Brevet FR2360350A1 — publié le 19780303

L'invention a pour objet un broyeur-malaxeur à billes, comportant une chambre de concassage à paroi cylindrique et un canal hélicoRdal qui épouse la face externe de cette paroi, le canal étant prévu pour le passage d'un fluide dont la circulation en assure le refroidissement ou le réchauffement ; la paroi du canal, située en regard de la chambre de concassage, est formée par la face externe de la paroi de la chambre elle-même, Les broyeurs-malaxeurs à billes comportent une chambre de concassage, dans laquelle est disposé un organe malaxeur fonc tionnant par rotation Cette rotation a pour effet de mettre en mouvement les billes contenues dans la chambre, afin que celles-ci assurent le concassage de la matière à broyer, également présente dans la chambre, sous 11 action des forces engendrées par les chocs et les cisaillements. On utilise ces broyeurs à billes, par exemple, pour la fabrication de colorants ou la désintégration de micro-organismes dont on extrait les enzymes. Pendant le broyage, il se produit une transformation d'énergie cinétique en chaleur, En outre, il neut y avoir des réactions chimiques dégageant une quantité supplémentaire de chaleur. Or, il est-souvent très important de limiter au possible la température de la matière pendant le broyage. En pareil cas, il faut donc refroidir la chambre de broyage. Mais il peut, au contraire, titre parfois nécessaire de la réchauffer. Dans un broyeur-malaxeur à billes connu, la chambre de concassage est entourée d'une gaine cylindrique qui coopère avec elle, pour définir un interstice de section annulaire. Cette gaine est pourvue, en deux points diamétralement opposés, d'une série d1 orifices de passage. Par l'une de ces séries d'orifices, ltinters- tice reçoit un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau provenant du réseau de distribution. Le fluide circule dès lors dans l'espace interstitiel, pour s'échapper par l'autre série d'orifices. Dans ce broyeur-malaxeur connu, la chambre de concassage n'est cependant pas refroidie d'une manière régulière en tous ses points, et il en résulte qu'en certains endroits, la température est susceptible d'atteindre une valeur relativement élevée. Des lors, pour éviter un échauffement inadmissible de certaines parties de la matière à concasser, il est nécessaire de travailler avec un débit élevé de réfrigérant, Or, on connaît, non pas pour les broyeurs à billes, mais pour d'autres applications, un procédé consistant à entourer les chambres à refroidir par des serpentins de refroidissement qui s'étendent selon un tracé hdlicoSdal le long de la face externe de la paroi de la chambre.Des serpentins connus de ce type sont constitués par des tubes à section arrondie ou rectangulaire, fixés sur la paroi de la chambre par soudage ou par brasage. Toutefois, cette construction présente l'inconvénient de laisser sub- sister, entre le tube et la paroi de la chambre, une résistance relativement élevée à la conduction thermique, qui a pour effet de réduire le rendement de l'installation. On connait, d'autre part, une méthode consistant à ren- placer les tubes par des rigoles à section sensiblement semi-circulaire, réunies par soudage ou brasage à une paroi d'une chambre, de telle sorte que la paroi forme avec ces rigoles un canal héli cotidal. La surface limite de ce dernier en regard de la chambre est alors constituée par la face externe de la chambre elle-mtme, celle-ci se trouvant ainsi en contact direct avec le fluide de refroidissement. Cela permet de diminuer la résistance à la conduction thermique entre le fluide et la paroi de la chambre.Toutetois, pour pouvoir souder ou braser de façon étanche les deux bords d'une telle rigole sur la paroi de la chambre, il est nécessaire de menager un espacement entre deux volutes successives de la ri gole. Il en résulte qu'entre deux boucles successives de la rigole hélico!tdale, il subsiste des éléments de paroi non baignés par le fluide réfrigérant. On ne peut donc obtenir, par une telle construction, un refroidissement rigoureusement régulier. De plus, le soudage ou brasage parfaitement étanche de la rigole