Brevet FR2322656A1 — publié le 19770401

La présente invention se rapporte à un broyeur à action périphérique et, plus particulièrement, à l'amélioration de l'effet de mélange d'un broyeur à action périphérique pour écraser et mélanger des granules simultanément. Un broyeur à action peripherique classique est généralement muni d'une cuvette annulaire à fond plat, d'un arbre central vertical de commande et de deux galets montés pour tourner aux deux extrêmites d'un arbre horizontal dont le centre est relie à l'arbre de commande. Dans la cuvette, les galets tournent autour de l'arbre central vertical de commande tandis qu'ils roulent sur l'arbre horizontal. Pendant qu'ils se déplacent de cette façon, les galets entraînent et foulent les granules de manière à les broyer et à les mélanger simultanément dans la cuvette. L'effet de mélange procuré par un tel broyeur à action périphérique dépend principalement de la force centrifuge due aux galets. Lorsque les galets tournent autour de l'arbre central de commande, une force centrifuge est développée sur les galets par rapport à l'axe de l'arbre central de commande. Cette force oblige les granules à se déplacer à l'opposé du centre en allant des bords intérieurs des galets vers le pourtour de la cuvette. Mais, plusieurs racleurs sont disposés sur le pourtour de la cuvette et leur action oblige les granules à se déplacer vers le centre à partir du pourtour de la cuvette vers la limite intérieure de cette cuvette en traversant les galets. Cela provoque donc des écoulements radiaux et opposés des granules qui assurent le mélange de ces granules.En raison de la presence des racleurs, l'effet de mélange est accru lorsqutaugmente la force centrifuge due au mouvement des galets autour de l'axe de l'arbre central de commande. La force centrifuge relative à un point quelconque "f" d'un galet en mouvement autour de l'axe de l'arbre central de commande s'exprime par les équations suivantes F = m.v2/r (1) V = 2wr.r.n (2) F = force centrifuge relative au point "f" en mouvement autour de l'axe de l'arbre central de commande ; m = masse du point "f"; v = vitesse due à la rotation du point "f" r = distance du point "f" à l'axe de l'arbre central de commande n = nombre de tours par unité de temps effectués par le galet ; Etant donné que le point "f" comprime la cuvette lors de sa rotation autour de l'arbre central de commande, on a m = h#W (3) Dans cette équation m = masse du point "f", W = compression exercée par le point "f" sur la cuvette, h = constante. A partir de (1), (2) et (3), on obtient F = H W r (4) Dans cette relation H = 411'2-h La compression exercée par le point "f" sur la cuvette est exprimée par les équations suivantes W = r#w' (5) w' = a-w (6) dans lesquelles W = compression exercée par le point "f" sur la cuvette, r = distance du point "f" a l'axe de l'arbre central de commande, w' = action gravitaire du point "f", w -= poids du galet augmente de la moitié de celui de l'arbre horizontal, a = constante. A partir de (4), (5) et (6), on obtient F = e w-n2 r2 (7) Dans cette équation e = H#a L'effet de mélange en tout point "f" d'un galet est proportionnel a la force centrifuge relative au point lifil en mouvement autour de l'axe de l'arbre central de commande ; compte tenu des racleurs, on a y = k-F (8) Dans cette relation y = effet de mélange au point "f" F = force centrifuge relative au point "f" en mouvement autour de l'axe de l'arbre central de commande, k = constante. L'effet de mélange total dû au galet résulte de l'addition des effets de mélange en tous les points "f" du galet dans la direction radiale de la cuvette. On a donc : Y = effet de mélange total dû au galet, y = effet de melange au point "f", r = distance du point "f" à l'axe de arbre central de commande, A = distance du bord intérieur du galet à l'axe de l'arbre central de commande, B = distance du bord extérieur du galet à l'axe de l'arbre central de commande. A partir de (7), (8) et (9), on obtient l'équation dans laquelle C = k.e. Etant donne "n" et "A" dans l'équation (10), "Y" augmente lorsque Hw" et "B" augmentent. En d'autres termes, l'effet de mélange total dû au galet augmente lorsque le poids et la largeur du galet augmentent, les racleurs, le nombre de tours du galet par unite de temps et la distance du bord intérieur du galet à l'axe de l'arbre central de commande étant donnés. 