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TUYERE UTILISABLE NOTAMMENT-POUR PROJETER DES MATIERES ABRASIVES ENTRAINEES
PAR UN JET D'AIR.
Cette invention se propose d'apporter des perfectionnements aux tuyères servant à projeter une veine d'air sous pression contenant en suspension notamment des matières abrasives comme du sable ou un matériau analogue.
On sait que, pour effectuer ce travail, on utilise dans cette technique de l'air comprimé, de façon à imprimer aux particules de matière abrasive une certaine force vive et à les obliger à venir attaquer, décaper ou mordre la surface en cours de traitement., On sait également que la veine d'air comprimé contenant en suspension la matière abrasive ténue parcourt un conduit; généralement un tuyau souple, pourvu à une extrémité d'une tuyère qui dirige le jet d'air comprimé et de matière abrasive contre la surface soumise au traitement.
Le but essentiel de l'invention est de premettre la réalisation d'une tuyèrede projection d'une matière abrasive ou analogue dans les conditions qui viennent d'être rappelées mais qui possède un meilleur rendement, autrement dit une efficacité plus grande que les tuyères de ce genre appartenant à la technique antérieure.
Ce résultat est atteint en principe, suivant l'invention, en donnant à la tuyère une forme telle que la grenaille de matière abrasive ne se trouve jamais immobilisée ou ralentie au cours de sa progression, ne perde ainsi jamais la force vive qui l'anime et n'exige pas une nouvelle impulsion pour agir comme il faut, cette forme nouvelle donnée à la tuyère agissant de telle sorte que la veine d'air qui la traverse en charriant avec elle la grenaille de matière abrasive jaillisse hors de cette tuyère à des vitesses jamais encore atteintes jusqu'à présent. L'invention permet en fait de faire jaillir le jet d'air comprimé et de grenaille de natière abrasive par l'embouchure de la tuyère à des vitesses supersoniques.
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On s'est bien proposé dans le passé d'imprimer la vitesse maximum aux particules de matière abrasive mais les appareils imaginés jusqu'à présent manquaient d'efficacité. On a essayé divers expédients pour augmenter le rendement des tuyères de ce genre en fonction de l'étendue de la surface nettoyée dans un laps de temps donné ou pendant :La durée utile de la tuyère. Mais au cours des vingt cinq dernières années et même davantage on n'a fait pratiquement aucun progrès appréciable dans cette technique.
Un des expédients qui ont été essayés mais qu'on a dû ensuite abandonner a consisté à accroître la pression d'air employée pour la porter à une valeur supérieure à 4,8 ou 6,5 kg/cm2. Mais cette augmentation de pression donnée au milieu d'entraînement de la grenaille de matière abrasive ne produisait pas un rendement meilleur que quand on travaillait avec des pressions comprises dans la gamme des valeurs inférieures mentionnées.
La présente invention est fondée par contre sur la découverte d'un agencement spécial grâce auquel on peut désormais imprimer à la grenaille de matière abrasive des vitesses plus élevées que jusqu'à présent en donnant lieu ainsi à une efficacité plus grande et à des résultats plus satisfaisants dans l'ensemble.
La découverte dont il vient d'être parlé c'est qu'en constituant la tuyère de projection de la grenaille de matière abrasive à l'aide de plusieurs sections dont chacune a un certain contour et une certaine longueur par rapport aux autres parties de l'alésage de la tuyère, on peut augmenter l'efficacité du jet de 25 à 50%. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater qu'en utilisant une tuyère agencée comme il vient d'être dit, la matière abrasive entraînée par la veine d'air ne subit pas de perte d'énergie et jaillit hors de la tuyère à une vitesse plus grande que cela n'était possible avec les tuyères employées jusqu'à présent.
Ainsi donc les buts de l'invention sont de permettre la réalisation d'une tuyère dont l'alésage ait une conformation telle que la. veine d'air la par coure sans y causer de tourbillonnements ou d'ondes de choc transversales qui priveraient les particules de la matière abrasive d'une partie de leur énergie et qui obligeraient à leur imprimer une nouvelle accélération,la forme de cette tuyère étant telle que les particules de la matière abrasive entraînée conservent l'énergie qui y a été accumulée au moment où elles passent du tuyau adducteur à la tuyère et même acquièrent une vitesse plus grande en traversant la tuyère,
la veine d'air charriant la matière abrasive sortant du tuyau adducteur pour pénétrer dans la zone d'entrée de la tuyère qui est délimitée pratiquement par une paroi parallèle continue, puis par une paroi périphérique allongée contractée lisse assurant un balayage, de telle sorte que l'air et la matière abrasive subissent une accélération sans brutalité et qu'il ne se produise ainsi dans la veine d'air aucun tourbillon qui dérangerait les particules de la matière abrasive au moment où elles se déplacent radialement tous près les unes des autres mais en s'écartant davantage dans le sens axial avant de pénétrer dans la zone médiane rectiligne où les particules de cette matière abrasive acquièrent une vitesse supplémentaire,
après quoi l'air et la grenaille de matbère abrasive entraînée par lui cheminent dans la partie allongée lisse à section graduellement croissante de'l'alésage comprenant la zone de sortie où cette grenaille acquiert encore plus de vitesse, tandis que la veine d'air s'accélère et se détend en perdant de sa.pression.