représente une dépense de temps de travail assez considérable et ne peut être réalisé que par un spécialiste qualifié travaillant avec beaucoup de soin. La présente invention permet de réaliser un broyeur-malaxeur à billes, dont la chambre de concassage peut être refroidie ou réchauffée dans sa totalité par un faible débit de fluide en circulation. Ce but est atteint, selon l'invention, à partir d'un bro- yeur à billes équipé d'une chambre décrite ci-dessus, caracterisé en ce que la surface limite du canai, située à leoppos#8e la chambre, est constituée par une gaine coaxiale avec la chambre, les deux limites latérales du canal étant formées par les deux faces latérales de deux tours successifs d'une seule et unique paroi de séparation disposée en hélice Au cours de différents essais comparatifs, des broyeursmalaxeurs à billes de nszodèles connus ont été confrontés avec des appareils selon l'invention. Le fluide de refroidissement utilisé était, au cours de ces essais, de l'eau provenant du réseau de distribution.Il s'est avéré que, toutes circonstances étant égales d'ailleurs et, en particulier, le fluide étant fourni avec le méme débit moyen, la température à l'intérieur de la chambre de concas- sage s'élevait, par exemple, à 500C dans un broyeur selon l'invention contre 60C dans un broyeur de type connu. D'autres essais ont démontré que le refroidissement de la chambre de concassage permettait de maintenir la température de celle-ci, ns le cas d'un broyeur selon l'invention, à une valeur inférieure de 5 à 20 degrés à celle qui régnait dans l'un des modèles connus. L'invention est expliquée ci-dessous, de façon plus détaillée, à l'aide d'exemples d'exécution, dépourvus de tout caractère limitatif, décrits ci-dessous et illustrés aux dessins annexés. La figure i est une vue en coupe axiale d'un broyeur-malaxeur selon l'invention, comportant un canal hélicotdal entourant la chambre de concassage. Fig. 2 est un extrait à plus grande échelle de la fig.1. Fig. 3 illustre en coupe axiale une variante du broyeurmalaxeur selon l'invention. Fig. 4 est une vue partielle de la paroi d'une chambre de concassage selon une autre variante de l'invention, avec la gaine entourant la chambre. Le broyeur-malaxeur selon l'invention, qui n'est que partiellement représenté à la figure 1, comporte un bâti, dont seul le corps de l'appareil 1 est illustré sur cette figure. Ce corps présente un élément la en forme ce manchon, se prolongeant à son extrémité libre par une bride annulaire 1bo A cette dernière est fixé, au moyen de vis non représentées3 une collerette 3 faisant partie d'une chambre de concassage globalement notée 2. Cette chambre présente une paroi 4, métallique, cylindrique, fixée de façon étanche à la collerette métallique 3, par exemple par soudage. A son autre extrémité, la paroi 4 de la chambre se termine par une bague 5 soudée de façon étanche. Ainsi qu'on le voit plus particulièrement à la figure 2, la collerette 3 présente une gorge cylindrique 3a dont l'extrémité libre est bordée par un collier 3b faisant radialement saillie vers l'extér:leur. Sur ce dernier est mixée, de armon étanche, c'est a-dire par soudage ou brasage, une gaine métallique 5 réunie de façon correspondante à la bague 5. La gaine 6, également cylindrique, est coaxiale avec la paroi 4 de la chambre. Entourant celle-ci, la gaine définit avec elle un espace interstitiel de section annulaire. La face externe 4a de la paroi 4 de la chambre est pourvue d'une rainure hélîcoT- dale 4b. Dans cette rainure est insérée une barade métallique, de section rectangulaire, qui constitue une cloison de séparation 7 disposée en hélice.La partie terminale 7a de la cloison 7, visible à la figure 2, ainsi que 11 extrémité opposée 7b de la bande héli- cotidale, sont fixées à la paroi 4 de la chambre par soudage ou brasage La face externe 4a de la paroi 4, la face interne 6a de la gaine 6 et les deux faces latérales 7b et 7c de la cloison 7 défi- nissent ensemble un c anal hélicotdal 8. Ainsi donc, les deux limites latérales de ce canal 8, compte non tenu des extrémités de celui-ci, sont formées, pour chaque volute, par les deux faces la térales