<Desc/Clms Page number 1>
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.
<Desc/Clms Page number 2>
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
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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-
<Desc/Clms Page number 5>
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
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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.