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PERFECTIONNEMENT AUX TUYERES POUR GAZ OU VAPEURS.
L'objet de la présente invention est un procédé d'usinage des tuyères de détente et de compression, telles que celles faisant partie d'un éjecteur supersonique qui conduit à des profils tels que les pertes d'énergie dans l'appareil soientminime.
Quandon fait passer dans un forage cylindrique un jet gazeux entraînant un abrasif en grains tel que du sable, en montant par exemple une pièce de métal per- cée oylindriquement de part en part à la place de la tuyère d'un appareil de sablage, on constate le creusement assez rapide d'une surface de révolution, à profil concave vers l' xe, qui à une certaine distance de l'entrée passe par un maximum, pour présenter ensuite des rétrécissements et des dilatations* De la longueur du trou et de son diamètre dépendent, les autres facteurs restants constants, la va- leur du diamètre en chaque point et la distance à laquelle
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se situe le ventre correspondant au diamètre maximum, creusé.
Si on coupe la pièce creuse dans la partie où le diamètre de la cavité est maximum on obtient une tuyère dont le profil est concave vers l'axe et se raccorde par un joint anguleux dans sa partie étroite avec une partie arrondie d'une diamètre minimum un peu plus grand seulement que celui du trou initial.
'Un tel profil concave permet aux filets du fluide détendu à la vitesse maximum dans la section maximum, d'avoir des vitesses parallèles, de manière à réduire les chocs au minimum.
Dans le col de la tuyère où la section est minimum et où la vitesse du fluide est la plus proche de celle du son, le raccordement du profil se fait suivant un point anguleux, l'angle de la. tangente au profil au point de raccordement étant maximum cet angle étant compris entre 100 et 15 .Ce type de profil, obtenu par le creusement automatique de la pièce par un jet gazeux entraînant un abrasif, est nettement différent des profils utilisés d'une façon courante dans lesquels en général on utilise des cônes d'ouverture au sommet d'environ 7 seulement.
Ce profil, à évolution beaucoup plus rapide conduit à des tuyères plus courtes ce qui est avan- tageux. On peut en tenant compte de ces données et d'expé- riences systématiques, calculer les éléments de diamètre et de longueur de la tuyère, à obtenir pour un cas déter- minée le-procédé, d'usinage suivant l'invention
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d'un tel profil et ses applications sont montrés eux figures annexées dans lesquelles ;
La figure 1 représente une ébauche de tuyère avant usinage spécial suivant un des modes de réalisation de l'invention.
La figure 3 l'ébauche ci-dessus, com- plétée pour subir l'usinage par abrasion suivant un des modes de réalisation du procédé.
La figure 5 la tuyère obtenue au moment où on arrête l'opération de profilage interne.
La figure 4 montre une coupe d'un éjec- teur comportant une tuyère de détente et une tuyère de compression supersonique suivant le profil de l'invention.
La figure 5 montre l'application du pro- fil concave suivant l'invention à une tuyère et âgée, présent des sections progressives, ayant des profils suivant l'in- vention, séparées par des points anguleux.
La figure 6 montre le schéma d'une ébauche pour l'usinage de tuyères subsoiqu suivant une varian- te de mise en oeuvre du procède.
La figure 7 montre un exemple de tuyère de compression combinant un élément supersonique à profil concave avec un élément de détente subsonique usinés suivant le procédé.
Un premier mode de mise en oeuvre du procédé, donné; à titre d'exemple, est montré aux figures 1 et 2.
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-Avant approximativement calculé la tuyère à établir, on prend une ébauche A de celle-ci (fig.l) constituée par un cylindre 1 muni de pas de via, 2 et 3 res- pectivement, à chaque extrémité.,
Le pas de vis servira à la fixation provisoire ou définitive de la tuyère ses caractéristiques étant réglées uniquement par des considérations d'assemblage. Ce pas de vis 2 peut d'ailleurs être remplacé par tout dispositif convenable de fixation de la tuyère.
Le psa de vis 3 est tel que le diamètre à fond de filets, D, soit égal au diamètre de la section de sertie de la tuyère à obtenir. Par vissage sur 5 on prolonge l'ébu- che à par une pièce B de longueur sensiblement égale et on perce le tout suivant l'axe à un diamètre légèrement inférieur à celui prévu pour le col de la tuyère.
On fixe la pièce ainsi obtenue sur une sableuse à air comprimé et on met en marcha cette dernière.
Le jet de sable et d'air passant à travers
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1"2-- -* " J. .- è-p1 le trou 4 ltonoomlala A et .! oreuae ce dernier jusqu'à ce que le diamètre intérieur du trou 4, au départ du file- tage 3, durs le plan terminal de l'ébauche A, devienne égal au diamètre de celui-ci.