respectives 7b et 7c de deux tours du tracé hélicotdal d' une seule et meme cloison de séparation 7.De cette façon, deux volutes successives du canal hélîcotdal 8 ne sont séparées que par la cloison de séparation 7, sans qu'il nty ait aucun autre intervalle entre elles. A l'extrémité de la gaine 6, à gauche de la figure 1, se trouve une tubulure d'admission 9 qui débouche dans l'extrémité amont du canal 8. L'autre extrémité du canal 8 communique avec une tubulure d'échappement 10. Par la tubulure dsadmission 9, la canal peut recevoir un fluide calorî-porteur liquide ou éventuellement gazeux dont la circulation refroidit ou chauffe la paroi de la chambre, La hauteur de la cloison de séparation 7 est telle que la cloison épouse d'une façon assez étanche aussi bien la paroi 4 de la chambre que la gaine 6. En fait, la cloison 7 doit épouser ces deux éléments deassez près, mais sans réaliser une étanchéité complète, de telle sorte qu'au moins la moitis du courant de fluide suive les volutes de l'hélice au lieu de passer, parallèlement b l'axe de la chambre, entre les bords de la cloison 7 et la paroi 4 ou la gaine 6. Lors de la construction de la chambre de concassage 2, on soude ou brase en premier lieu la paroi 4 sur la collerette 3. Le canal 8 peut, par exemple, autre réalisé par formation de la cloison de séparation 7 à l'aide d'une bande élastiquement déformable, que l'on enroule en forme de ressort hélicoîdal, dont le diamBtre intérieur est légèrement inférieur à celui de la face externe 4a0Lorsqu'on fait glisser ensuite la bande élastique sur la paroi 4 de la chambre, son enroulement pénètre, sous l'action de la tension du ressort, dans la rainure 4b, dont il épouse le fond. Ensuite, les extrémités de la bande, qui constitue la cloison de séparation 7, sont soudées à la paroi de La chambre. Quant à la gaine 6, il est rationnel que son diamètre intérieur soit légèrement inférieur au diamètre extérieur de la cloison 7.On peut alors chauffer la gaine 6 qui se dilate et peut être emboftée au-dessus de la cloison 7 à chaud. Enfin, la bague 5 est emboîtée sur la paroi 4, où elle est fixée par soudage ou brasage. Dès lors, la gaine 6 peut être soudée ou brasée à son tour sur la collerette 3 comme sur la bague 5. Lorsque la gaine 6 est revenue à la température ambiante, elle repose sur la cloison de séparation 7, en exer çant une pression sur celle-cie Ce procédé permet d'obtenir une étanchéité suffisante, malgré les défauts de précision toujours possibles dans la fabrication des pièces. Ensuite, on peut placer, par soudage ou brasage, les tubulures 9 et 10 et les solidariser au besoin, par des organes rai disseurs, avec la collerette 3 ou avec la bague 5. Enfin, la gaine 6 peut etre recouverte, en vue d'un meilleur isolement thermique, par une enveloppe isolante, non représentée au dessins Bien entendu, on peut prévoir encore un capot de protection extérieur qui définit avec la gaine 6/espace creux. Sur la bague 5 est montée à vis une bague interméotaire Il ainsi qu'unie bride 12, ces deux éléments terminant la chanvre de concassage à son extrémité représentée à droite des dessins. j bride 12 est pourvue dgun raccordement 13 par lequel peut entre intraduite la matière à broyer. Dans la partie la en forme de manchon, servant de palier, tourne un arbre 15 supporté par un roulement à billes 14 et un se- cond roulement non visible à la figure i. L'extrémité libre de ce dernier pénètre dans la chambre de concassage 2 et porte un organe malaxeur 16 pourvu de disques agitateurs 17. Ceux-ci comportent des encoches et des surfaces glissantes permettant, lorsque l'arbre est en mouvement, d'agiter les billes contenues dans la chambre. A l'extrémité de celle-ci se trouve un séparateur à fente qui comporte un stator annulaire 18 fixé à un plateau annulaire 19. Ce dernier est bloqué par serrage entre la bride lb et la collerette 3. Le séparateur comporte en outre un rotor 20 calé sur 1' arbre 15. Le stator 18 et le rotor 20 délimitent ensemble une fente annulaire dont les cotes sont telles que la matière concassée puisse s'écouler hors de la chambre, tandis que les billes servant au broyage y restent prisonnières. A