La présente invention se rapporte à une turbine de grenaillage pour la projection centrifuge à haute vitesse de grenailles, telles que la grenaille ronde, l'angulaire à haute dureté, les billes de verre, etc.

Ce type de turbine est utilisé dans toute une série d'applications, par adaptation spécifique de la gerbe de projection, par exemple en partant du jet le plus concentré vers le plus large : cylindres de laminoir, grenaillage de renforcement (shot peening), fonderie (nettoyage de pièces) et construction métallique (décapage avant peinture), grenaillage de tôles, etc.

On connaît des turbines de grenaillage comprenant une série de palettes ou aubes entraînées en rotation autour d'un axe. Les palettes possèdent généralement une surface active unique, plane et de largeur uniforme, qui s'étend entre une première extrémité adjacente dudit axe pour la prise en charge initiale de la grenaille à projeter et une deuxième extrémité éloignée dudit axe pour l'éjection finale de celle-ci. Pour des raisons d'équilibre, ces palettes sont habituellement disposées par paires.

Cependant, il existe des turbines à palettes droites disposées radialement par rapport à l'axe de rotation, donc par rapport au dispositif de distribution, et qui ont deux surfaces potentiellement actives. Les palettes peuvent donc tourner dans les deux sens de rotation ou simplement être retournées dans la turbine afin d'user également l'autre face active, quand un seul sens de rotation est imposé.

Les turbines centrifuges de grenaillage ont pour finalité de projeter la grenaille avec la plus grande vitesse possible, tout en maintenant la vitesse de rotation dans des limites raisonnables (de 1500 à 3000 tours/minute) et en résistant le mieux possible à l'usure due à l'abrasion de la grenaille sur les faces actives des palettes.

A performances de projection égales, les turbines centrifuges de projection surpassent largement, en terme de consommation d'énergie (diminution au moins d'un facteur 15), les systèmes à air comprimé détendu avec injection de grenaille. Ainsi, l'utilisation de ces derniers entraîne des coûts prohibitifs notamment lors du traitement de grandes surfaces (consommation énergétique, acheminement de grands volumes d'air comprimé sur site, etc.) ainsi que des nuisances sonores pour les opérateurs.

Une première évolution des turbines centrifuges de grenaillage a été apportée par le remplacement des palettes droites par des palettes à profil courbe, par exemple concave ou alternativement convexe et concave (voir par exemple US-A-4,277,965, DE-A-44 09 690, etc.).

En effet, la conception de turbines de grenaillage de forte capacité doit tenir compte du fait que les axes avec roulement imposent aux turbines des vitesses de rotation limitées.

C'est ainsi que, selon la demande de brevet DE-A-44 09 690, appartenant à la Demanderesse, pour une même vitesse de rotation (vitesse tangentielle fixée) et un diamètre de turbine identique, on a pu augmenter grâce à l'adoption de palettes courbes la vitesse résultante de projection de la grenaille en sortie de turbine d'environ 25%. L'angle α, représenté sur la figure 1, entre la tangente T₁ (ou T₂) au bord d'éjection de la palette et une radiale passant par le sommet de ce bord est compris, de façon optimale entre 0 et 60°, en fonction de la performance de vitesse résultante désirée et du coefficient de friction de la grenaille sur la face active de la palette.

De plus, la palette à une seule courbure offre, outre une haute vitesse de projection pour une vitesse de rotation modérée, une résistance à l'usure exceptionnelle lorsque ces palettes sont réalisées dans des alliages spécifiques à ultra-haute dureté tels que carbure de tungstène, céramique, etc. Ainsi, on peut arriver à une résistance à l'usure au moins 8 fois supérieure aux durées conventionnelles des palettes en acier coulé ou en fonte.

Les turbines actuelles comprennent un distributeur (ou cage d'écureuil) alimenté au centre en grenaille par une goulotte et tournant dans une pièce de contrôle fixe munie d'une lumière calibrée. Les palettes proprement dites sont placées dans des rainures fraisées de même forme que les palettes elles-mêmes ; ces rainures sont usinées dans deux flasques maintenus solidairement l'un à l'autre par des entretoises et vis appropriées. Le diamètre de positionnement du pied des palettes est choisi pour une adaptation optimale des vecteurs vitesses à cet endroit, permettant le captage de la grenaille sans choc, ou avec un choc minimum.