'Cependant, on est pratiquement tres limité pour augmenter la largeur du galet parce que ce galet tourne autour de l'arbre central de commande sur le fond plat de la cuvette annulaire. Cela reduit en outre, en pratique, l'augmentation du poids du galet. En effet, il est necessaire d'augmenter le diamètre du galet dans un espace relativement limité de la cuvette annulaire pour augmenter le poids du galet sans augmenter sa largeur, la matière de ce galet etant donnée. On peut donc dire que l'effet de mélange des broyeurs a action périphériques classiques est tout à fait limité. Par exemple, lorsqu'on utilise un broyeur à action périphérique pour produire du sable de moulage ou un matériau pour briques, on désire souvent augmenter l'effet de mélange du broyeur dans une mesure telle qu'on obtienne un mélange fin. L'invention a pour but principal d'augmenter l'effet de mélange d'un broyeur à action périphérique de maniere à obtenir en pratique un mélange fin. Un autre but de l'invention est de commander pneumatiquement l'effet de melange du broyeur à action périphérique. L'invention concerne à cet effet un broyeur du type ci-dessus, caractérisé en ce que plusieurs verins pneumatiques sont suspendus au rotor supérieur et appliquent les galets sur le fond de la cuvette. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexes représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une ejévation verticale en coupe partielle d'un broyeur à action périphérique conforme à l'invention, - la figure 2 est un schéma par blocs d'une installation pneumatique pour le broyeur a action périphérique suivant la fig. 1. Le broyeur à action péri phéri que conforme à l'invention comprend principalement une cuvette annulaire 1 a fond plat montée sur un bâti 22, un arbre de commande vertical 2 disposé au centre de la cuvette annulaire 1, un rotor inférieur 3 engage et calé sur l'arbre central vertical de commande 2, un rotor supérieur 6 engagé et calé sur le même arbre de commande 2, un couple de galets 5, 5', reliés en porte-à-faux au rotor inférieur 3 et deux vérins pneumatiques 7, 7', suspendus au rotor supérieur 6. Le rotor inferieur 3 est muni de deux bras 25, 25', en saillie radiale, le bras 25 étant plus court que le bras 25'. Le rotor supérieur 6 est muni de deux bras 26, 26', en saillie radiale, le bras 26 étant plus court que le bras 26'. Le montage en porte- -faux du galet 5 sur le rotor inférieur 3 est tel que ce galet 5 est monté pour tourner à une extrémité d'un arbre 4 essentiellement horizontal dont l'autre extrémité est reliee à l'extrémité extérieure du bras 25 de manière à pouvoir se déplacer verticalement. La liaison correspondante est indiquée en 24.L'arbre horizontal 4 est muni d'une oreille 9 montée solidairement. L'oreille 9 est plus près du galet 5 que la liaison 24. De même, le galet 5' est monté pour tourner à une extrémité d'un arbre 4' essentiellement horizontal dont l'autre extrémité est reliée à ltextremite extérieuredu-bras 251 avec possi bilité de déplacement vertical. La liaison correspondante est indiquée en 24'. L'arbre 4' est muni d'une oreille 9' montée solidairement. L'oreille 9' est plus prés du galet 5' que la liaison 24'. Le montage suspendu du vérin pneumatique 7 sur le rotor supérieur 6 est tel que ce vérin 7 est suspendu au bras 26 par l'intermédiaire d'une fourchette exactement au-dessus de l'oreille 9 de l'arbre horizontal 4. Le verin pneumatique 7 est muni d'un piston à déplacement vertical 8 dont l'extrémité inferieure est reliée à oreille 9 par une cheville 10. De même, le vérin 7' est suspendu au bras 26' par l'intermédiaire d'une manille exactement au-dessus de l'oreille 9' de l'arbre 4'. Le verin 7' est muni d'un piston à déplacement vertical 8' dont l'extrémité inferieure est reliée à l'oreille 9' par une cheville 10'. L'extrémité supérieure de l'arbre central vertical de commande 2 est munie d'un joint tournant 11 au moyen duquel les vérins pneumatiques 7, 