L'invention,permet de réaliser une tuyère dans laquelle la grenaille de matière abrasive atteint de grandes vitesses bien que dans la section de sortie de cette tuyère la pression de la veine d'air entrai- nant cette matière se trouve réduite sensiblement à la valeur de la pression atmosphérique tout en produisant cependant encore un gain de vitesse dans la zone'de sortie.
Cette tuyère imprime une accélération de valeur maximum à la grenaille de matière abrasive du fait qu'elle possède une conformation telle que la pression d'air est réduite jusqu'à la valeur de la pression atmosphérique ou à peu près à sa sortie de la tuyère, ce qui évite la !- création hors de l'extrémité de la tuyère d'ondes de choc qui, dans les tuyères antérieurement construites, ont privé la grenaille d'une partie
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de son énergie et de sa force percutante.
Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de la tuyère perfectionnée telle que là prévoit l'in- vention.
La fige 1 est une vue en coupe longitudinale de cette tuyère.
Les figso 2, 3 et 4 sont trois vues en coupe transversale fai- tes respectivement par les lignes 2-2, 3-3 et 4-4 en fige 1.
Le corps de la tuyère peut, suivant sa réalisation préférée, être caractérisé par trois sections à profils différents, à savoir ,une sec- tion d'entrée A allongée et à faible conicité, une section médiane B sensi- blement rectiligne, et une section de sortie C allongée et présentant un léger évasement vers l'extérieuro Les expériences qui ont conduit à l'in- vention ont, en effet, permis de constater que pour obtenir le meilleur rendement la combinaison de ces trois sections A, B, et C conformées ainsi qu'il vient d'être dit s'imposeo Il convient cependant d'indiquer ici que la simple conjugaison des sections A et Ç donne déjà un meilleur résultat que toute tuyère de projection de ce genre construite jusqu'à présent.
On sait que la tuyère de .ce genre la,plus communément construite et utilisée jusqu'à présent comporte une section d'entrée conique et une section rectiligne allongée.
Le principe de la présente invention consiste à combiner les sections et les profils qui sont décrits ci-après. On décrira tout d'abord la caractéristique générale de chaque section. On sait depuis longtemps que l'air a un comportement différent s'il charrie une grenaille et s'il n'en.charie pas et qu'une tuyère possédant un bon rendement pour un usagea, au contraire, un mauvais rendement pour un autre usage.
SECTION D'ENTREE A.
La fonction qu'on est fondé à assigner à cette section d'entrée A est de conduire la veine d'air (et la grenaille de matière abrasive charriée par elle) depuis le tuyau souple 10 jusque dans la section médiane rectiligne B dans des conditions telles que la vitesse qui anime cette veine d'air et de grenaille entraînée augmente et que toute formation de tourbillons générateurs de perturbations soit évitée, les particules de la grenaille se rapprochant radialement et s'écartant axialement.
Des essais effectués à l'aide de tuyères pourvues de fenêtres d'inspection ont révélé qu'à moins que cette précaution ne soit prise, la grenaille de matière abrasive se rassemble et tend à boucher ou obstruer l'embouchure d'entrée de la tuyère et en tous cas à entraver la progression du mélange de matière abrasive et'd'air. Ce rassemblement engendre un frottement et un échauffement puisqu'une eertaine quantité d'énergie est puisée à la matière abrasive, de sorte que celle-ci se trouve à un état tel qu'il faut lui imprimer une nouvelle accélération pour lui permettre d'exécuter le travail utile qu'on attend d'elle.
Ces divers inconvénients sont évités grâce à la présente tuyère en donnant à la section d'entrée A qui s'étend depuis l'extrémité du tuyau souple 10 à l'endroit désigné par 11 jusqu'à sa jonction avec la section rectiligne B à l'endroit marqué 12 une forme d'S allongé à profil ogivé 13. Ce profil 13 s'amorce, de préférence, au point indiqué en Il où sa direction est parallèle et tangente à la paroi interne 14 du tuyau souple 10. La conicité se transforme ensuite graduellement (vers l'intérieur) en un profil 15 en forme d'S allongé, les extrémités en 12 étant tangentes et parallèles à la paroi 16 de la section rectiligne B. Le diamètre de l'alésage de la tuyère en 11 est égal à 17 mmo environ pour un tuyau adducteur ayant, lui aussi, un calibre de 17 mm.; il est égal en 12 à 8 mm. environ.
Grâce au profil 13 à profil doux et rallongé prévu entre les endroits 11 et sur la section d'entrée et au parallélisme de tangence ménagé en 11, la grenaille de matière abrasive s'échappe hors du tuyau 10
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sans subir de perturbaticr. La vitesse de la veine d'air augmente au fur et à mesure qu'elle progresse à travers la section d'entrée conique A à paroi dirigée vers l'intérieur, ce qui représente une telle augmentation graduelle de la vitesse qu'il ne se produit pas de tourbillons capables de gêner l'écoulement de l'air et de nuire à sa vitesse ou de provoquer un rassemblement des particules de la matière abrasive ou un engorgement de la section d'entrée de la tuyère par cette matière.