gauche du séparateur selon la figure 1 se trouve un raccordement de départ pourvu d'une vanne 22, pour l'évacuation de la matière broyée. Arbre 15 est relié, à sa partie gauche, non visible sur la figure 1, à un mo teur par l'intermédiaire d'une transmission.Au voisinage du séparateur à fente se trouvent encore des raccords à fluide réfrige rant, dont l'un est visible et noté 23 Ces raccords permettent d' assurer le refroidissement de certaines parties du s4parateur. Pour ce qui concerne la configuration et le fonctionnement du séparateur à entez il convient de se reporter, à titre d'exemple, au brevet suisse n 550 024 ou au brevet UQSe n 3 762 657. Fendant le fonctionnement du broyeur malaxeur à billes selon l'inventions la matière à broyer est introduite dans la chambre de concassage 2 sous une forme liquide en passant par le raccordement diarrivée. il peut s'agir, par exemple, d'un liquide contenant des bactéries qu'il s'agit de fractionner pour obtenir une enzyme. Les billes, présentes dans la chambre de concassage 2, sont mises en mouvement par l'organe malaxeur 16 et fractionnent la matiere à broyer par chocs et eisaillemcnto Ce processus dégage de la chaleur. Le canal 8 est alors parcouru pendant le fonction nement du broyeur, par un fluide servant au refroidissement, par exemple de l'eau du réseau de distribution.Etant donné que ce fluide effectue une circulation forcée tout le long du canal 8, le refroidissement de la paroi 4 est assure an totalité. Comme,d'autre part, le fluide baigne directement toute la face externe 4a de la paroi 4, exception faite de la rainure 4b occupée par la cloison de séparation 72 un excellent échange de chaleur s'établit entre la paroi 4 de la chambre et le fluide en circulation, procurant un rendement élevé et un refroidissement régulier de la paroi 4 dans sa totalité. I1 suffit donc d'un débit relacivement faible de flU3)- de caloriporteur pour que la température do la matière à traiter ne dépasse, en aucun point de la chambre de concassage 2, une limite prealablement fixée. On peut observer encore que la cloison de sé paration-7, qui se trouve, elle aussi, en contact thermo-conducteur avec la paroi 4 de la chambre, participe tout naturellement, pour sa part, à itéchange de chaleur entre cette paroi. et le fluide. La figure 3 illustre un autre exemple d'exécution d1un broyeur-malaxeur à billes. Ce dernier comporte un bAti 101 et une chambre de concassage 102. Cette dernière présente une paroi 104 entourée d'une gaine 106. A celle-ci sont fixées par soudage une collerette 103 et une bague 105. La paroi 104 présente à ses deux extrémités, sur sa face externe, des renflements t04a, 104b qui épousent les surfaces internes respectves de la collerette 103 et de la bague 105. Les faces internes de ces dernières sont pourvues chacune dt une rainure, dans laquelle est introduite une bague d'étanchditd 111, 112.Entre ses deux renflements 104a, 104b, la paroi 104 porte une rainure hélicordale qui coopère avec la gaine 106 pour former le canal hélicoSdal 1080 Ainsi dans cet exemple dtexecution, la paroi 104 de la chambre et la cloison de séparation 104c qui forme les faces latérales du canal sont constituées par une seule pièce monobloc. Le diamètre extérieur de la cloison de séparation 104e est dimensionné de telle manière qutil permette tout juste d'embotter la gaine 106. Cette dernière porte à l'une des extrémités du canal 108 une tubulure d'admission 109 et à l'autre extrémité une tubulure d'échappement 110. Au bout de la chambre 502, située à gauche dans la figure 3, se trouve une bride annulaire 113 à laquelle la collerette 103 est réunie par des vis 114. A Itautre extrémité de la chambre 102 se trouve une autre bride annulaire 115, réunie à la bague 105 par des vis 116. Les brides annulaires 113 et 115 atteignent le bord intérieùr de la paroi 104 de la chambre, dont elles épousent les faces frontales, l'étanchéité étant assurée par des bagues étanches 117 et 118. La paroi 104 de la chambre et la gaine 106 sont donc assembles de façon amovible, ma s étanche. La chambre de concassage 102 est fixée de façon amovible, par son extrémité représentée à