Brevet FR2409824A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne une turbine de grenaillage assurant une vitesse dtéjection de la grenaille et une concentration du jet de grenaille nettement supérieures à celles des turbines de grenaillage connues. Ces turbines sont utilisées pour projeter de la grenaille sur la surface d'une pièce métallique afin de donner à cette surface un état de rugosité approprié. Les turbines,de type centrifuge, se composent d'un dispositif de distribution central qui fournit l'alimentation en grenaille et d'un certain nombre d'aubes ou palettes disposées radialement autour du dispositif de distribution et fixées à un ou deux flasques. La surface active de ces aubes est habituellement plane et de largeur uniforme. Cet aubage droit projette la grenaille avec une vitesse d'éjection dépendant directement de la vitesse de rotation de la turbine.0r cette vitesse peut,dans certains cas, être trop faible pour atteindre le but désiré. L'impact du grain, à savoir son énergie , est en effet fonction du carré de la vitesse d'éjection VR comme le montre la relation E = mV2R/2 où E est lténergie du grain et m est la masse d'un grain. Certaines pièces à grenailler, par exemple des cylindres de laminoir, ont une dureté tellement élevée que le niveau de rugosité ne peut atre atteint avec un aubage droit. En effet, la turbine de grenaillage a, comme toute machine, une vitesse limite qu'on ne peut dépasser pour des questions de sécurité et d'usure entre autres. L'aubage droit ne permet donc pas de produire une vitesse d'éjection de la grenaille dépassant celle qui correspond à la vitesse de rotation limite de la turbine. t > e plus, l'usure différentielle des aubes et des flasques provoque souvent des balourds qui empêchent en fait de pratiquer des vitesses de rotation très élevées. Comme on le sait, ces balourds sont également fonction du carré de la vitesse de rotation. L'aubage droit utilisé en pratique produit en outre un jet de grenaille épanoui aussi bien suivant la direction du mouvement de la turbine que suivant une direction transversale.Pour fixer les idées, avec une turbine tournant à une vitesse de 2500 tours par minute et comportant des aubes droites ayant une largeur uniforme de 60 mm, l'épanouissement du jet donne à une distance de 500 mm de la turbine un jet ayant une longueur d'impact d'environ 793 mm et une largeur d'impact d'environ 80 à 90 mm. On a constaté que si la partie centrale du jet produit sur la surface qu'elle touche, une rugosité uniforme, les parties marginales du jet épanoui contiennent des particules de grenaille oui ricochent sur la surface à grenailler, qui s'usent et qui ont en fait un effet d'impact plutôt néfaste sur le rendement de l'opération. Cet épanouissement du jet limite ainsi de façon sensible la puissance d'impact du jet et il est particulièrement gênant dans le cas de grenaillage de pièces présentant une surface courbe, par exemple des cylindres de laminoirs. L'invention a pour objet une turbine de grenaillage comprenant des aubes profilées en sorte d'améliorer de façon très sensible la vitesse d'éjection de la grenaille et la concentration du jet. Une vitesse d'éjection plus élevée a des avantages certains. Tout d'abord, pour obtenir un même niveau de rugosité, le vitesse de rotation peut être plus faible. Or, la vitesse de rotation de la turbine est un élément essentiel car dans une turbine de grenaillage, l'usurpe différentielle des aubes et flasques fait apparattre des balourds assez gênants (vibrations). Ces balourds étant une fonction directe du carré de la vitesse de rotation, ils se trouvent réduits avec celleci. On a donc intérêt à réduire autant que possible ces forces perturbatrices et un moyen très efficace à cet effet est donc de réduire la vitesse de rotation de la turbine. D'autre part, une vitesse d'éjection plus élevée que dans l'aubage droit permet l'obtention de niveaux de rugosité plus élevés pour une même vitesse de rotation. Dans le cas particulier de cylindres de laminoirs, les duretés de cylindres atteintes actuellement ne peuvent être relevées car on atteint vite une impossibilité de grenaillage, à savoir l'impossibilité