Des mesures effectuées sur une tuyère de 8 mm. montée sur un tuyau adducteur ayant lui-même un calibre de 17 mm. révèlent que la vitesse de la veine d'air qui parcourt le tuyau est de l'ordre de 240 à 300 km/heure (0,2 à 0,3 de la vitesse de propagation du son) tandis que, dans la section rectiligne B, on estime que la vitesse qui anime la veine d'air atteint la vitesse de propagation du son (1260 km/heure environ).
La longueur qu'il convient de donner de préférence à la section d'entrée A pour une tuyère ayant un calibre de 8 mm. est de 64 mm. Si l'on diminue cette longueur au-dessous de cette valeur ou si, au contraire, on l'augmente, il y a lieu de veiller tout spécialement à ce que le profil ne produise pas de tourbillons d'air le long des parois. En effet, des tourbillons dérangent l'écoulement de la grenaille et en provoquent le rassemblement, autrement dit l'accumulation, ce qui se traduit par une perte majeure de rendement.
Si l'on veut modifier la longueur de cette section d'entrée, il convient de pourvoir la tuyère de fenêtres d'inspection. permettant de photographier et d'étudier le déroulement de son fonctionnemento
Le point important au sujet de la section d'entrée A c'est que sa paroi ;constitue à l'endroit désigné par 11 le prolongement axial de la paroi du tuyau adducteur ou de l'accouplement 14 selon le même diamètre, ensuite que sa paroi 15 comprend une courbe allongée en S formant un profil curviligne doux délimitant un alésage à section graduellement décroissante dont l'extrémité 12 est sensiblement parallèle à l'axe de l'alésage et aligné par rapport à l'alésage 16 de la section médianeo
SECTION MEDIANE B.
Une des fonctions qu'on est fondé à assigner à cette section de la tuyère est de constituer une zone dans laquelle la matière abrasive est soumise pendant un temps suffisamment long à la grande vitesse qui anime la veine d'air,- afin que la matière abrasive acquière elle aussi de la vitesse.
Une autre fonction que joue cette section médiane B est d'assurer à la tuyère une durée effective plus longue.
L'alésage 16 de la section rectiligne B est, de préférence, sensiblement constanto La longueur à donner de préférence à l'alésage 16 est,pour une tuyère ayant un calibre de 8 mm., égale à environ 17 mm.
Des essais ont été effectués avec une tuyère ayant un camibre de 8 mm. et dont les longueurs de l'alésage de la section B varient de 0 à 38 mm.
Le résultat obtenu c'est que les rendements de la tuyère augmentent quand la longueur de l'alésage passe de 0 à 17 mmo mais qu'il n'y a pas d'amélioration du rendement au delà de cette longueur (17 mm.). Un alésage mesurant cette longueur semble remplir la condition imposée à la matière abrasive pour qu'elle atteigne sa vitesse maximum. La vitesse de l'air dans cette section médiane atteint la vitesse de propagation du son (1260 km/heure environ). Si le fonctionnement se déroule sous une pression approximative de 6 kg, 4/cm2- représentant la pression d'air à l'entrée du tuyau adducteur 10, la pression d'air dans l'alésage 16 est égale à la moitié environ de la pression d'entrée.
SECTION DE SORTIE C
La fonction apparente de cette section Ç de la tuyère dans la combinaison en question est d'imprimer une vitesse supplémentaire aux particules de la grenaille de matière abrasive ou équivalente au fur et à mesure que la vitesse de la veine d'air augmente tout en réduisant la pres-
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sion de l'air sensiblement à la valeur de la pression atmosphérique au mo- ment où elle atteint l'embouchure de sortie. L'avantage de ce qui vient d'être dit c'est que l'air s'échappe dans l'atmosphère environnante à des pressions sensiblement semblables, de sorte qu'il ne se produit pas d'ondes de choc de force suffisante pour déranger l'écoulement de la grenaille de matière abrasive.
Ceci assure un libre écoulement de la grenaille qui con- serve ainsi la totalité de son énergie et peut ainsi agir avec l'efficacité optimum sur la surface soumise au jet.
Un des avantages de la section C dans la tuyère à profilage composite qui est décrite ici c'est qu'après que la veine d'air jaillit hors de la section médiane B à peu près à la vitesse de propagation du son, son passage à travers la section C cause apparemment une détente de la veine d'air jusqu'à une vitesse supérieure à celle de propagation du sono
La section Ç de la tuyère comprend un alésage qui s'amorce à l'endroit indiqué par 17 et qui se continue par une partie 18 sensiblement parallèle et tangente placée à l'extrémité de la section médiane B, après quoi l'alésage augmente de grosseur pour former une paroi 19 à courbure évasée graduelle douce jusqu'au voisinage de l'extrémité 20 où elle est sensiblement cylindrique sur une courte distance vers l'intérieur à partir de son extrémité.
Cette forme donne à la veine d'air et à la grenaille de matière abrasive une paroi à contour lisse, de sorte que la détente de la veine d'air (au moment où elle perd une fraction de sa pression de 3 kg, 2/cm2 environ à 1 kg/cm2 environ à 1'extrémité 20) ne-)produit pas de perturbation et de tourbillons qui risque de déplacer ou d'accumuler les particules de la grenaille.