7', sont reliés à une source d'air comprimé comprenant un compresseur 12. On constitue ainsi une installation pneumatique. L'extrémité inférieure de l'arbre de commande 2 est reliee à un réducteur de vitesse 21 et à un moteur qui l'entraine. Le réducteur de vitesse 21 et le moteur sont montes sur le bâti 22 qui comporte plusieurs pieds 20. Les galets 5, 5' sont jumelés. Les arbres horizontaux 4, 4', sont également jumelés. Etant donné que le bras 25 est plus court que le bras 25', le bord interieur du galet 5 est plus près de l'arbre central vertical de commande 2 que le bord intérieur du galet 5'. Le bord extérieur du galet 5' est plus loin de ce même arbre de commande 2 que le bord extérieur du galet 5. La limite intérieure de la cuvette annulaire 1 est munie d'une série de racleurs (non représentés) pour envoyer les granules de la limite intérieure de la cuvette 1 vers le bord intérieur du galet 5. Le pourtour de la cuvette annulaire 1 est muni d'une série de racleurs- (non représentés) pour obliger les granules a se déplacer vers le centre à partir du pourtour de la cuvette 1 vers la limite intérieure de cette cuvette 1 en traversant les galets 5, 5'. Pour le fonctionnement, la cuvette annulaire 1 est chargée initialement avec des granules, le moteur est mis en route avec le réducteur de vitesse 21 et l'installation pneumatique munie du compresseur 12 est mise en fonctionnement. Les galets 5, 5', sont alors mis en rotation autour de l'arbre central de commande 2 tandis qu'ils roulent sur les arbres horizontaux 4, 4', respectivement. En même temps, de l'air comprimé est envoyé aux vérins pneumatiques 7, 7', de telle sorte que les pistons 8, 8', poussent respectivement vers le bas les arbres horizontaux 4, 4'. Lors de ce mouvement, les galets 5, 5', entrainent et foulent les granules, de manière à les broyer et à les mélanger simultanement dans la cuvette 1. Lorsque les galets 5, 5', tournent autour de l'arbre central de commande 2, une force centrifuge est développée par le mouvement des galets 5, 5', autour de l'axe de l'arbre central de commande 2. Cette force centrifuge oblige les granules à se déplacer à l'opposé du centre en allant du bord intérieur du galet 5 vers le pourtour de la cuvette 1 en traversant les deux galets 5, 5'. Les racleurs extérieurs (non représentés) agissent pour obliger les granules à se déplacer vers le centre à partir du pourtour de la cuvette 1 vers la limite intérieure de cette cuvette 1 en traversant les deux galets 5, 5'. Les racleurs intérieurs (non représentés) agissent pour envoyer les granules de la limite interieure de la cuvette 1 vers le bord intérieur du galet 5. Pour des racleurs donnes, l'effet de mélange augmente donc lorsqu'augmente la-force centrifuge correspondant au mouvement des galets 5, 5', par rapport à l'axe de l'arbre central de commande 2. La force centrifuge relative à un point quelconque "f" (non représenté) du galet Sen mouvement autour de-l'axe de l'arbre central de commande 2 est exprimée par l'équation (4) mentionnée précédemment. La compression exercée par le point "f" sur la cuvette 1 est exprimée par les équations suivantes W = W1 + W2 (11) Wl = (r - i).w' {12) w' = b.w (13) W2 = (r - j).p' (14) P' = c.p (15) Dans ces équations W = compression exercée par le point "f" sur la cuvette i, W1 = composante de compression due à l'action de la gravité sur le point "f", W2 = composante de compression due à la pression pneumatique appliquée au point "f" par le piston 8 par l'intermédiaire de l'arbre horizontal 4, r = distance de l'axe de l'arbre central de commande 2 au point tif" i = distance de l'axe de l'arbre central de commande 2 à la jonction 24, w' = action gravitaire du point "f", w = poids du galet 5 augmenté de celui de l'arbre horizontal 4, j = distance de l'oreille 9 à l'axe de l'arbre central de commande 2, p' = pression pneumatique appliquée au point 1,f" par le piston 8 par l'intermediaire de l'arbre horizontal 4, p = pression pneumatique appliquée par le piston 8 à l'arbre horizontal 4, b = constante, c = constante.- A partir de (11), (12), (13), (14) et (15), on obtient W = r.