d'atteindre le niveau de rugosité demandé. Il y a donc souvent, dans ce domaine, un compromis entre le niveau de rugosité demandé et la dureté du cylindre la plus élevée possible mais admissible pour atteindre ce niveau de rugosité.Par exemple, avec de la grenaille angulaire composée de grains ayant un calibre moyen de O,40mm et une dureté de cylindre de 730-750 points de dureté Vickers charge 30 kg (HV), le niveau maximum atteint est de 200 tl (CLA: Center Line Average).si on augmente la dureté de 30 points Vickers, le niveau de rugosité maximum possible sera par exemple de 170 e" (CLA). Quant à l'iamélioration de la concentration du jet de grenaille, elle réduit l'épanouissement du jet, ce qui a pour effet d'augmenter la puissance d'impact du jet pour un même débit de grenaille. La turbine de grenaillage suivant l'invention se caractérise en ce que chaque aube a une face active s'étendant suivant un profil longitudinal qui présente, à partir du dispositif de distribution, une partie convexe suivie d'une partie concave. La face active de chaque aube a une largeur qui décroît progressivement depuis son pied jusqu'à sa tête. Une forme de réalisation de l'invention va être décrite ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins joints sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une turbine suivant l'invention; - les figures 2 et 3 illustrent deux exemples de mode de réalisation du profil longitudinal d'une aube suivant l'invention; --la figure 4 est une vue de face d'une aube suivant l'invention. La figure 1 montre une coupe schématique d'une turbine de grenaillage suivant l'invention. Autour d'un distributeur de grenaille 1 est disposée une pièce de contrôle 2 qui consiste en une enveloppe percée d'une ouverture 3 dont la dimension est fonction de la turbine et du travail de grenaillage à effectuer. Plusieurs aubes 4 fixées entre deux flasques dont on en voit un, noté A, sur le dessin, se trouvent disposées régulièrement autour de la pièce de contrôle 2. La turbine est supposée être entratnée en rotation dans le sens indiqué par la flèche to. Suivant l'invention, les faces actives des aubes 4 ont un profil longitudinal se composant, à partir du distributeur I, d'une partie convexe suivie d'une partie concave. Les parties convexe et concave peuvent avoir des angles de courbure uniformes ou variables. Un exemple particulier de profil à double courbure suivant l'invention est illustré à la figure 2. Ce profil se divise en deux zones. Dans la zone 1, qui s'étend jusqu'au rayon r = 190mm dans l'exemple illustré, la face active de l'aube est convexe avec un angle de courbure uniforme. Dans l'exemple illustré, cet angle a été choisi égal à 300. En chacun des points A, B, C, D, E, F, G, H, la tangente en ce point au profil de la face active fait un angle de 300 avec le rayon passant par ce point. Le nombre de pas est choisi de manière à obtenir une courbe polygonale pratiquement confondue avec la courbe théorique. La zone 2 s'étend du rayon r3 = l90mm jusqu'au rayon r2 = 250mm dans l'exemple illustré à la figure 2.Dans cette zone 2 la face active de l'aube est concave avec un angle de courbure variable depuis la valeur de 300 jusqu'à la valeur de -10 choisie comme exemple d'angle de sortie.La variation de l'angle de courbure est donc de 300-(-100) = 400. Le redressement de la courbure se fait au prorata des deux angles de courbure, à savoir 30/40 pour redresser l'angle CCl = 300 au rayon r3 = 190 mm jusqu'à a= = oo au rayon r4 = 235mm; et 10/4Q pour redresser l'angle Ct = O au rayon r4 = 235mm jusqu'à la valeur Ct2 = -10 au rayon r2 = 250mm Le tracé du profil dans cette-zone 2 peut se faire de la manière suivante. Tirer à partir du point H une droite faisant un angle de 300 avec le rayon HO, cette droite coupe la circonférence de rayon r4= 235mm au point N. Tracer le rayon NO et tirer au point N la perpendiculaire à ce rayon NO.Tirer de mgme par le point H la perpendiculaire à HN, -soit HH' l'intersection de la perpendiculaire en N et de la droite HH' définit la point 01. Avec 1 pris comme centre, tracer un segment de cercle de rayon OîH : ce segment de cercle coupe la circonférence de rayon