Brevet FR2263955A1 — publié le 19751010

la présente invention concerne les appareils de manutention continue du type nconvoyeurn ou 11remplisseur", permettant de véhiculer des matières depuis un ou plusieurs points de chargement, jnsqn'8 un ou plusieurs points de déchargement. Dans le cas du remplisseur, ces pointe de déchargement sont situés à l'orifi- ce ou à l'intérieur dtun récipient ou d'un emballage. Les matières se présentent: - soit sous une forme solfde divisée, -telle que poudres, granu lés, cristaux, écailles, copeaux, bâtonnets, aiguilles, brins, filaments, cailloux, morceaux ou blocs,...d'une façon non limi tative, - soit sous une forme pâteuse, - soit sons une forme composite les récipients et emballages concernés par la version "remplisseur" peuvent être des silos, des trémies, des conteneurs rigides ou souples, des citernes fixes ou mobiles, des futs ou des sacs de toute contenance et de toute nature. Dans les industries les plus diverses, il existe un matériel abondant, et de fonctionnement parfaitement connu et satisfaisant pour véhiculer, pomper et-doser des liquides, et même des pâtes; mais pour ce qui est des matières solides ou des pâtes sèches, 11 équivalent n'existe pas. En général, on salut stocker et manutentionner les produits solides au moyen d'appareils spécifiques tels que les convoyeurs à courroie, à chaînes, à godets, à vis d'Ârchimède, ou à l'aide de convoyeurs pneumatiques à basse, moyenne ou haute pression. Cette manutention est effectuée dans des appareils volontairement rustiques et dont la conception demeure encore trop empirique. Les larges coefficients de sécurité qui sont de mise dans le calcul de ces appareils sont destinés à couvrir en partie l'ig noranee que nous avons des phénomènes inhérents au comportement des matières solides divisées, et il n'est pas rare de voir des convoyeurs présenter des performances inférieures à celles qui étaient annoncées, malgré la générosité des "coefficients". la situation est aggravée dans le domaine des petits convoyeurs à fort débit destinés au remplissage des récipients dont l'ouverture est modeste. Les tentatives de miniaturisation des convoyeurs traditionnels se heurtent aux difficultés bien connues de la similitude mécanique: si l'on peut réduire à volonté les dimensions des éléments, et jouer dans une certaine mesure sur l'énergie massique communiquée au matériau, il est impossible de maîtriser un grand nombre de paramètres tels que: masse volume que, forces capillaires, forces électrostatiques, pouvoir d'adsorption des gaz,.. quoi sont propres à chaque matériau, et qu'il est impossible de faire varier dans les proportions requises pour obtenir une similitude mécanique avec le modèle à plus grande échelle. les difficultés rencontrées en manutention continue de matières solides tiennent à plusieurs points: - ces matières ont des coefficients de frottement interne consi dérables, et des coefficients de frottement sur les matériaux usuels de construction mécanique assez élevés, d'où les bour rages fréquents des conduits et les engorgements d'appareils. - elles ont souvent des propriétés physiques peu favorables à un écoulement régulier: aération par adsorption d'air, hygroscopi cité, collage sur les parois des appareils, durcissement par compression, abrasion,...et qui entrent difficilement dans les calculs. - la poussière dégagée rend les installations sales, d'entretien malaisé, et occasionne des déficiences mécaniques ou électri ques; on doit user d'expédients ( surdimensionnement des orga nes, par "expérience"), ou de palliatifs ( réseaux de dépous siérage, ayant d'ailleurs eux-mêmes tous les inconvénients des convoyeurs précités ). En résumé, en ce qui concerne les convoyeurs traditionnels, on peut dire: - leur rendement est faibl - ils sont conçus de façon empirique , et le calcul ne permet de prévoir avec certitude ni leurs performances, ni leur durée probable de vie, - ils sont rarement étanches et lorqu'ils le sont, c'est encore au détriment du rendement; l'étanchéité amène un autre inconvé nient: l'entraînement d'air, ce qui est gênant pour le remplis sage des récipients, car l'air entraîné provoque une contre pression hostile au remplissage, - il est difficile de les adapter correctement à chaque cas, et même très souvent, l'appareil répondant-en tous points au pro blème