NL194785C

NL194785C - Turbine voor een korrelstraalmachine.

Info

Publication number: NL194785C
Application number: NL9400462A
Authority: NL
Inventors: Leon Rutten
Original assignee: Leon Rutten
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 2003-03-04
Also published as: FR2702983A1; NL194785B; GB2276341A; GB2276341B; GB9405733D0; DE4409690B4; BE1006808A6; DE4409690A1; FR2702983B1; NL9400462A

Description

1 194785

Turbine voor een korrelstraalmachine

De uitvinding heeft betrekking op een turbine voor een korrelstraalmachine, waarbij deze turbine een aantal schoepbladen of schepborden omvat, die rond een hartlijn roterend aandrijfbaar zijn en waarbij elke schoep 5 voorzien is van een aangrijpvlak voor te werpen korrels, dat zich uitstrekt tussen een eerste uiteinde dat grenst aan de hartlijn voor het initieel aangrijpen van de te werpen korrels, en een tweede uiteinde dat van de hartlijn verwijderd is voor het uitwerpen van de korrels, waarbij de eerste uiteinden op een afstand van de hartlijn gesitueerd zijn die kleiner is dan de afstand die het tweede uiteinde van de hartlijn scheidt, waarbij ieder aangrijpvlak tussen zijn eerste en tweede uiteinde een concaaf profiel met cirkelvormige 10 kromming bezit, waarbij de raaklijn aan het profiel in het eerste uiteinde een hoek α maakt met de raaklijn in het eerste uiteinde, aan een omwentelingscilinder rondom de hartlijn waarvan de straal overeenkomt met de afstand die het eerste uiteinde van het aangrijpvlak in kwestie scheidt van de hartlijn, terwijl de raaklijn aan het profiel in de nabijheid van het tweede uiteinde een hoek γ die kleiner is dan 60° maakt ten opzichte van een straal die zich uitstrekt tussen de hartlijn en het tweede uiteinde.

15 Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.872.624. Bij de hierin beschreven turbine is de hoek α gelijk aan 90° en ligt de hoek γ tussen 25° en 35°.

De bekende turbine heeft als nadeel dat de schoepbladen of schepborden met een tamelijk harde klap aangrijpen op de korrels die de verdeler verlaten, een klap die zelfs in staat is stalen korrels te breken, die bij hoge hardheden zeer kwetsbaar zijn.

20 Het is een doel van de uitvinding een turbine voor een korrelstraalmachine te verschaffen waarin ten minste dit nadeel is opgeheven, en geschikt om metalen deeltjes op de schoon te maken of ruw te maken oppervlakken te werpen.

Hiertoe wordt de turbine van de in de aanhef vermelde soort gekenmerkt doordat de hoek α kleiner is dan 45°. Hierdoor wordt een voortreffelijke aangrijping (zachte aangrijping) verzekerd van de korrels die de 25 verdeler verlaten. Hierdoor wordt vermeden dat de korrels bij het aangrijpen als gevolg van een harde klap breken.

Opgemerkt wordt dat uit het Duitse Offenlegungsschrift 3.935.801 een turbine voor een korrelstraalmachine bekend is met een aantal schoepbladen met elk een aangrijpvlak waarbij de hoek α 55°-70° is.

Het aangrijpvlak van deze bekende turbine heeft geen cirkelvormige kromming. Hier speelt het probleem 30 van het breken van de korrels in mindere mate, maar is dit nog wel aanwezig.

Bij voorkeur is de hoek α kleiner dan 15°. Hierdoor wordt de aangrijping van de korrels verder verbeterd en wordt het breken van de korrels verder tegengegaan.

De uitvinding zal hierna bij wijze van voorbeeld aan de hand van de tekening beschreven worden.

35 In de tekeningen: is figuur 1 een schematisch, gedeeltelijk weggebroken aanzicht van een gangbare turbine met rechte schepborden die een aangrijpen met initiële klap bewerkstelligen; toont figuur 2 een profiel van een werkzaam oppervlak van een schoepblad van een turbine volgens de uitvinding, waarbij het oppervlak concaaf is en correct aangrijpt; 40 is figuur 3 een aanzicht op grotere schaal van het werkzame oppervlak ter plaatse van de initiële aangrijping, is figuur 4 een aanzicht in doorsnede van een profiel van een andere uitvoeringsvorm van een schoepblad van een turbine volgens de uitvinding mei hoge uiiwerpsneiheid; zijn de figuren 5 en 6 respectievelijk een vooraanzicht van een turbine volgens de uitvinding met vier schepborden en een doorsnede volgens de lijn VI—VI van figuur 5, waarbij de schepborden aangebracht zijn 45 op het aandrijfzijvlak; zijn de figuren 7 en 8 respectievelijk een zijaanzicht en een achteraanzicht van een uitvoeringsvariant van het schepbord volgens de uitvinding, waarbij de schepborden demonteerbaar zijn en tussen twee zijplaten gehouden worden, waarvan de ene de aandrijfzijplaat is, en zijn de figuren 9 tot 11 respectievelijk een gedeeltelijk aanzicht in doorsnede van een turbine, een 50 doorsnede volgens de lijn X-X van figuur 9 en een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht.