gauche de la figure 3, à une bride 101b du bâti 101. Elle se termine à droite par une autre bride amovible qui en assure l'obturation. Le séparateur à fente et les autres éléments du broyeur-malaxeur à billes sont constitués de façon analogue à ce qui a été indiqué dans ltexemple de rzalisa- tion illustré par la figure 1. La figure 4 permet de voir un détail d'une autre variante de chambre de concassage notée 202. Elle montre une paroi cylindrique 204 et une gaine 206. Cette dernière porte, sur sa face interne, une rainure qui coopère avec la paroi 204 de la cambre pour constituer le canal hélicoïdal MCG selon cette variante, la cloison de séparation 206a, qui limite latéralement le canal 208 et la gaine 206 sont constituées par une seule pièce monobloc. Au demeurant, la paroi 204 et la gaine 206 sont réunie de façon amovible, à l'instar de ce qui a été indiqué pour l'exemple exécution il- lustré à la figure 3. Le fonctionnement des broyeurs-nalaxeurs à billes a pour effet de provoquer l'usure des parois de la cambre par les billes, ce qui oblige à les remplacer au bout bun certain temps de service. DanWles exemples d'exécution illustrés aux- figures 3 et 4 il est possible de ne remplacer, le cas échéant que la seule paroide la chambre, la gaine pouvant continuer à servir Mais dans ces variantes selon les figures 3 et 4, les parois des chambres, ainsi que les gaines, doivent être confectionnées avec urle précision assez poussez, afin que les gaines puissent être embottées sur les pa rois, tout en assurant une étanchéité suffisante du ccntact des cloisons de séparation 104c, 206a pour qu'au moins la moitié du fluide en circulation suive la trajectoire du canal. Par contre, dans les exemples des figures t et 2, les spécifications de précision d'usinage sont moins exigeantes.Il est donc rationnel d'utiliser ces dernières pour les chambres de concassage de gros diamètre. A lt inverse, les chambres plus petites peuvent être réalisées seion les variantes illustrées par les figures 3 et 4. La pente du canal hélicoîdal peut être comprise entre 6% et 10% du diamètre intérieur de la chambre de concassage. La largeur du canal peut etre comprise approximativement entre 70% et 90% de sa pente, la hauteur étant comprise entre 20% et 50S de celle-ci. Pour certaines applications, il peu être necessaire de chauffer la chambre de concassage. En pareil cas, il est évidemment possible, sans plus3 de faire circuler dans le canal un fluide chaud au lieu d'un fluide réfrigérant. Ce fluide peut ere liquide aussi bien que gazeux. REVENDICATIONS 1. Broyeur-malaxeur à billes comportant une chambre de concassage à paroi cylindrique et un canal hélicoSdal épousant la face externe de cette paroi, par lequel passe un fluide dont la cir culation en assure le refroidissement ou le réchauffement, la paroi du canal, située en regard de la chambre de concassage, étant formée par la face externe de la paroi de la chambre elle même, l'appareil étant caractérisé en ce-que la surface limi tant le canal (8, 108, 208) à l'opposé de la chambre de con- cassage (2,102, 202) est constituée par une gaine (6, 106, 20O) coaxiale avec la paroi (4, 104, 204) de la chambre, tandis que les limites latérales du canal (8, 108, 208) sont constituées par les deux faces latérales de deux tours successifs d'une seule cloison de séparation (7, 104c, 206a) disposée en hélice. 2. Broyeur-malaxeur à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (4) de la chambre de concassage porte, sur sa face externe, une rainure hélicoidale (4b), dans laquelle pénètre une bande qui forme la cloison de séparation (7), tan dis que la gaine (6) épouse le bord extérieur de cette bande. 3. Broyeur-malaxeur à billes, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (104) de la chambre de concassage et la cloi son de séparation (l04c) du canal sont constituées par une seule pièce monobloc, la gaine étant réunie avec ladite paroi de ma nière amovible. 4. Broyeur-malaxeur à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (206) et la cloison de séparation (906a) sont constituées par une seule pièce monobloc, la gaine étant réunie avec la paroi de manière amovible.