posé existe pas: c'est le cas des convoyeurs devant re cevoir alternativement des produits de caractéristiques trop divergentes; il n1 est pas toujours possible de les nettoyer lorsqu'on passe d'non produit à un autre, - ils sont construits d'une manière volontairement rustique, voire archaïque, pour leur permettre de résister aux effets de l'usu re et de supporter des modif cations ou des adjonetions jugées nécessaires lors de l'exploitation, - ils ne répondent pas aux exigences de la lutte contre la pollu tion. Les convoyeurs réalisés selon l'invention permettent d'obtenir avec des matières solides ou pateuses, des résultats similaires à ceux que les pompes permettent d'obtenir avec les liquides: - rendement aussi bon que possible et calculable, - transport effectué dans une conduite étanche, sans entraînement d'air, - usure modérée du fait de l'absence d'éléments mécaniques au contact des matières transportées, sécurité de fonctionneme-nt, fiabilité, - adaptabilité aux problèmes posés, nettoyage possible, - possibilité de moduler le débit d'une manière continue, de zéro jusqu'à la valeur nominale, - miniaturisation possible, pour remplir des récipients ou embal lages à petite ouverture. Le dispositif selon l'invention comporte un tranporteur à courroie sans fin enveloppante, de forme tubulaire, étanche, susceptible de s'ouvrir suivant une génératrice aux points de chargemment et de déchargement, et seulement en ces points. Le tube transporteur sans fin contenant la matière à véhiculer qu'il a reçue à un point de chargement, achemine celle-ci jusqu'au point de déchargement, puis revient après passage sur des poulies. le retour du tube se fait parallèle ment à sa direction aller, et s'effectue à vide, ou à faible charge, la matière ayant été expulsée en quasi-totalité au point de déchargement. le tronçon de tube contenant la matière est dit: brin de transport le tronçon revenant à vide est dit: brin de retour. Comme sur un convoyeur à courroie plate ou incurvée tradi tionnei, il n'y a pas de glissement relatif de la matière transportée par rapport à la courroie, sauf éventuellement au point de chargement, pendant la phase de mise en vitesse, si celle-ci n'est pas réalisée par un appareil annexe. Les deux brins du tube transporteur sont propulsés et soutenus tout au long de leur parcours linéaire horizontal ou vertical par un tube auxiliaire ouvert, qui de plus enserre le tube transporteur et vient verrouiller la génératrice de fermeture de celui-ci. La figure 1 montre en coupe, à titre d'exemple, le tube de transport 1 replié sur sa génératrice de fermeture GE , et enserré par le tube auxiliaire 2 par l'intermédiaire des patins 4. La génératrice de fermeture GF comporte un joint d'étanchéité, par exemple à chicanes tel que 3 - 3'. L'écrasement du tube 1, provoqué par l'étreinte du tube 2 augmente la force de frottement du matériau transporté sur la paroi du tube 1 de manière à éviter tout glissement relatif du matériau par rapport au- tube; ainsi est exploitée bénéfiquement une caractéristique défavorable de la grande généralité des matières solides, à savoir les importants coefficients de frottement interne et externe. La figure 2 illustre schématiquement un circuit simple, ne comportant qu'un point de chargement, Â, et un point de déchargement, B. le tube 1 transporte donc la matière sur le tronçon AB, puis revient en s'enroulant sur des poulies dont la figure 2 donne un exemple de disposition; il est pris en charge par le tube auxiliaire 2 entre C et D (brin de transport) et également E et F (brin de retour). Le--parallélépipède dessiné en trait fin symbolise l'enceinte étanche dans laquelle s'effectue le transport; cette enceinte englobe totalement le tube auxiliaire 2, ses poulies et ses éléments de soutien. Elle englobe le tube de transport 1, entre les tronçons HJ (brin de transport), et XL (brin de retour).Aux points H, J, K, X, il importe que le tube I possède une section remarquable: circulaire, elliptique, en "haricot", multilobée....