La particularité des palettes à une seule courbure est d'avoir une seule face active et conduit à l'obligation absolue de tourner dans un seul sens de rotation, toujours le même. En effet, selon ces modèles de turbines, il existe des turbines gauches, c'est-à-dire tournant à gauche et des turbines droites, c'est-à-dire tournant à droite. Ces turbines sont l'image l'une de l'autre dans un miroir (symétrie orthogonale), à la manière de la main droite et la main gauche.

Un autre inconvénient des turbines non réversibles à une seule face active est leur profil d'usure, fatalement limité à une seule face et concentré dans la région la plus externe de la palette. Ainsi, on estime que le remplacement d'une palette conduit à la perte de 80 à 85% du matériau d'usure de départ, qui est très coûteux (par ex. carbure de tungstène ou céramique).

L'absence de réversibilité des turbines de l'état actuel de la technique peut présenter un inconvénient, notamment en termes de coût des pièces de rechange, car il faut des turbines gauches et droites.

La plupart des turbines à palettes non droites actuellement disponibles dans le commerce ne sont pas réversibles. Une autre raison de cet état de fait est qu'il est difficile d'attacher les palettes à leur rotor, en laissant libres les deux surfaces potentiellement actives de celles-ci. Il faut nécessairement attacher les palettes sur leur tranche, ce qui est difficile.

Comme déjà mentionné, les seules turbines réversibles actuellement sur le marché sont constituées de palettes droites, à faces actives planes et radiales.

La présente invention vise à proposer une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.

En particulier, l'invention vise à concilier dans une solution unique les avantages des turbines de grenaillage à palettes courbes à une face active avec les avantages des palettes droites à deux faces actives.

Un but de l'invention est donc de proposer une palette capable de projeter la grenaille à une vitesse quasi identique à la vitesse de la palette courbe, donc plus performante d'environ 25% en vitesse résultante comparée à la palette droite, pour un même diamètre de turbine et une même vitesse de rotation, mais en ayant la particularité de posséder deux faces actives, donc d'être réversible.

Un premier objet de la présente invention se rapporte à une palette pour turbine de grenaillage à haute vitesse, montée essentiellement radialement sur un rotor pour être entraînée en rotation autour d'un axe de celui-ci, et dont au moins une surface d'usure ou surface active s'étend entre une première extrémité proximale dudit axe où est effectuée la prise en charge de la grenaille et une deuxième extrémité distale dudit axe où est effectuée l'éjection de la grenaille, caractérisée en ce que la palette présente deux surfaces actives au moins partiellement courbes, concaves et tournant leur concavité dans des directions essentiellement opposées.

De préférence, chaque surface active comprend en outre une partie droite.

Selon l'invention, pour chacune des deux surfaces actives, la partie droite aboutit à ladite extrémité proximale de l'axe et la partie concave aboutit à ladite extrémité distale de l'axe.

L'invention est concrétisée de manière avantageuse per le fait que la palette comprend un tronc commun partant de l'extrémité proximale de l'axe prolongée par deux branches distinctes aboutissant à l'extrémité distale de l'axe. Les courbures des deux surfaces actives peuvent être identiques ou différentes. Dans le premier cas, la palette possède une symétrie par rapport à la radiale selon laquelle est positionnée la palette dans la turbine. Dans le second cas, la courbure d'une des deux surfaces actives peut tendre vers l'infini, c'est-à-dire qu'une des deux surfaces actives est essentiellement droite.

Les avantages des palettes courbes de l'état de la technique sont repris pour le compte de l'invention si la tangente à une surface active de la palette au niveau de l'échappement centrifuge de la grenaille forme un angle α, de préférence inférieur à 70°, avec la radiale passant par le point de tangence.

Une autre caractéristique avantageuse de l'invention est que les tangentes aux deux surfaces actives courbes au niveau de l'échappement centrifuge de la grenaille forment entre elles un angle δ compris entre 30 et 180°, et de préférence entre 60 et 120°.