Dans l'hypothèse déjà envisagée d'une tuyère ayant un calibre égale à 8 mm., le diamètre à donner de préférence à l'alésage de l'embouchure de sortie 20 est d'environ 10 mm. Des essais effectués avec des tuyères ayant effectivement un calibre de 8 mmo et dont le diamètre de l'embouchure de sortie 20 est supérieur à 10 mm. ont révélé qu'on éprouve une perte de rendement.
Le rendement optimum a été obtenu en donnant à la longueur de la section de sortie Ç depuis l'endroit marqué 17 jusqu'à l'endroit marqué 20 une valeur égale à 56 mm. environ. On ne peut l'écourter que dans la mesure où ce raccourcissement ne provoque pas de tourbillons ou de perturbations au sein de la veine d'airo
Le numéro de référence 21 désigne un chemisage ou garnissage constitué par un métal dur et résistant à l'usure revêtant la paroi de l'alésage.
AUTRES DIMENSIONS A DONNER A LA TUYERE.
Le tableau suivant indique les dimensions à donner à une tuyère ayant un calibre de 8 mm. comme indiqué ci-avant :
EMI5.1
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> Diamètre <SEP> Diamètre <SEP> Longueur <SEP> Longueur <SEP> Longueur <SEP> Longueur
<tb> de <SEP> la <SEP> de <SEP> de <SEP> la <SEP> de <SEP> la <SEP> de <SEP> la <SEP> de <SEP> la <SEP> totale
<tb> tuyère <SEP> l'entrée <SEP> sortie <SEP> sect.A <SEP> sect.B <SEP> sect.G
<tb> 8 <SEP> mm. <SEP> 17 <SEP> mmo <SEP> 10 <SEP> mm. <SEP> 63 <SEP> mmo <SEP> 17 <SEP> mmo <SEP> 56 <SEP> mmo <SEP> 140 <SEP> mm.
<tb>
Pour les dimensions supérieures ou inférieures à 8 mm. à donner à la tuyère et en demeurant bien entendu dans une gamme de valeurs raisonnablesles dimensions appropriées peuvent cêtre calculées en échelonnant les valeurs de bas en haut en fonction du calibre qu'on veut donner à la gorge de la tuyère.
Une règle importante à suivre pour déterminer le diamètre de l'entrée consiste à le calculer d'après le diamètre du tuyau adducteur auquel elle est appelée à être accoupléeo
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La suite du présent texte constitue une méthode pratique et commode qu'on peut utiliser pour calculer les dimensions d'une tuyère de projection d'une grenaille de matière abrasive avec le rendement élevé et selon les caractéristiques de fonctionnement nouvelles que prévoit l'invention4 Dans une pareille tuyère, la longueur de la section médiane B représente environ deux fois le diamètre de la gorge. La valeur du diamètre d'entrée de la section A représente à peu près deux fois le diamètre de la gorge mais ne doit pas, en tout état de cause, être choisie en concordance avec le diamètre du tuyau adducteur 10.
Quant aux dimensions du diamètre de sortie de la section 1 elles représentent environ les quatre tiers du diamètre de la gorge, Enfin, la longueur de la section d'entrée A représente environ huit fois le diamètre de la gorge, et la longueur de la section de sortie Ç environ sept fois le diamètre de la gorge.
Les dimensions qui viennent d'être indiquées ne sont évidemment pas limitatives des possibilités de réalisation de la tuyère, objet de l'inventiono Il est bien évident, en effet, que de faibles différences peuvent donner lieu cependant à un plein rendement et que de toute façon les résultats obtenus sont meilleurs qu'avec les tuyères conformes à la technique antérieure pour autant que les principes qui sont à la base de l'invention soient appliqués ici.
Il est difficile de donner ici une raison exacte du phénomène indiqué qui donne à la tuyère constituée comme il a été dit un pareil rendement élevé. Mais autant qu'on a pu le déterminer, les facteurs à considérer sont, en les prenant dans l'ordre, les suivants -.-
1 - Que le diamètre de la tuyère à son extrémité d'entrée soit sensiblement le même que celui du tuyau adducteur, afin que la grenaille contenue en suspension dans la veine d'air qui l'entraîne et cette veine d'air elle-même ne subissent pas de perturbation au moment où elles franchissent le raccord.
2 Que l'alésage d'entrée aille en diminuant graduellement vers l'intérieur grâce à une longue courbe en S sans rebroussements qui s'épanouit pour former une section rectiligne à l'endroit où elle pénètre dans la région de diamètre minimum de l'alésage, de telle sorte que la veine d'air subisse une accélération sans provoquer de tourbillons le long de la paroi de l'alésage d'entrée et aussi que les particules de la grenaille se meuvent graduellement vers l'intérieur et radialement en mepme temps que la veine d'air tout en s'écartant axialement à mesure que la veine d'air prend de la vitesse.
3 Que l'alésage rectiligne de la section médiane soit assez long pour que 1'effet d'accélération maximum puisse être imprimé à l'air et à la grenaille en amenant la veine d'air à une vitesse qu'on estime sensiblement égale à celle de la propagation du son.