( figure 3), de façon que la réalisation d'un joint d'étanchéité, complété si nécessaire par un joint râcleur, soit facile et efficace. La figure 3a montre le tube 1 en coupe, refermé de manière à posséder une section circulaire, qui sera épousée par un joint 5 aux points H, J, X, et T. Cette section est conservée sur les tronçons HC, DJ, KE, et FL. Aux points de chargement A, et éventuellement M, et aux points de déchargement 3, et éventuellement N, le tube de trans port est ouvert pour permettre l'arrivée ou l'évacuation de la matière, comme le montre la figure 4, vue en amont du point de chargement; I'ouverturese fait au passage sur le tambour 6. Le tube auxiliaire 2 est susceptible de s'ouvre, pendant son passage sur les poulies entre F et C, et entre D et E, pour pouvoir accueillir le tube transporteur 1-et se referner sur lui en ltene serrant; l'ouverture du tube 2 est représentée sur la figure 5, toujours dans le cas d'un tube transporteur de section ronde. Cette ouverture se fait au passage sur la poulie 7. Tube de transport L'ouverture d'non tube de transport n'est possible qu'à son passage sur une poulie, et à condition que le plan médian de la poulie contienne la génératrice de fermeture, celle-ci étant la génératrice la plus élolgnée de l'axe de rotation, comme sur la figure 6. Si par contre, la génératrice de fermeture GF se trouve à l'opposé, en contact avec le limbe du tambour, comme sur la figure 7, l'ouverture 'est pas possible. Cette faculté est obtenue par l'anisotropie de la structure du -tube. Tout d1 abord, l'état déquilibre du tube ( vide ou plein ) lorsqu'il ne subit ni effort ni flexion, est le tube fermé, de section remarquable ( circulaire, elliptique ou autre ), tel qu'il se présente aux points H, J, K, X de la figure 2. Cet état d'équilibre peut être obtenu par une armature transversale élastique, constituée par exemple d'anneaux formant res -sorts. La figure 8 montre des ressorts 8 en forme d'anneau coupé suivant une génératrice, qui coïncide avec la génératrice de fermeture du tube. Dans cette disposition, donnée titre d'exemple, les anneaux-ressorts 8 sont régulièrement espacés, et maintenus entre eux par une armature longitudinale, elle aussi élastique, dont la figure 8 représente quelques éléments sous la forme des ressorts 10 et 11, et des câbles 9 et 9'. La figure 8 est une représentation commode de la structure du tube de transport, elle en constitue un des moyens de réalisation, mais le raisonnement est identique lorsque-la structure est obtenue autrement, par exemple par moulage. L'anisotropie de la structure consiste en une différence de comportement entre les fibres longitudinales du tube lorsqu'on soumet celui-ci à une flexion. La figure 9 montre ce comportement dans le cas d'un tube de section circulaire de rayon R. Dans la section I, on définit les axes de directions x, y, z, la position de la génératrice de fermeture GF, de la génératrice opposée GO, des génératrices GQ i et GQ 2 qui sont en quadrature avec les 2 précédentes, et un point courant p de coordonnées (x,y). Dans la section III, le tube est soumis à un moment fléchissant + MF. Les fibres neutres, qui ne subissent aucune déformation dans la flexion, sont les génératrices GQ 1 et GQ 2, pour lesquelles y = O. Appelons i la déformation unitaire d'une fibre; en valeur algébrique, i = #z/z. Nous faisons l'hypothèse qu'une section initialement plane reste plane au cours de la flexion. Pour un point p, d'ordonnée y positive, la fibre portant p sera raccourcie d'une valeur ir ( i négatif ). Lorsque p va de GQ 2 à GF, ou de GQ 1 à GF, i passe linéairement de la valeur zéro à la valeur ir max y ir = ir max . R, toujours négative. Par contre, lorsque p va de GQ 2 à GO, ou de GQ 1 à GO, la fibre portant p sera allongée d'une valeur ia ( i positive ): ia = ia max . y, toujours positive. R Si la structure fléchie est isotrope, ia max = - ir max et la déformation de flexion est symétrique par rapport au plan contenant GQ 1 et GQ 2. La structure choisie dans la figure 9-est telle que: * pour un moment fléchissant positif ( section III de la figure 9- ), on ait ir max = - ia max * pour un moment fléchissant négatif, de même valeur absolue NF ( section II de la figure 9 ), on ait: max = a max = - ir max et ir max # 0 . Les fibres pour lesquelles y est négatif ne peuvent prati quement pas se raccourcir, ce qui réalise ltanisotropie désirée. On voit que si l'on oblige le tube à s'enrouler en lui infligeant un moment fléchissant positif, il subit la flexion à la manière de tout corps élastique isotrope. Par contre, si le moment fléchissant est négatif, il n'a d'autre ressource que de s'ouvrir