Selon une forme d'exécution préférée, chacune des tranches de la palette présente un renforcement ou tenon pour la fixation de la palette dans des rainures usinées dans des flasques de turbine.

Toujours selon l'invention, les deux parties de surface active limitant le tronc commun de la palette sont droites et forment un petit angle ε entre elles, de préférence limité à 5°.

De préférence, le tronc commun droit a une longueur valant entre 20 et 80%, et de préférence encore entre 40 et 60%, de la longueur totale de la palette. De préférence encore, l'épaisseur du tronc commun croît avec l'éloignement vers l'extérieur, à partir du bord d'entrée.

Sans limitation pour l'invention, le tronc commun droit peut également ne pas être présent, chacune des surfaces actives étant alors entièrement courbe.

De préférence, les faces internes des deux branches précitées de la palette, qui sont donc non actives, sont reliées, au niveau d'une région appelée "calice", par un raccord circulaire, capable d'épouser exactement la forme d'une rainure usinée dans la face interne d'un flasque ou encore celle d'un axe-butée ou d'un bout d'axe-butée.

L'homme de métier ne sera pas surpris que, suivant l'invention, on puisse réaliser la palette susmentionnée en alliage d'acier coulé ou forgé traité, mais de préférence en alliage ultra-dur tel que du carbure de tungstène, sans que ce soit limitatif pour l'invention, ou encore en céramique.

Un deuxième aspect de l'invention concerne une turbine de grenaillage à haute vitesse, comprenant :

• un distributeur, encore appelé cage d'écureuil, solidarisé à l'axe et tournant à la vitesse du rotor, alimenté en grenaille en son centre via un conduit ou une goulotte et coiffé par une pièce de contrôle fixe, de position angulaire réglable et présentant une lumière calibrée pour l'échappement de la grenaille ;
• un premier et un deuxième flasques espacés limitant latéralement la partie active de la turbine ;
• une pluralité de palettes telles que décrites ci-dessus, disposées de préférence radialement, interposées au niveau de leurs tranches respectives entre lesdits flasques et solidarisées à ceux-ci.

Selon une première modalité d'exécution préférée de l'invention, lesdites palettes sont solidarisées aux flasques par encastrement dans des rainures usinées sur la face interne de chaque flasque et épousant la forme de la palette.

Selon une deuxième modalité d'exécution préférée de l'invention, lesdites palettes sont solidarisées aux flasques au moyen d'axes-butée ou de bouts d'axes-butée et de petits encastrements usinés dans les flasques pour accueillir le pied des palettes.

Selon une modalité d'exécution encore avantageuse, chaque palette est positionnée sur le rotor de manière telle qu'un axe de la palette est monté translaté d'une distance donnée, dans le sens de la rotation, par rapport à la radiale tout en étant parallèle à celle-ci. Cette configuration permet une prise en charge de la grenaille au pied de chaque palette avec un choc nul, si la distance est choisie convenablement.

Selon des caractéristiques plus générales de la turbine de l'invention, la vitesse d'éjection des grenailles à la sortie de la turbine est comprise entre 40 et 200 m/s, la vitesse de rotation de la turbine est comprise entre 1000 et 5000 tours/min., de préférence entre 1500 et 3000 tours/min. et le diamètre des flasques, et donc le diamètre total de la turbine, est compris entre 200 et 600 mm.

Un troisième objet de l'invention concerne un flasque pour turbine de grenaillage telle que décrite ci-dessus, ledit flasque comprenant une pluralité d'ouvertures circulaires faites au travers du flasque pour la pose d'axes-butée ou de bouts d'axes-butée et une pluralité de petits encastrements précités correspondants ou encore une pluralité de rainures supportantes adaptées au contour des palettes, et notamment aux tenons prévus à cet effet. Ces rainures sont usinées du côté de la surface interne du flasque destinée à l'encastrement des palettes de l'invention.

La figure 1, déjà mentionnée, représente schématiquement une vue en coupe d'une forme d'exécution d'une palette de forme "gamma" selon la présente invention.

La figure 2 représente schématiquement la palette de la figure 1 intégrée dans des rainures usinées dans les flasques.

La figure 3 représente une section de flasque usinée pour accueillir ladite palette.