r4 au point N'. Par ce point tirer la perpendiculaire au rayon N'O afin de définir sur la droite HH', le point 02 Avec ce point 02 choisi comme nouveau centre, tracer un segment de cercle de rayon 02H qui coupe la circonférence de rayon r2 au point J.Comme on le remarque, il s'agit d'une construction de proche en proche mais deux recherches de centres ( 1 02) suffisent largement à la précision demandée. Par calcul il a été trouvé qu'une turbine comportant des aubes conformes au profil de la figure 2 et tournant à une vitesse de 2500 tours par minute permettrait d'obtenir une vitesse d'éjection théorique de grenaille de 92,62 m/s, valeur qui est à comparer à une vitesse d'éjection théorique calculée de 77,65 m/s pour une turbine à aubes droites tournant à la même vitesse. L'aubage suivant l'invention permet donc d'obtenir une amélioration de vitesse d'éjection théorique de quelque 20R. La figure 3 illustre une variante de mode d'exécution de l'aube à double courbure suivant l'invention. Danc ce mode d'exécution,le profil se divise en trois- zones: les zones 1 et 2 correspondent aux deux zones du mode d'exécution de la figure 2, la zone 3 est une zone dans laquelle l'angle de courbure est constant.Le profil illustré à la figure 3 comprend ainsi un tracé convexe à angle de courbure constant(zone l),un tracé concave à angle de courbure variable (zone 2) et un tracé concave à angle de courbure constant (zone 3).Le tracé de ce proiil 'a trois sones se fait comme dans-le cas du profil à deux zones pour les zones 1 et 2; dans la zone 5,il peut se faire comme pour le tracé de la zone l.Dans exemple illustré à la figure 3,le rayon extérieur r2 étant le même que dans l'exemple de la figure 2, les trois zones se répartissent comme suit : la zone 1 jusqu'au rayon r3= l90mm,1a zone 2 jusqu'au rayon r4 = 235mm et la zone 3 depuis le rayon r4 jusqu'au rayon r2 = 250mm. La vitesse d'éjection de grenaille théorique calculée pour des aubes ayant le profil de la figure 3, pour une même vitesse de rotation de 2500 tours par minute, est légèrement inférieure à celle que l'on obtient avec des aubes ayant le profil de la figure 2 (soit 91,62 m/s au lieu de 92,62 m/s). De plus, il y aurait une légère augmentation de l'usure des aubes. Pour améliorer la concentration transversale du jet de grenaille, la face active de chaque aube a une largeur qui décroit progressivement depuis son pied jusqu'à sa tête. Ce profil transversal suivant l'invention est visible sur la figure 4. La réduction progressive de la largeur de l'aube est avantageusement telle que les flancs latéraux de l'aube forment entre eux un angle de 30 environ. Grâce à ce profilage on peut obtenir une concentration transversale du jet améliorée dans la proportion de 8, environ par rapport à un aubage ayant une largeur uniforme, tous autres facteurs étant égaux. Ainsi donc, avec .1'aubage suivant l'invention, la projection des grains marginaux dans le sens -transversal, est pratiquement supprimée de sorte que la puissance et l'efficacité de l'impact se trouvent considérablement améliorées. REVENDICATIONS 1. Turbine de grenaillage centrifuge comprenant plusieurs aubes disposées autour d'un dispositif de distribution de grenaille, caractérisée en ce que chaque aube a une face active s'étendant suivant un profil longitudinal qui présente, à partir du dispositif de distribution, une partie convexe suivie d'une partie concave. 2. Turbine de grenaillage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie convexe est une zone à angle de courbure uniforme. 3. Turbine de grenaillage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie convexe est une zone à angle de courbure variable. 4. Turbine de grenaillage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie concave comprend une zone à angle de courbure variable. 5. Turbine de grenaillage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie concave comprend une zone à angle de courbure variable et une zone à angle de courbure uniforme. 6. Turbine de grenaillage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la face active de chaque aube a une largeur qui décroît progressivement depuis son pied jusqu'à sa tête.