4 Que l'alésage de la section de sortie aille en diminuant graduellement de section vers l'extérieur grâce à une courbe en S à surface lisse jusqu'à un diamètre sûpérieur à celui de la section B, de telle sorte que la veine d'air puisse se détendre et subir une chute de pression jusqu'à une valeur sensiblement égale à celle de l'atmosphère au moment où elle arrive à l'embouchure de l'alésage de sortie en donnant ainsi plus de vites- à l'air ainsi qu'à la grenaille entraînée par elle et -- ce qui est appa- remment aussi important - sans créer'd'ondes de choc près de l'extrémité de la tuyère c'est-à-dire sans diminuer ou déranger l'efficacité de l'énergie totale avec laquelle la grenaille est projetée contre la surface à attaquero
5 - Que le mouvement de la grenaille dans la tuyère soit maintenu sans entrave de façon à ne
pas engendrer de tourbillons où de congestion et qu'ainsi la grenaille ne se trouve jamais au repos et ne nécessite jamais un apport d'énergie¯pour lui restituer sa force vive.
6 Que le contour des sections d'entrée et de sortie de la tuyère ait une forme telle que la grenaille conserve l'énergie qu'elle avait
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dans le tuyau adducteur et que cette énergie soit rapidement augmentée sans a-coups par une contraction et une accélération de la veine d'air jusqu'à la vitesse de propagation du son, après quoi une détente se produit ainsi qu'une nouvelle accélération de la veine d'air jusqu'à ce que'la pression soit tombée à la valeur de celle de l'atmosphère.
Un facteur important à ne pas perdre de vue est la répartition de la section droite par rapport à la longueur de la tuyère ainsi que le rapport mathématique entre la section de sa gorge et la section de son em- bouchure de sortie.
Il doit être entendu que si la tuyère représentée est circu- laire en section droite, il n'y a rien là de limitatif, Elle pourrait, en effet, être carrée ou oblongue ou partiellement d'une forme et partiellement d'une autre forme.
Un autre facteur important à ne pas oublier quand on passe d'une section droite ronde à une autre est de maintenir les profils dans la section d'entrée et dans la section de sortie assez doucement tracés pour qu'il ne se produise aucun tourbillon qui gênerait le gain appréciable de vitesse de la veine d'air et de la grenaille entraînée par elle comme cela est rendu possible par l'application des principes de l'invention.
Diverses variantes peuvent être apportées, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1.- Tuyère pour projeter une veine d'air contenant en suspen- sion des particules de matière abrasive solide ou analogue comprenant une section d'entrée à forme en S en profil longitudinal, le profil d'entrée étant tangent à la paroi interne du conduit adducteur adjacent auquel la tuyère est reliée, le profil de sortie étant tangent à la paroi de la section suivante de la tuyère, une section intermédiaire rectiligne formant cette section suivante de la tuyère, et une section de sortie à forme en S en profil longitudinal, la paroi de son extrémité d'entrée étant de forme sensiblement rectiligne et tangente à la paroi de ladite section intermédiaire, la paroi de son extrémité de sortie étant de forme longitudinale sensiblement rectiligne mais ayant une section droite plus petite que l'extrémité d'entrée de la tuyère,
toutes les sections de celle-ci ménageant une transition longitudinale continue et douce entre les surfaces desdites sections, de sorte que l'air et la grenaille franchissant lesdites sections d'entrée, rectiligne et de sortie prennent de la vitesse au cours de leur écoulement sans engendrer de tourbillons ou de ralentissement des particules de la grenaille.
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NOZZLE USED IN PARTICULAR FOR SPRAYING TRAINED ABRASIVE MATERIALS
BY A JET OF AIR.
This invention proposes to make improvements to the nozzles serving to project a stream of pressurized air containing in particular abrasive materials such as sand or a similar material in suspension.
We know that, in order to carry out this work, compressed air is used in this technique, so as to impart to the particles of abrasive material a certain force and to force them to come to attack, etch or bite the surface during treatment. ., It is also known that the stream of compressed air containing the fine abrasive material in suspension runs through a duct; generally a flexible pipe, provided at one end with a nozzle which directs the jet of compressed air and abrasive material against the surface subjected to the treatment.
The essential aim of the invention is to allow the production of a nozzle spraying an abrasive material or the like under the conditions which have just been recalled but which has a better yield, in other words a greater efficiency than the nozzles of this kind belonging to the prior art.
This result is achieved in principle, according to the invention, by giving the nozzle a shape such that the grit of abrasive material is never immobilized or slowed down during its progression, thus never losing the living force which animates it. and does not require a new impulse to act as it should, this new shape given to the nozzle acting in such a way that the air stream which passes through it, carrying with it the abrasive material shot, shoots out of this nozzle at speeds never reached before. The invention in fact makes it possible to cause the jet of compressed air and abrasive material to shoot out through the mouth of the nozzle at supersonic speeds.
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It has been proposed in the past to impart the maximum speed to the particles of abrasive material, but the devices imagined until now lacked efficiency. Various expedients have been tried to increase the efficiency of nozzles of this type depending on the extent of the area cleaned in a given period of time or during: The useful life of the nozzle. But during the last twenty-five years and more, hardly any appreciable progress has been made in this technique.
One of the expedients which have been tried but which then had to be abandoned was to increase the air pressure used to bring it to a value greater than 4.8 or 6.5 kg / cm2. However, this pressure increase given to the abrasive material grit driving medium did not produce a better performance than when working with pressures within the range of the lower values mentioned.