Beschrijving van uitvoeringsvormen

Voor breekbare korrels, die gebruikt worden voor straaltoepassingen van moeilijke oppervlakken, zoals bijvoorbeeld walscilinders, is het belangrijk de werkzame korrels op zo zacht mogelijke wijze aan te grijpen, 55 zonder klap, teneinde de korrels te beschermen en het breken ervan te vermijden.

Zoals men in figuur 1 ziet hebben de rechte schoepbladen 100 of zelfs de heden ten dage gerealiseerde convexe schoepbladen de neiging de korrels bij het intreden stuk te slaan. Daarentegen verminderen de « 194785 2 concave oppervlakken 22 van het schoepblad 1, zoals deze schematisch weergegeven zijn in figuur 2, het effect van de klap sterk en staan zij aldus toe breuk van de korrels al bij het aangrijpen daarvan te vermijden.

Zoals men ziet in figuur 1 zijn de schepbladen 100 in rotatie gebracht (snelheid w) zodat de korrel 101 5 die de verdeler verlaat geleidelijk meegenomen wordt door de werking van de centrifugale kracht in de nabijheid van de vrije rand 102 van een schoepblad 100, waar de korrel 101 de turbine verlaat met een snelheid VRl een snelheid die resulteert uit de tangentiële snelheid V, en de radiale snelheid Vr.

Bij de uitgang van de verdeler bezit de korrel een geringe snelheid, waarvan de richting weergegeven is door de vector B van figuur 2. De vector A, loodrecht op de straal r, geeft de snelheid van het materiële 10 punt van de voet van het schepblad aan.

Figuur 3 toont, op vergrote wijze, de snelheidsvectoren A en B bij de straal rv

Een zachte aang rijping van de korrel is vereist voor kleine turbines, die zeer snel moeten draaien om een voldoende hoge resulterende uitwerpsnelheid te verkrijgen.

In tegenstelling tot hetgeen al uitgevoerd is, gaat het er niet om een oppervlak bij het begin van de 15 botsing parallel aan de snelheidsvector van de korrel bij de uitgang van de verdeler, vector B, te maken, maar om een aangrijpvlak te maken dat zo dicht mogelijk bij de richting tegenovergesteld aan de snelheidsvector op dit niveau van de diameter loopt.

Bepaalde constructeurs hebben de aangrijprand van het schepbord rakend aan de vector B geplaatst, hetgeen een fundamentele fout is voor een correcte aangrijping van de korrel. Men verkrijgt aldus het 20 gestippelde profiel 1000 (figuren 2 en 3), een profiel waarvan de initiële aangrijping van de korrels zeer slecht is. Dit profiel beperkt de aangrijping sterk, hetgeen een vermindering van het debiet dat deze turbine toelaat met zich meebrengt. In feite werpt dit type profiel een gedeelte van de korrels terug naar het midden, aldus zijn aangrijping verhinderend.

Het is dus nodig dat de raaklijn aan het oppervlak van de initiële aangrijprand zo nabij mogelijk bij de 25 hoek van de richting van vector B is, hetgeen de snelheidsvector van de korrel bij de uitgang van de verdeler is.

Het is duidelijk niet mogelijk de aangrijprand van het schepbord in het verlengde van de vector B (of A, trouwens) te plaatsen, aangezien de aangrijprand een dikte heeft die verhindert dat deze richtingen samenvallen. Dit gezegd zijnde, is het van voordeel dat de aangrijprand zo dicht mogelijk bij deze richting 30 is, rekening houdend met de dikte.