(b.w + c.p) - (i.b.w + j.c.p.) (16-) Dans l'équation (16), le second terme à droite est bien plus faible que le premier terme et peut, en conséquence, être négligé en pratique.L'équation (16) s'exprime alors comme suit W = r.(b.w + c.p) (17) A partir de (4) et (17), on obtient F = H.n2.lb.w + c.p).r2 (18) L'effet de mélange en un point quelconque "f" du galet 5 est proportionnel à la force centrifuge relative a ce point "f" en mouvement autour de lJaxe de l'arbre central de commande 2. Les racleurs étant donnes, cet effet est exprimé par l'equation (8) précédente. L'effet de mélange total à travers le galet 5 résulte de la sommation des effets de mélange en tous les points tels que "f" du galet 5 suivant la direction radiale de la cuvette 1, et par conséquent Dans cette equation Y1 = effet de melange total dû au galet 5, y = effet de melange au point "f", r = distance du point flffl a l'axe de l'arbre central de-commande 2, R1 = distance du bord intérieur du galet 5 à l'axe de l'arbre central de commande 2, R2 = distance du bord extérieur du galet 5 à l'axe de l'arbre central de commande 2. A partir de (8), (18) et (19), on obtient = K.n2.(b.w + c.p)(R23 - R13)/3 (20) Dans cette équation K = k.H L'effet de mélange total dû au galet 5', dont le bord intérieur et le bord extérieur sont respectivement à la distance "R3" et à la distance "R4" de l'axe de l'arbre central de commande 2 s'exprime de façon similaire par ltequation suivante = K.n2.(b.w + c.p)(R43 - R33)/3 (21) L'effet de mélange total du broyeur à action peri phérique est égal à la somme de Y1 et Y2 et s'exprime par l'équation suivante Y1 + Y2 = E.n2.(b.w + c.p) (R23 - R13) + (R43 - R33) (22) dans iaquell E = K/3 Par conséquent, conformément à l'équation (22), la somme Y1 + Y2 augmente lorsque "p" augmente, les autres facteurs étant donnés. En d'autres termes, l'effet de mélange total du broyeur à action périphérique augmente lorsqu'augmente la pression pneumatique appliquée aux arbres horizontaux 4, 4', par les pistons 8,8', les autres conditions étant déterminées. Etant donné que la pression pneumatique appliquée aux arbres horizontaux 4, 4', par les pistons 8, 8', peut être augmentée pratiquement sans accroître notablement les poids et les dimensions des galets 5, 5', on peut dire que l'effet de melange du broyeur à action périphérique conforme à l'invention n'est pratiquement pas limité. En fait, l'effet de mélange peut être augmenté en pratique, conformément à l'invention, dans une mesure suffisante pour obtenir un mélange fin. En outre, cet effet de mélange peut être commandé pneumatiquement si on le désire. De plus, les montages en porte-à-faux des galets sur le rotor inférieur permet de prévoir un nombre relativement grand de galets à des distances différentes de l'axe de l'arbre central de commande 2. Cela augmente notablement l'effet de mélange total du broyeur à action périphérique. L'installation pneumatique destinée au broyeur à action périphérique conforme à l'invention comprend une vanne d'étranglement 13, une soupape de réglage 14 et une soupape de sûreté 15. Ces organes-sont disposés entre le compresseur 12 et le joint tournant 11. La soupape de réglage 14 est munie d'un ensemble à diaphragme et obturateur tel que la soupape peut être ouverte pour permettre l'alimentation en fluide des vérins 7, 7', à partir du compress-eur 12 par I.'intermédiaire du joint tournant 11 lorsque la pression de l'installation est inférieure à une valeur déterminée. La soupape peut être fermee pour arrêter l'alimentation en fluide lorsque la pression de l'installation est supérieure à cette valeur déterminée. La soupape de sûreté 15 est prévue pour évacuer à l'extérieur une pression exagéree à partir des vérins 7, 7', lorsque une telle pression s'établit dans ces vérins au-dessus d'une valeur determinee. Pour le fonctionnement, la soupape de réglage 14 et la soupape de sûreté 15 sont réglées initialement pour fonctionner à une valeur de pression déterminée et le compresseur 12 est mis en marche pour fournir de l'air comprimé à la pression voulue. L'air comprimé est alors fourni aux verins 7, 7', par l'intermédiaire du joint tournant 11. Il en résulte que les pistons 8, 8', poussent