The present invention, on the other hand, is based on the discovery of a special arrangement whereby it is now possible to grit abrasive material at higher speeds than heretofore, thereby giving rise to greater efficiency and better results. overall satisfactory.
The discovery just mentioned is that by constituting the projection nozzle of the abrasive material shot with the aid of several sections, each of which has a certain contour and a certain length relative to the other parts of the By boring the nozzle, the jet efficiency can be increased by 25 to 50%. The research which led to the invention has shown that by using a nozzle arranged as has just been said, the abrasive material entrained by the air stream does not undergo any loss of energy and springs out of the nozzle at a higher speed than was possible with the nozzles hitherto employed.
Thus the aims of the invention are to allow the production of a nozzle whose bore has a conformation such as. air stream runs there without causing vortices or transverse shock waves which would deprive the particles of the abrasive material of part of their energy and which would force them to give them a new acceleration, the shape of this nozzle being such that the particles of the entrained abrasive material retain the energy which has been accumulated therein as they pass from the adductor pipe to the nozzle and even acquire a greater speed when passing through the nozzle,
the air stream carrying the abrasive material leaving the adductor pipe to enter the inlet zone of the nozzle which is delimited practically by a continuous parallel wall, then by an elongated smooth contracted peripheral wall ensuring sweeping, so that the air and the abrasive material undergo an acceleration without brutality and so that no vortex occurs in the air stream which would disturb the particles of the abrasive material when they move radially all close to each other but by deviating further in the axial direction before entering the rectilinear middle zone where the particles of this abrasive material acquire an additional speed,
after which the air and the abrasive material shot carried by it travel through the smooth elongated part with gradually increasing section of the bore comprising the exit zone where this shot acquires even more speed, while the air stream accelerates and relaxes by losing pressure.
The invention makes it possible to produce a nozzle in which the abrasive material shot reaches high speeds although in the outlet section of this nozzle the pressure of the air stream carrying this material is reduced substantially to the value. atmospheric pressure while still producing a speed gain in the outlet area.
This nozzle imparts a maximum value acceleration to the abrasive material shot due to the fact that it has a conformation such that the air pressure is reduced to the value of atmospheric pressure or approximately at its exit from the nozzle. , which avoids the creation outside the end of the nozzle of shock waves which, in the nozzles previously constructed, deprived the shot of a part
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of its energy and its impactful force.
The accompanying schematic drawing shows, by way of example, an embodiment of the improved nozzle as provided for in the invention.
Fig 1 is a longitudinal sectional view of this nozzle.
Figures 2, 3 and 4 are three cross-sectional views taken respectively by lines 2-2, 3-3 and 4-4 in fig 1.
The body of the nozzle may, according to its preferred embodiment, be characterized by three sections with different profiles, namely, an elongated inlet section A with low taper, a substantially rectilinear middle section B, and a section outlet C elongated and having a slight flaring towards the outside o The experiments which led to the invention have in fact made it possible to observe that in order to obtain the best efficiency the combination of these three sections A, B, and C conformed as it has just been said is imposed. It should however be indicated here that the simple conjugation of the sections A and Ç already gives a better result than any projection nozzle of this kind built up to now.
It is known that the nozzle of this kind, more commonly constructed and used heretofore, has a conical inlet section and an elongated rectilinear section.
The principle of the present invention consists in combining the sections and the profiles which are described below. We will first describe the general characteristic of each section. It has been known for a long time that the air has a different behavior if it carries a shot and if it does not and that a nozzle having a good performance for one use, on the contrary, a poor performance for another. use.
INPUT SECTION A.
The function that we are justified in assigning to this inlet section A is to conduct the air stream (and the abrasive material shot carried by it) from the flexible pipe 10 into the rectilinear middle section B under conditions such that the speed which drives this stream of air and entrained shot increases and that any formation of vortices which generate disturbances is avoided, the particles of the shot approaching radially and moving apart axially.
Tests carried out using nozzles with inspection windows have shown that unless this precaution is taken, the abrasive material grit collects and tends to plug or obstruct the inlet of the nozzle. and in any case to impede the progress of the mixture of abrasive material and air. This gathering generates friction and heating since a certain amount of energy is drawn from the abrasive material, so that the latter is in a state such that it is necessary to give it a new acceleration to allow it to perform the useful work expected of her.
These various drawbacks are avoided with the present nozzle by giving the inlet section A which extends from the end of the flexible pipe 10 at the place designated by 11 to its junction with the rectilinear section B to the 'marked place 12 an elongated S-shape with an ogival profile 13. This profile 13 preferably begins at the point indicated at II where its direction is parallel and tangent to the internal wall 14 of the flexible pipe 10. The taper then changes gradually (inward) into an elongated S-shaped profile 15, the ends at 12 being tangent and parallel to the wall 16 of the rectilinear section B. The diameter of the bore of the nozzle at 11 is equal to 17 mmo approximately for an adductor pipe also having a caliber of 17 mm .; it is equal in 12 to 8 mm. about.