Zoals men ziet in figuur 2 is de turbine volgens de uitvinding in een lichaam 20 geplaatst die het toestaat de korrels door de leiding 200 uit te werpen. Deze turbine omvat een aantal schoepbladen 1 (waarvan er twee zijn weergegeven) die in rotatie gebracht zijn (pijl w) rond een hartlijn 21. De schoepbladen bezitten een aangrijpvlak 22 voor de te werpen korrels 101, een oppervlak 22 dat zich uitstrekt tussen een uiteinde 35 of rand 23 aangrenzend aan de hartlijn 21 (rand 23 of uiteinde voor de initiële aangrijping van de te werpen korrels) en een uiteinde of rand 24 die verwijderd is van de hartlijn 21 (rand voor het uitwerpen van de korrel). De rand 23 is op een afstand rn van de hartlijn 21 geplaatst, waarbij de afstand r1 kleiner is dan de afstand r2 die de rand 24 van de hartlijn 21 scheidt.

Het aangrijpvlak bezit tussen zijn randen 23, 24 een concaaf en cirkelvormig profiel (straal R).

40 De raaklijn t23 aan het schoepprofiel vormt een hoek α met de raaklijn t aan een omwentelingscilinder rond de hartlijn 21 waarvan de straal rn is, waarbij de raaklijn t in de nabijheid van de rand 23 is. Deze hoek α is op voordelige wijze kleiner dan 45°, hetgeen aldus een voortreffelijke aangrijping (zachte aangrijping) verzekert. De aangrijping zal overigens beter worden als de hoek α de nul graden (bijvoorbeeld kleiner dan 15°) benadert.

45 De raaklijn t^ van het profiel in de nabijheid van de rand 24 vormt een hoek γ ten opzichte van een straal T die zich uitstrekt tussen de hartlijn 21 en de rand 24. Deze hoek is genomen tussen 0 en 60°.

Het profiel van het schepbord of van het schoepblad is volgens de uitvinding ontworpen om de korrel met een zo hoog mogelijke resulterende snelheid uit te werpen, bij een bepaalde rotatiesnelheid, die bij voorkeur zo gering mogelijk is.

50 Met andere woorden, opdat de resulterende snelheid VH (figuur 4) maximaal is voor een vaste tangentiële snelheid V, (dus vaste w aangezien V, = w.r2, met w in rad/sec), is de hoek γ (de hoek γ die de uitwerprand 24 maakt ten opzichte van een straal T die door de top van deze rand gaat) genornen tussen 0° en 60°, en dit als functie van het gebruikte type korrel.

De hoek γ is vastgelegd door de te verkrijgen snelheid als functie van de rotatiesnelheid van de 55 schepborden 1 (N omwentelingen/minuut), maar ook als functie van de mate van slijtage die toelaatbaar is voor de schepborden. Het is duidelijk dat sterke hoeken γ veel te hoge slijtage kunnen veroorzaken, hetgeen het gebruik van schepborden met zeer hoge hardheid vereist.