respectivement les arbres horizontaux 4, 4', vers le bas. Si, par suite d'une alimentation exagérée à partir du compresseur 12 ou d'une réaction des galets 5, 5', due par exemple à ltentraînement d'un élément trop gros dans la cuvette 1, la pression dans l'installation dépasse la valeur fixée pour les soupapes 14 et 15, la soupape de réglage 14 fonctionne et suspend l'alimentation en air comprimé.La soupape de sûreté 15 fonctionne et évacue à l'exté- rieur une pression exagéree à partir des vérins 7, 7', lorsqu'une telle pression s' établit dans ces vérins au-dessus de la valeur fixee, jusqu'à ce que la pression soit réduite à cette valeur fixée Ainsi, les galets 5, 5', peuvent toujours fonctionner de façon sûre avec la compression voulue sur la cuvette 1. Cela permet d'ameliorer l'effet de mélange fin du broyeur à action péri phérique conforme a l'invention. Les vérins 7, 7', peuvent être à simple effet ou a double effet. Dans ce dernier cas, les pistons 8, 8', peuvent être aussi bien tirés vers le haut que déplacés vers le bas si des soupapes d'inversion sont prévues pour cela dans l'installation pneumatique. Il peut être bon de prévoir une installation hydraulique au lieu d'une installation pneumatique. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportees par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédes qui viennent d'être décrits à titre d'exemple non l~imitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1"/- Broyeur à action périphérique comportant principalement une cuvette annulaire à fond plat montée sur un bâti, un arbre vertical de commande disposé au centre de la cuvette annulaire, un rotor inférieur engagé et calé sur l'arbre central vertical de commande, un rotor supérieur engagé et calé sur cet arbre vertical de commande, plusieurs galets montes en porte-à-faux sur le rotor intérieur, broyeur caracterise en ce que plusieurs vérins pneumatiques sont suspendus au rotor supérieur et appliquent les galets sur le fond de la cuvette. 2a/ Broyeur suivant la revendication 1, caracterise en coque plusieurs organes racleurs sont prévus sur le pourtour et la limite intérieure de la cuvette annulaire, les galets étant disposés à des distances differentes de l'arbre central de commande, les verins pneumatiques étant disposés à des distances différentes de l'arbre central de commande, le rotor inférieur etant muni de plusieurs bras en saillie radiale, le montage en porte-à-faux de chaque galet sur le rotor inférieur étant tel que ce galet est monté à une extrémité d'un arbre essentiellement horizontal dont l'autre extrémité est reliée à ltextrêmite extérieure de l'un des bras du rotor avec possibilité de déplacement vertical, le rotor superieur étant muni de plusieurs bras en saillie radiale, chaque vérin etant muni d'un piston à déplacement vertical, le montage suspendu de chaque verin pneumatique sur le rotor supérieur etant tel que ce vérin est suspendu à l'un des bras du rotor supérieur, de telle sorte que le piston correspondant est en mesure de comprimer l'un des arbres essentiellement horizontaux, le point d'application de cette compression étant plus-pres du galet considéré que la liaison de l'arbre horizontal avec le bras correspondant du rotor inférieur. 3 /- Broyeur à action périphérique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des arbres essentiellement horizontaux est muni d'une oreille montée solidairement et disposée au point d'application de la compression correspondante, l'extrémité inférieure du piston correspondant étant reliee à cette oreille par une cheville pour transmettre une compression. 4"/- Broyeur à action périphérique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les vérins pneumatiques sont reliés à une source d'air comprimé par l'intermédiaire d'une soupape de sûreté et d'une soupape de réglage, l'alimentation en air comprimé des vérins à partir de la source étant interrompue lorsque la pression régnant dans l'installation depasse une valeur déterminée, une pression d'air comprimee exagérée étant évacuée à l'extérieur à partir des vérins lorsqu'une telle pression s'établit dans ceux-ci au-dessus de la valeurdéterminée.