Thanks to the profile 13 with a soft and extended profile provided between the locations 11 and on the inlet section and the parallelism of tangency provided at 11, the abrasive material shot escapes out of the pipe 10
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without being disturbed. The velocity of the air stream increases as it progresses through the inward-facing tapered inlet section A, which represents such a gradual increase in velocity that it does not occur. does not produce vortices capable of obstructing the flow of air and impairing its speed or causing the particles of the abrasive material to collect or to clog the inlet section of the nozzle with this material.
Measurements carried out on an 8 mm nozzle. mounted on an adductor pipe itself having a caliber of 17 mm. reveal that the speed of the air stream which passes through the pipe is of the order of 240 to 300 km / hour (0.2 to 0.3 of the speed of sound propagation) while, in the rectilinear section B , it is estimated that the speed which drives the air stream reaches the speed of sound propagation (approximately 1260 km / hour).
The length which should preferably be given to the inlet section A for a nozzle having a caliber of 8 mm. is 64 mm. If this length is reduced below this value or if, on the contrary, it is increased, special care must be taken to ensure that the profile does not produce air vortices along the walls. In fact, vortices disturb the flow of the shot and cause it to collect, in other words accumulation, which results in a major loss of yield.
If the length of this inlet section is to be changed, the nozzle should be fitted with inspection windows. allowing to photograph and study the course of its operation
The important point about the inlet section A is that its wall; constitutes at the place designated by 11 the axial extension of the wall of the adductor pipe or of the coupling 14 with the same diameter, then that its wall 15 comprises an elongated S-shaped curve forming a gentle curvilinear profile delimiting a bore of gradually decreasing section, the end of which 12 is substantially parallel to the axis of the bore and aligned with respect to the bore 16 of the middle section.
MIDDLE SECTION B.
One of the functions that we are justified in assigning to this section of the nozzle is to constitute a zone in which the abrasive material is subjected for a sufficiently long time to the high speed which animates the air stream, - so that the material abrasive also acquires speed.
Another function played by this middle section B is to ensure that the nozzle has a longer effective life.
The bore 16 of the rectilinear section B is preferably substantially constant. The length to be given preferably to the bore 16 is, for a nozzle having a caliber of 8 mm., Equal to approximately 17 mm.
Tests were carried out with a nozzle having a camiber of 8 mm. and whose bore lengths of section B vary from 0 to 38 mm.
The result is that the efficiency of the nozzle increases when the length of the bore goes from 0 to 17 mmo but that there is no improvement in efficiency beyond this length (17 mm.) . A bore measuring this length appears to fulfill the condition imposed on the abrasive material to reach its maximum speed. The air speed in this middle section reaches the speed of sound propagation (approximately 1260 km / hour). If the operation takes place under an approximate pressure of 6 kg, 4 / cm2- representing the air pressure at the inlet of the adductor pipe 10, the air pressure in the bore 16 is equal to approximately half of the inlet pressure.
OUTPUT SECTION C
The apparent function of this section la of the nozzle in the suit in question is to impart additional velocity to the grit particles of abrasive material or the like as the velocity of the air stream increases while reducing. the pres-
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air pressure substantially to the value of atmospheric pressure when it reaches the outlet mouth. The advantage of what has just been said is that the air escapes into the surrounding atmosphere at substantially similar pressures, so that shock waves of sufficient strength do not occur. disturb the flow of abrasive material shot.
This ensures a free flow of the shot which thus retains all of its energy and can thus act with optimum efficiency on the surface subjected to the jet.
One of the advantages of section C in the composite profiling nozzle which is described here is that after the air stream spurts out of mid section B at about the speed of sound propagation, its passage through through section C apparently causes an expansion of the air stream to a speed greater than the propagation of the sound system
The section Ç of the nozzle comprises a bore which begins at the location indicated by 17 and which continues with a substantially parallel and tangent part 18 placed at the end of the middle section B, after which the bore increases by thickness to form a wall 19 of gentle gradual flare curvature to the vicinity of end 20 where it is substantially cylindrical a short distance inward from its end.
This shape gives the air stream and the abrasive material shot a wall with a smooth contour, so that the relaxation of the air stream (when it loses a fraction of its pressure of 3 kg, 2 / approx. cm2 to approx. 1 kg / cm2 at the end 20) does not) produce disturbance and vortices which may displace or accumulate the particles of the shot.
In the hypothesis already envisaged of a nozzle having a caliber equal to 8 mm., The diameter to be given preferably to the bore of the outlet mouth 20 is approximately 10 mm. Tests carried out with nozzles effectively having a caliber of 8 mmo and of which the diameter of the outlet mouth 20 is greater than 10 mm. revealed that you experience a loss of performance.
The optimum efficiency has been obtained by making the length of the outlet section from the marked location 17 to the marked location 20 equal to 56 mm. about. It can only be shortened to the extent that this shortening does not cause vortices or disturbances within the air stream.
Reference numeral 21 denotes a hard metal, wear resistant liner or liner coating the bore wall.
OTHER DIMENSIONS TO BE GIVEN TO THE PIPE.
