prise en charge initiale 8. Une autre disposition d'aubage est représentée aux figures 8 à 10. La face active l'est indiquée. Cet aubage n'est pas pourvu d'une nervure dorsale. Les deux tenons 9 servent à la fixation de l'aubage dans les deux flasques.
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Pour augmenter l'agressivité de la projection, il est utile de faire un canal, dont la largeur décroît en fonction de l'augmentation de rayon. Une deuxième solution est de faire un canal, dont le profil en travers soit légèrement courbé. Cette façon de construire l'aubage concentre la grenaille au centre, juste au moment de l'éjection.
Les aubages ou palettes suivant l'invention sont réalisés dans un matériau très dur anti-usure, tel que le carbure de tungstène ou tout autre matériau anti-usure plus ou moins performant.
La turbine peut être coulée d'une seule pièce avec les aubages incorporés et d'un seul tenant. Elle peut également présenter un nombre différent d'aubages pair ou impair.
Bien entendu, on ne sortirait pas du domaine de l'invention en réalisant des aubages ayant une forme active telle que revendiquée mais dont le mode de fixation et/ou la forme extérieure seraient différents.
Seule la face active est importante.