La figure 4 représente schématiquement deux autres modes de fixation des palettes. Sur la figure 4a, le calice de la palette prend appui sur un axe-butée fixé par les deux flasques enserrant la palette. Sur la figure 4b, on a la même disposition où l'axe-butée est remplacé par deux bouts d'axes-butée localisés dans chaque flasque.

La figure 5 montre une palette où les parties droites ont disparu et sont remplacées par des courbes continues s'étendant jusqu'au pied de la palette.

La figure 6 montre une palette à deux faces actives selon l'invention mais décalée par rapport à la radiale pour une prise en charge à choc nul au pied de la palette.

La figure 7 montre une palette dont une première face active est constituée d'une partie droite et d'une partie courbe et dont une seconde face active est rectiligne.

Pour réaliser l'objectif de l'invention, c'est-à-dire notamment de conserver une vitesse d'éjection proche de celle obtenue avec la palette courbe, pour une même vitesse de rotation et un même diamètre de turbine, il est nécessaire que la tangente à la palette au niveau de l'échappement de la grenaille fasse un angle α avec la radiale passant par ce même point, de façon similaire à la situation existante dans la palette courbe (voir figure 1).

De manière surprenante, il est alors venu à l'esprit de la Demanderesse d'appliquer le principe de la superposition de deux palettes courbes, l'une contre l'autre, pour obtenir deux faces actives opposées avec une sortie telle que représentée sur la figure 1. On remarque que cette condition est remplie si la palette 1 possède un tronc commun rectiligne 3 et deux parties d'éjection courbes 3', 3" répondant aux critères d'éjection à haute vitesse susmentionnés, pour une même vitesse de rotation de la turbine.

La palette dite de forme "gamma" faisant l'objet de la présente invention associe les hautes vitesses de sortie avec deux faces actives 2, 2' permettant de faire tourner la turbine indifféremment dans un sens ou dans l'autre, ou encore tout simplement donnant la possibilité de retourner la palette dans la turbine pour obtenir une durée de vie doublée pour la palette.

Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, la palette 1 pour turbine de grenaillage est caractérisée par une partie rectiligne 3 ayant une longueur L' correspondant à une fraction de la longueur totale L de la palette, celle-ci étant proche de la différence entre le plus grand rayon R et le plus petit rayon r du flasque 10 (voir figure 1). Cette partie rectiligne est prolongée par deux parties courbes 3', 3" offrant des vitesses d'éjection nettement plus grandes qu'une palette droite montée dans une turbine de même diamètre et tournant à la même vitesse.

Idéalement, l'angle δ formé par les deux tangentes à l'échappement de la grenaille au niveau des deux faces actives doit être situé entre 60 et 120°, ledit angle dépendant du diamètre de la turbine en question et de la performance recherchée. Un angle δ plus faible que 60° ou plus grand que 120° peut aussi convenir mais entraîne la réalisation d'un dessin de palette moins approprié.

Dans le cas d'un angle δ plus faible que 60°, par exemple, la palette présente des ailes de sortie très longues. Par ailleurs, dans le cas d'un angle δ plus grand que 120°, les ailes de sortie sont très recourbées et sont de ce fait beaucoup plus sensibles à l'usure.

Selon une modalité d'exécution particulière de l'invention, la palette de turbine de grenaillage comprend une partie commune supportant les deux faces actives de la palette. Les deux faces actives de cette partie commune sont avantageusement droites et forment un angle léger ε entre elles, par exemple compris entre 1 et 5°. Un angle ε = 0 pourrait aussi convenir mais avec mise en oeuvre de matière inutile.

De préférence, la longueur L' de la partie commune droite représente une fraction se situant entre 40 et 60% de la longueur totale L de la palette.

Comme l'usure est de plus en plus grande à compter du pied 5 de la palette, il est nécessaire que, dans cette partie rectiligne de la palette, aux diamètres de plus en plus grands, l'épaisseur e croisse avec l'éloignement du bord d'entrée 5, d'où le léger angle ε.