Claims

3 194785 De relatieve snelheid Vr gecombineerd met de snelheid V, geeft de resulterende snelheid VR. Wanneer de hoek γ toeneemt vermindert de relatieve snelheid Vr, maar de samenstelling van de twee snelheden kan een resulterende snelheid VR geven die hoger is, bij gelijke rotatiesnelheid (N omwentelingen/minuut). Als functie van de geworpen korrels varieert deze optimale hoek van 0° tot 60°. Onder of boven deze waarde 5 geeft de samenstelling van de twee snelheden V, en Vr een geringere resulterende snelheid bij gelijke rotatiesnelheid N. Het profiel van dit schepbord heeft een cirkelvormige kromming; de straal ervan is gekozen als functie van de afmetingen r1 en r2 van de turbine om bij de gewenste hoek γ uit te komen. Het kiezen van een cirkelvormig profiel dat resulteert in een betere verhouding is onontbeerlijk voor speciale toepassingen 10 van het stralen van oppervlakken. Immers, voor een kleine turbine is de snelheidswinst VH voor een gegeven rotatiesnelheid belangrijk. Voor de bekende turbines moet immers met zeer hoge snelheden (+ 20%) geroteerd worden om hetzelfde resultaat te bereiken. Insgelijks is, bij het het stralen van oppervlakken van walscilinders, de tendens de hardheid van de cilindervlakken te verhogen om de slijtage beter te weerstaan. Dientengevolge wordt het het stralen van 15 oppervlakken van de cilinders steeds moeilijker, ja zelfs onmogelijk. Er is opgemerkt dat de oplossing bestaat uit het sneller draaien om een hogere snelheid te verkrijgen, met het risico dat de korrels bij het intreden breken, tijdens de initiële aangrijping. Daarenboven brengt de verhoging van de snelheid een toename van de onbalanskrachten met zich mee die evenredig is met het kwadraat van de rotatiesnelheid. 20 De uitvinding staat het aldus toe deze nadelen te vermijden aangezien zij grotere snelheden VR toestaat voor geringere rotatiesnelheden. Het ontwerp van de turbine volgens de uitvinding heeft het toegestaan miniatuurmachines met turbine voor het stralen van oppervlakken te ontwikkelen, die met de hand manoeuvreerbaar zijn. Het rendement van dit type turbines staat het dus toe draagbare machines met turbine voor het stralen van oppervlakken te 25 ontwerpen, maar ook turbines voor het stralen van oppervlakken te ontwerpen die zeer hoge werpsnelheden nodig hebben, zoals degene die gebruikt worden in straalinrichtingen van walscilinders. Deze turbines kunnen eveneens gebruikt worden bij het stralen van oppervlakken voor het inbrengen van drukspanningen of "shot peening” (schietharden), waar hoge werpsnelheden vaak noodzakelijk zijn. De figuren 5 en 6 tonen een uitvoering van dit type turbine met vier schepborden 1, die voldoen aan de 30 aanbevolen uitvoeringscondities, voor een gekozen type hoekige korrel. De schepborden 1 van deze uitvoering maken integraal deel uit van de aandrijfzijkant 3 (figuren 5, 6). Deze zijkant 3 toont openingen die een doorgang vrijlaten voor bouten 25 voor zijn bevestiging op een aandrijfhartlijn 26. Een andere uitvoering van schepbord 1 volgens de uitvinding is die weergegeven in de figuren 7 en 8, 35 waar het gat 4 en de uitsnede 5 in de ribbe 6 dienen voor de bevestiging van het schepbord. Men ziet op het werkzame vlak 22 de initiële aangrijping 23. Een andere schepbordinrichting is weergegeven in de figuren 9 tot 11. Het werkvlak 22 is er in aangegeven. Dit schepbord is niet voorzien van een ribbe aan de rugzijde. De twee pennen 9 dienen voor de bevestiging van het schepbord in de twee zijkanten 3A, 3B die gedeeltelijk zijn weergegeven. 40 Voor het verhogen van de felheid van het werpen kan het voordelig zijn een kanaal 27 te maken, waarvan de breedte afneemt als functie van de toename van de straal r. Een andere oplossing is het maken van een kanaal, waarvan het profiel in transversale doorsnede enigszins gekromd is. Deze wijze van het ontwerpen van het schepbord concentreert de korrels in het midden, precies op het moment van het uitwerpen. 45 De schepborden of schoepbladen volgens de uitvinding zijn met voordeel uitgevoerd in een zeer hard anti-slijtagemateriaal, zoals een wolframcarbide of ieder ander anti-slijtagemateriaal meer of minder levert. De turbine kan gegoten zijn uit een enkel onderdeel met opgenomen schepborden en uit één enkele houder. Zij kan eveneens een verschillend aantal schepborden, even of oneven, bezitten, bijvoorbeeld van 2 tot 20, en in het bijzonder 4 tot 7. 50

1. Turbine voor een korrelstraalmachine, waarbij deze turbine een aantal schoepbladen of schepborden 55 omvat, die rond een hartlijn roterend aandrijfbaar zijn en waarbij elke schoep voorzien is van een aangrijp-vlak voor te werpen korrels, dat zich uitstrekt tussen een eerste uiteinde dat nabij de hartlijn voor het initieel aangrijpen van de te werpen korrels, en een tweede uiteinde dat van de hartlijn verwijderd is voor het 194785 4 uitwerpen van de korrels, waarbij de eerste uiteinden op een afstand van de hartlijn gesitueerd zijn die kleiner is dan de afstand die het tweede uiteinde van de hartlijn scheidt, waarbij ieder aangrijpvlak tussen zijn eerste en tweede uiteinde een concaaf profiel met cirkelvormige kromming bezit, waarbij de raaklijn aan het profiel in het eerste uiteinde een hoek α maakt met de raaklijn in het eerste uiteinde, aan een omwente-5 lingscilinder rondom de hartlijn waarvan de straal overeenkomt met de afstand die het eerste uiteinde van het aangrijpvlak in kwestie scheidt van de hartlijn, terwijl de raaklijn aan het profiel in de nabijheid van het tweede uiteinde een hoek γ die kleiner is dan 60° maakt ten opzichte van een straal die zich uitstrekt tussen de hartlijn en het tweede uiteinde, met het kenmerk, dat de hoek α kleiner is dan 45°.

2. Turbine volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoek α kleiner is dan 15°. Hierbij 3 bladen tekening