A ce moment la pièce B tombe et on arrête la sableuse. La pièce' se trouve creusée suivant le profil
5, qui est le profil désiré., concave vers l'xe de la tuyère dns se partie supersonique, avec dans les parties corres- pondant aux vitesses maximum, des tangentes sensiblement parallèles à l'axe tandis que pour les vitesses voisines
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de celle du son, au col de la tuyère, les tangentes sur l'arête de raccordement sont inclinées de 10 à 15 sur l'axe* (fig.3).
par ce procédé on peut usiner en des temps relativement très courts et sans opérations délicates, des métaux très durs, dont l'emploi est nécessité par la température élevée des fluides empbyás
Le contrôle de la fin de l'opération se fait ici automatiquement par la chute de la partie B quand la pièce A est sectionnée à fond de filets dans sa partie filetée 3;
On peut ensuite parfaire l'usinage de la tuyère A en effilant extérieurement ses bords de sortie et en mettant le diamètre du col à la cote exao- te désirée.
Sur la figure 4, on a représenté shcémati- quement, en coupe élévation, un électeur à vapeur, comportan des tuyères à profils concaves suivant l'invention, uti- lisé pour éjecter de l'air au de la vapeur, des encein- tes telles que des condenseurs, ou autres.
L'éjecteur comporte essentiellement ; - une boite d'arrivée de vapeur (11) - une tuyère supersonique de détente (la) à profil concave suivant l'invention.
- une botte d'aspiration (13) - une tuyère de compression supersonique (14) à profil concave suivant l'invention.
- un diffuseur subsonique, (15)
L'extrémité de la tuyère (la) est taillée
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en biseau, et placée légèrement à l'intérieur de la section d'entrée de la tuyère* (14).
Les profils de tuyères,, suivant l'in- vention, grâce à leur concavité tournée vers l*axe leur donnant une variation d'inclinaison sur celui-ci variant d'un maximum au collet pour s'annuler à la section maxima permettent, en associant une succession de ces profils, d'avoir un profil général présentant dea points anguleux avec angle de 10 à 15 entre les tangentes en ces points, communs à deux prof ils, et ce contrairement aux profils normalement utilisés jusqu'i- ci qui ne permettent que des variations de pente très faibles entre deux profils, ceux-ci étant eux-mânes faiblement inclinés et avec des inclinaisons variant peu de valeur.
C'est là un résultat important que per- met l'emploi de profils concaves suivant l'invention.
Lorsqu'une tuyère est établie pour détendra de la vapeur, par exemple, à une pression aval donnée, il est en effet connu que, si cette pression aval augmente, toutes autres conditions restant sans changement, l'adhérence de la veine de vapeur à la paroi fait que la détente se poursuit jusqu'à une valeur qui peut être très inférieure à la pression qui règne alors efreotivement à l'aval, cette détente étant suivie d'une recompression brusque par onde de choc, le tout avec des pertes d'énergie cinétique considérables.
Comme les appareils industriels qui
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utilisent des tuyères de détente doivent pouvoir fonctionner avec des variations de régime plus ou moins importantes, on prévoit toujours ces tuyères plus courtes que la longueur théorique correspondant au mégiem moyen. Mais, si l'on évite la perte de rendement qui. été dite lorsque la pression aval est plus élevée que ce régime, on retouve une autre cause de pertes par établissement à la sortie d'un régime ondula- toire lorsque, au contraire, la pression aval est plus basse que le régime moyen choisi.
Ces pertes peuvent, elles aussi, atteindre une valeur importante*
Pour éviter ces inconvénients. la mise en série de parties supersoniques concaves de profils suivant l'invention permet de donner au profil général de la tuyère une courbure discontinue. Cela revient à varier brusquement la valeur de l'angle de la tangente au profil avec l'axe de la tuyère, depuis sa valeur minima jusqu'à sa valeur maxima. On obtient ainsi un profil discontinu composé de deux ou plusieurs courbes concaves vers l'axer Les points de raccordement des oourbes composantes étant caractérisés par une double valeur de l'angle de la tangente en ce point, l'une étant sensiblement nulle, la deuxième de 10 à 15 par exemple.
Les points anguleux ainsi réalisés dans un certain nombre de sections d'une même tuyère correspondant à un certain nombre de régimes d'écoulement permettent, en favorisant le décollement des filets gazeux à partir de certai nes valeurs des conditions d'écoulement, d'avoir des écoulemtne parallèles à partir de la section la mieux adaptée.
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Cet écoulement parallèle traverse alors, sans inconvénient, les seotions de diamètre plus grand qui ne sont pas intéressées, momentanément, au fonctionnement de la tuyère;
La figure schématise un tel fonctionnement pour un régime intermédiaire entre la pression aval Maxima correspondait au premier élément seul et à la pression aval minima. correspondant à la tuyère entière,
Cette solution était impossible avec les profils coniques de faible angle au sommet utilisés dans lesquels on aurait été limité à un changement d'angle insignifiant, Elle dérive donc directement du type de profil engendré par le procédé de fabrication de l'invention.