selon GF, toutes les fibres pour lesquelles y est négatif ayant tendance à venir toutes à égale distance de l'axe de rotation. il est évident.que ce fonctionnement n1 est pas le seul qui puisse être envisagé. En particulier, pour moduler à volonté la forme du tube lorsqutil est ouvert, on peut etre amené à fabriquer un matérau anisotrope pour lequel: - les sectlons planes ne restent pas planes au cours de la flexion, - le plan neutre de flexion, qui contient les fibres de défor mation nulle, ne passe pas par l'axe du tube, mais se trouve déporté, et peut meme changer de place en fonction de la sol li citation. k titre d'exemple, on peut réaliser un tube entièrement fabriqué à l'aide d'une structure extensible, mais incompressible, mais dans laquelle l'extension est de plus en plus facile au fur et à mesure que l'on s'éloigne d'un plan de référence. Les figures 10 et il montrent le comportement d'un tel tube, suivant que la génératrice de fermeture se trouve au contact de la poulie ou à l'opposé. Le plan neutre de flexion se trouvera toujours au contact de la poulie, comme l'indiquent les diagrammes des déformations, qui sont des allongements de fibres proportionnels à leur éloignement du plan neutre. Cet allongement pourrait ne pas être proportionnel, Si on faisait varier les caractéristiques de la structure d'une manière non linéaire, ceci afin d'obtenir une forme bien déterminée pour les 2 bordures i n de la génératrice gf lorsqu'elle est ouverte. On peut calculer la loi de variation de l'élasticité de la structure, en fonction de la oourbe désirée, par des considérations géométriques Toutes ces formes d'anisotropie peuvent etre obtenues par exemple en noyant des ressorts présentant les caractéristiques requises, dans un matériau extrêmement souple - et étanche (élastomère), ou en rendant ces ressorts solidaires d'un tube à structure " accordéon " pouvant se prêter sans contraintes à toutes les déformations imposées par les ressorts. Elle peut aussi s'obtenir par moulage ou découpage dans un matériau élastique, de sculptures amenant l'effet désiré: la figure 12 montre à titre indicatif comment on peut rendre anisotrope une plaque de matière élastique anisotrope, en pratiquant des entailles en quinquonce qui donnent des déformations de traction beaucoup plus importantes que celles de compression. Tube auxiliaire Remarquons tout d'abord que sa présence est facultative, pour des convoyeurs courts et peu chargés. L'état d'équilibre transversal du tube auxiliaire est l1 état resserré, comme le montre la figure 13. Des ressorts 12, régulièrement espacés longitudinalement et noyés dans la structure élastique du tube 2 ( élastomère par exemple ), confèrent à celui-ci une section de fer-à-cheval telle que la distance d entre les patins 4 soit inférieure au diamètre ( dans le cas dutube rond ) du tube transporteur 1 qu'ils sont destinés à enserrer. Les câbles 13 et 13', considérés comme inextensibles, et solidaires des ressorts 12, obligent le tube à s'ouvrir au passage sur une poulie 7 par leur tendartee à se rapprocher de l'axe de rotation ( figure 14 ). La distance D entre les patins 4 est devenue zuSSisante pour laisser entrer ou s1 échapper le tube transporteur. Le tube auxiliaire est mis en mouvement par une poulie motrice telle que 7 ( ou plusieurs ), et il est soutenu tout le long de son parcours, lorsque celui-ci est horizontal, par des poulies auxiliaires, ou par des flotteurs incorporés ou rapportés, qui reçoivent une poussée d'krchimède de la part d'un liquide continu dans l'enceinte étanche. La figure 15 montre une possibilité de réalisation. Les fonctions du tube auxiliaire s'interrompent aux points de chargement et de déchargement. La figure 16 représente une configuration possible de station de déchargement, délimitée par les joints d'étanchéité 5; l'enceinte étanche, symbolisée en trait fin, est interrompue et raccordée de façon étanche à une autre enceinte étanche propre à la station de déchargement ( trait fin pointillé ). La station comporte au minimum 3 poulies 6, 6', et 6" dont une seule, la poulie 6, communique au tube une courbure qui détermine son ouverture. La station peut n1 avoir qu'une fonction intermittente: si l'on éclipse la poulie 6 dans le sens de la flèche, et à condition que le tube transporteur 1 comporte un dispositif capable de