Selon l'invention, comme représenté sur les figures 2 et 3, les palettes "gamma" 1 sont avantageusement solidarisées à des flasques 10, au moyen de rainures 11 usinées dans chaque flasque et épousant la forme des tenons 4 et 4' (Fig. 1) de la palette. Les tenons 4 et 4' créent un canal qui maintient la grenaille sur la face active et empêchent ainsi d'user les flasques dans la zone proche de la face active de la palette, ou des faces actives quand la turbine tourne dans les deux sens de rotation.

Des bords 15 fraisés dans les flasques s'appuient contre le bord 12 du fond du calice de la palette et maintiennent celle-ci radialement dans le rotor constitué des deux flasques (figure 3).

Les figures 4a et 4b montrent une autre disposition où les flasques ne présentent pas de rainures, de forme "gamma" mais sont maintenus radialement par des axes-butée 13 complets ou encore des bouts d'axes-butée 14, 14' s'appuyant dans le fond du calice 12 de la palette tandis que le pied de la palette 5 rentre dans une petite rainure 16 empêchant la palette de pivoter autour de l'axe 13 ou 14, 14'.

Selon une forme d'exécution encore préférée, la palette est réalisée de manière telle que les faces internes, donc non actives, des deux parties courbes 3', 3" sont reliées selon un raccord circulaire 12, dans lequel vient se loger exactement le bord des rainures 15 ou dans l'autre mode de fixation, l'axe-butée 13 ou les bouts d'axes-butée 14, 14' (figure 3, 4a et 4b).

Le mode de fabrication représenté à la figure 5, où les palettes ne présentent plus de partie droite, est plutôt destiné aux réalisations en alliages moins nobles, tels que l'acier coulé où le poids par palette a moins d'importance sur le prix de revient.

Dans les turbines à palettes "gamma" radiales, la résultante des vecteurs vitesse d'entrée, au niveau du pied 5, produit un léger choc sur la face active, ce choc très faible ne nuisant absolument pas au bon fonctionnement de la turbine.

Si on veut une prise en charge à choc tout-à-fait nul au pied de la palette, il faut translater l'axe de la palette d'une distance Ω, dans le sens de la rotation, en restant parallèle à la radiale. La valeur de Ω dépend de la grandeur des rayons r et R de la turbine. Dans ce cas, la turbine n'est plus réversible mais la palette seule reste parfaitement réversible et possède aussi deux faces potentiellement actives (figure 6).

Selon encore une autre modalité de réalisation avantageuse de l'invention, illustrée à la figure 7, la palette présente une première face active qui est constituée d'une partie droite et d'une partie courbe, comme décrit ci-dessus, et une seconde face active rectiligne. Cette forme d'exécution est utilisable dans des turbines destinées à tourner à deux vitesses différentes, ou devant présenter des performances différenciées, selon le sens de rotation adopté.

La présente invention présente les avantages suivants sur l'état de la technique :

• les palettes présentant deux faces actives sont réversibles sur une turbine donnée : lorsque la face active opérationnelle est usée, il suffit de faire tourner la turbine selon l'autre sens de rotation, pour bénéficier d'une face active neuve. Dans le cas d'installations comportant des turbines disposées par paires, tournant selon des sens opposés et dont les pinceaux d'éjection sont symétriques par rapport à un plan médian pour assurer une intensité uniforme de grenaillage, il suffit tout simplement d'intervertir les deux turbines d'une même paire, pour rester dans la même configuration de projection et user l'autre face active. On peut également, sur une turbine donnée, retourner toutes les palettes. Ces mesures permettent de doubler la durée de vie des palettes, ce qui constitue un avantage économique considérable, vu le coût extrêmement élevé des palettes en alliage ultra-dur et tenant compte du fait que les coûts de maintenance, en particulier de remplacement des pièces d'usure, peuvent représenter jusqu'à 40% du coût total de la maintenance d'une installation de grenaillage ;
• les palettes à double surface active de l'invention présentent les mêmes avantages que celles à surface active unique courbe, à savoir une vitesse d'éjection supérieure à celle des palettes droites, pour un même diamètre de turbine et pour une même vitesse de rotation de celle-ci ;
• le dispositif de fixation des palettes au rotor selon l'invention libère la face opposée à la face actuellement active et préserve la réversibilité totale de la turbine.