Sur la figure 5 est représentée schématiquement en coupe élévation une tuyère de détente d'un électeur à vapeur, conque suivant les principes décrits précédemment.
La tyère est composée de trois pièces 21, 22, 25 le profil de chacune étant un profil concave vers l'axe décrit ci-dessus,
Les pièces composant l'ensemble de la tuyère sont raccordées l'une à l'autre par des filetages 24 et 25, usinês aussi parfaitement que possible, de manière à obtenir un raccordement des profils successifs aussi parfait que possible.
Le nombre de pièces composant la tuyère est fonction de la marge des pressions d'aspiration que l'on veut obtenir. Il peut être aussi dicté par des commodités d'usinages En effet, l'expérience montre que, lorsque la section maxima dépassa quatre fois la section minima, le temps d'usina- ge du profil de le tuyère par le procédé de sablage cité précédemment commence à devenir prohibitif. Il est donc reooa-
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mandé de composer la tuyère d'un nombre de pièces le plus proche possible du quotient par 4 du rapport des sections maxime et minima de la tuyère complète.
Il est bien évident que le procédé de l'invention conduisant à un profil concave d'un type nouveau on pourrait obtenir par des moyens d'usinage classique moins économiques des tuyères qui du fait de leur profil rentrerais dans le cadre de la présente invention, que ce profil simple ou qu'il soit comme exposé plus haut composé d'une série d'éléments concaves se succédant par des points nettemetn anguleux, correspondant à la sortie parallèle à l'ace d'un profil prolongé par le commencement, ouvert à 20 à 30 , du profil suivant.
On peut d'ailleurs sans sortir du procédé de la demande, utiliser des variantes de mise en oeuvre pour réaliser les tuyères concaves de longueurs assez courtes dont ce procédé fournit automatiquement les profils à varia*!- continue de courbure définie ci-dessus, qui conviennent pour les tuyères supersoniques à détente. par exemple on peut, en fixant tous les éléments de l'usinage, tels que nature du métal, nature et grain de l'abrasif, pression de l'ari d'entraînement, diamètre et longueur d'alésage d'ébauche, etc... chrono- métrer la durée permettant d'obtenir le profil de tuyère ,convenable. Ce temps étant déterminé par des essais, il sufrira, toutes les conditions restant inchangées, d'arê- ter le sablage au bout d'un temps égal à celui-ci.
Le profil concave désiré à sortie parallèle sera obtenu ainsi avec régularité et sans avoir à subis une chute de matière
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comme dans la variante précédente.
D'autre; part,le procédé de l'invention permet, en disposant convenablement le perçage de l'ébauche, l'usinage automatique de profils allongés convenant aux vitesses subsoniques.
Il suffira pour cela, (fig. 6) ,de percer une ébauche E, de longueur désirée, non pas d'un trou cylin- drique, mais d'un trou constitué par une suite d'alésages cylindriques caxiqux, Tl. T2,. T5 par exemple, de diamètre croissants étages à l'intérieur de la section méridienne S à obtenir.
La longueur de ces alésages L1, L2, ...
L5, sera, ainsi que les diamètres en résultant pour qu'ils s'inscrivent dans S,déterminée expérimentalement ou déduite d'expériences précédentes.
Dans ces conditions on obtiendra par passage du jet abrasif, un profil allonge continu se confondant sensi- blement avec le profil S et,soit par chronométrage, soit par tout autre moyen, avertissait de la fin de l'opération, on pourra obtenir les profils de tuyères subsoniques allongés.
En accouplant,comme montre schématiquement à la figure 7, un diffuseur supersonique 5 à profil concave avec un diffuseur subsonique E à profil allongé, on obtient un dif- fuseur capable.de comprimer un fluide gazeux, en partant de vitesses supersoniques, jusqu'à des vitesses presque nulles.
On peut, sans sortir de l'invention, utili- ser notamment pour la mise en oeuvre du procédé, tout fluide approprié autre que de l'air comprimé, par exemple de la vapeur
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ou tout autre fluide et utiliser toute matière abrasive convenable autre que du sable,*
On pourra de même varier la nature de la veine abrasive au cours de l'opération, par exemple dans un but de finition.
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KE7EKDICATI0NS c/- #-l<4< vu "Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y apporter tous perfectionnements ou modifications qui nous paraîtraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et privative**
1 ) Procédé d'usinage des intérieurs de tuyères donnant automatiquement un profil optimum, tant aux parties subsoniques qu'aux parties supersoniques au moyen de l'usure pr le passage, dans le trou axial d'une ébauche de dimensions convenables, d'un fluide chargé de grains de matière abrasive.
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