rattraper le mou ainsi créé, le tube transporteur 1 passera en ligne droite d'un joint 5 à l'autre, en ne faisant que toucher les poulies 61 et 6" qui joueront alors le role de support. Dans cette configuration, il n'y a plus de déchargement ( figure 17 ). Dout ce qui vient titre dit est également valable pour les stations de chargement, qui ne diffèrent pas dans leur prin chipe des stations de déchargement. Le chargement, comme le dechargement, peut s'opérer par gravité, ou à l'aide d'un auxiliaire mécanique; le plus souvent, il y aura au chargement un extracteur, capable de charger régu fièrement et par écoulement naturel le tnEe transporteur, et on trouvera au déchargement un râcle en forme eui aidera les matières transportées à se décoller de la paroi du tube. il est à remarquer que si la décharge n'est pas totale, il n'y a pas d-tinconvémient, car le tube transporteur se referme et emprisonne les matières qui n'ont pas été déchargées: ces matières ne causeront aucun désagrément car elles sont dans le tube étanche, et elles se contenteront de parcourir le circuit, et de revenir à un point de chargement ou de déchargement où elles seront réinjectées, ou déchargées selon le cas. Un des principaux inconvénients des matières d'écoulement difficile, à savoir la pollution des installations, est ici supprimé. Par une disposition judicieuse des poulies, et en rendant amovibles les poulies relatives aux stations de fonctionnement intermittent, et mobiles les poulies relatives aux stations mobiles, les circuits de manutention les plus divers peuvent etre réalisés. Une autre possibilité.à signaler est la faculté de disposer sur le tube auxiliaire ou sur le tube transporteur une balance intégratrice d'un modèle traditionnel. Mais dans le casoù le tube auxiliaire est soutenu par un liquide,l'enfoncement de ce tube représente une indication du poids de matière transportée, et la différence d'enfoncement des brins de transport et de retour constitue une indication du poids de matière qui a été effectivement déchargée, donc un poids net. Des capteurs sans frottement d'un modèle qu-elconque ( cellules photo-électriques, détecteurs proportionnels magnétiques, pneumatiques, à rayonnement,........) donneront 11 indication du débit instantané et fourniront à un intégrateur les informations nécessaires au calcul du poids cumulé. la figure 18 montre à titre d'exemple nn circuit de manutention utilisant l'invention. Seuls, le tube transporteur et ses poulies principales ont été figurées. Un produit solide k est charge dans le circuit au soin a, et pesé sur le tronçon autan. Au point b, un produit B vient en complément de chargement, et le mélange A+S est pesé sur le tron çon bebn, En c, ce mélange est déchargé dans un mélangeur, d'où va sortir le produit C, qui sera chargé en d dans le circuit. le produit C est élevé au sommet d'une batterie de silos, et distribué par la partie tournante du transporteur dans l'un ou l'autre silo; la décharge s'effectue en e, et l'air empoussiéré D est capté en f et rejeté en m, où les poussières sont réinjectées dans le circuit de fabrication.A la base des silos, un transporteur utilisant le même principe, mais miniaturisé, est employé au remplissage de fûtes ou de sacs avec un produit E, et peut venir éventuellement charger, en tournant en sens inverse, le point k du gros transporteur. Le produit E, dans ce cas, est déchargé par une station intermittente et mobile, entre g et h, pour alimenter une batterie de silos en ligne, ou en j Ce circuit de manutention déjà complexe serait obtenu, avec des moyens conventionnels, à grand renfort d'appareils spé cialisés, et au prix d'une lourdeur mécanique génératrice de pannes et coûteuse en entretien. il est réalisé ici simplement et d'une manière compacte, toujours en enceintes étanches qutil suffit de raccorder d'une manière étanche aux silos, récipients, extracteurs, et autres appareils du réseau. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où une matière sèche ou pâteuse, sous des formes physiques diverses, doit être transporté d'un endroit à un autre, ou lorsque la matière doit être déversée dans un récipient ou un emballage, avec une sécurité et une propreté similaires à celles que procurent les pompes, dans le domaine particulier des fluides. L'invention trouve son application dans les industries de transformation: alimentaires, chimiques, pharmaceutiques, métallurgiques, liants hydrauliques,...., dans les industries de production d'énergie à partir de matières solides, ou produisant des déchets solides: charbon, énergie nucléaire, , et également dans les industries d'équipement: bâtiment, travaux publics, pour la manutention des agrégats et des bétons. En agriculture, l'invention pourra servir à transporter indifféremment les ingrédients nécessaires aux cultures, les terres, et ) les récoltes de légumes, fruits, fourrages ou autres produits du sol. R S Y E N A ? I O N S 1. Transporteur universel permettant de véhiculer des matières sèches ou pâteuses, caractérisé par le fait que le transport s1 effectue à l'intérieur d'une bande transporteuse enveloppante, de forme tubulaire, animée d'un mouvement de translation recti Ligne ou courbe le long d'un circuit fermé la bande transporteuse forme un tube étanche, pouvant s'ouvrir à volonté sur une ou plusieurs portions d'une génératrice privilégiée, l'ouverture étant obtenue par une action convenable sur la structure anisotrope de la bande transporteuse. 2e Transporteur Selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure anisotrope de la bande permet à celle-ci: - d'avoir, en dehors de toute contrainte, une forme tubulaire de section géométriquement remarquable, - de fléchir de manière qu'une section initialement plane le demeure au cours de la flexion, - de fléchir en ayant un plan neutre qui sert de plan de sépara tion du tube en deux parties, l'une extensible et compressible, qui contient la génératrice de fermeture, l'autre extensible mais incompressibles - de s'ouvrir selon la génératrice privilégiée dite n de ferme ture n lorsqu'une flexion est provoquée par le passage du tube sur une poulie, de manière que cette génératrice soit la plus éloignée de l'axe de rotation de la poulie, - de ne pas s' ouvrir lorsque la flexion s'effectue d'une façon opposée ou transversale. 3. Transporteur selon la -revendication 1 caractérisé par le fait que dans la déformation imposée au tube, une section initialement plane peut ne pas le demeurer, et que le plan neutre des déformations, s'il existe, peut ne pas se trouver dans un plan méridien du tube, et peut éventuellement se déplacer suivant le mode de sollicitation. 4. Transporteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la structure anisotrope est constituée par des ressorts appropriés, noyés dans un matériau élastique, ou fixées convenablement à ce matériau élastique. 5. Transporteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la structure anisotrope est obtenue par des sculptures appropriées exécutées dans la matériau élastique de base de la bande transporteuse, lors du moulage ou après coup. 6. Transporteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'au moins une des stations de chargement ou de déchargement est conçue de manière à pouvoir se situer à l'orifice, ou à l'intérieur d'un récipient ou d'un emballage. 7. Transporteur selon les revendications 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5, ou 6, caractérisé par le fait que le tube transporteur est soutenu, guidé, propulsé, et ét-reint par un tube auxiliaire, dont le rôle stinterrompt lorsqutil s'enroule sur une poulie qui lui commanique une flexion convenablement orientée. La structure du tube auxiliaire est similaire à celle du tube transporteur, ou inspirée d'elle, et peut s'obtenir par les mêmes moyens Le tube auxiliaire est soutenu, guidé, et mu par les moyens habituels de la manutention continue ( tambours, rouleaux, soles de glissement,....) 8. Transporteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le tube auxiliaire, mu et guidé par les moyens habituels de la manutention continue, est muni de flotteurs, qui subiront une poussée de la part du fluide contenu dans l'enceinte du transporteur, poussée qui équilibrera le poids des tubes de transport et auxiliaire, et de la matière contenue; cette poussée remplacera les rouleaux, soles de glissement ou autres moyens traditionnels. 9. Transporteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'enceinte est munie de capteurs de niveau ou de déplacement, destinés à mesurer 11 enfoncement des flotteurs supportant les tubes, de manière à fournir l'indication du poids de matière transportée à chaque instant.