The following table indicates the dimensions to be given to a nozzle with a caliber of 8 mm. as indicated above:
EMI5.1
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> Diameter <SEP> Diameter <SEP> Length <SEP> Length <SEP> Length <SEP> Length
<tb> of <SEP> the <SEP> of <SEP> of <SEP> the <SEP> of <SEP> the <SEP> of <SEP> the <SEP> of <SEP> the total <SEP>
<tb> nozzle <SEP> inlet <SEP> outlet <SEP> sect.A <SEP> sect.B <SEP> sect.G
<tb> 8 <SEP> mm. <SEP> 17 <SEP> mmo <SEP> 10 <SEP> mm. <SEP> 63 <SEP> mmo <SEP> 17 <SEP> mmo <SEP> 56 <SEP> mmo <SEP> 140 <SEP> mm.
<tb>
For dimensions greater or less than 8 mm. to give to the nozzle and while remaining of course within a range of reasonable values, the appropriate dimensions can be calculated by scaling the values from bottom to top according to the size that we want to give to the throat of the nozzle.
An important rule to follow in determining the diameter of the inlet is to calculate it from the diameter of the adductor pipe to which it is intended to be coupled.
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The remainder of this text constitutes a practical and convenient method that can be used to calculate the dimensions of a nozzle for spraying a shot of abrasive material with the high efficiency and according to the new operating characteristics provided for by the invention. such a nozzle, the length of the middle section B represents approximately twice the diameter of the throat. The value of the inlet diameter of section A represents approximately twice the diameter of the groove but should not, in any case, be chosen in accordance with the diameter of the adductor pipe 10.
As for the dimensions of the outlet diameter of section 1, they represent approximately four thirds of the diameter of the groove, Finally, the length of the inlet section A represents approximately eight times the diameter of the groove, and the length of the section outlet Ç about seven times the diameter of the throat.
The dimensions which have just been indicated are obviously not limitative of the possibilities of producing the nozzle, object of the invention. It is quite obvious, in fact, that small differences can give rise, however, to full efficiency and that any In this way, the results obtained are better than with nozzles in accordance with the prior art, provided that the principles which are the basis of the invention are applied here.
It is difficult to give here an exact reason for the phenomenon indicated which gives the nozzle formed as has been said to such high efficiency. But as far as we have been able to determine, the factors to be considered are, taking them in order, the following --.-
1 - That the diameter of the nozzle at its inlet end is substantially the same as that of the adductor pipe, so that the shot contained in suspension in the air stream which carries it and this air stream itself do not experience any disturbance as they pass through the fitting.
2 That the inlet bore gradually tapers inward through a long, non-kinked S-curve which opens out to form a straight section where it enters the region of minimum diameter of the bore, so that the air stream is accelerated without causing vortices along the wall of the inlet bore and also that the particles of the shot gradually move inward and radially at the same time as the air stream while moving away axially as the air stream gains speed.
3 That the rectilinear bore of the middle section be long enough so that the maximum acceleration effect can be imparted to the air and the shot by bringing the air stream to a speed which is estimated to be substantially equal to that of sound propagation.
4 That the bore of the outlet section gradually decreases in section outward through a smooth-surface S-curve to a diameter greater than that of section B, so that the vein of air can relax and undergo a pressure drop to a value substantially equal to that of the atmosphere when it arrives at the mouth of the outlet bore thus giving more speed to the air as well than with the shot driven by it and - which is apparently also important - without creating shock waves near the end of the nozzle, that is to say without reducing or disturbing the efficiency of the total energy with which the shot is thrown against the surface to be attacked
5 - That the movement of the shot in the nozzle be maintained unhindered so as not to
not generate vortices or congestion and thus the shot is never at rest and never requires a supply of energy to restore its vital force.
6 That the contour of the inlet and outlet sections of the nozzle have a shape such that the shot retains the energy it had
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into the adductor pipe and that this energy is rapidly increased smoothly by contraction and acceleration of the air stream to the speed of sound propagation, after which a relaxation occurs as well as a further acceleration of the air stream until the pressure has dropped to the value of the atmosphere.
An important factor to keep in mind is the distribution of the cross section with respect to the length of the nozzle as well as the mathematical relationship between the section of its groove and the section of its outlet mouth.
It should be understood that if the nozzle shown is circular in cross section, there is nothing limiting there. It could, in fact, be square or oblong or partially of one shape and partially of another shape. .
Another important factor to keep in mind when going from one round straight section to another is to keep the profiles in the inlet section and in the outlet section smoothly enough traced so that no vortex occurs that occurs. would interfere with the appreciable gain in speed of the air stream and of the shot driven by it, as is made possible by the application of the principles of the invention.
Various variants can be made, without departing from the invention, in the field of technical equivalences.
CLAIMS.
1.- Nozzle for projecting an air stream containing in suspension particles of solid abrasive material or the like comprising an S-shaped inlet section in longitudinal profile, the inlet profile being tangent to the internal wall of the adjacent adductor duct to which the nozzle is connected, the outlet profile being tangent to the wall of the next section of the nozzle, a straight intermediate section forming this next section of the nozzle, and an S-shaped outlet section in longitudinal profile , the wall of its inlet end being of substantially rectilinear shape and tangent to the wall of said intermediate section, the wall of its outlet end being of substantially rectilinear longitudinal shape but having a smaller cross section than the end of inlet of the nozzle,
all sections thereof providing a continuous and smooth longitudinal transition between the surfaces of said sections, so that the air and shot passing through said inlet, straight and outlet sections gain speed during their flow without generate vortices or slowing down particles in the shot.