Brevet FR2470074A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne le remplissage et la vidange de récipients destinés au stockage des matières granuleuses ou poudreuses, pulvérulentes, non cohérentes. Ces récipbnts sont de plus ou moins grande capacité unitaire, de dimensions faibles en plan par rapport à la hauteur. Par exemple, dans le cas de récipients cylindriques, de hauteur égale à 2 à 5 ou G fois au moins le diamètre. Il est connu que la pression statique exercée sur la paroi d'un tel récipient de stockage par une matière telle que celles définies ci- dessus, est largement majorée, lors de la vidange de ce récipient, par un orifice inférieur. Cette majoration est progressivement crois- sante depuis le haut du récipient jusqu'au bas, et elle est d'autant plus importante que la hauteur de celui-ci est grande, ainsi qu'il est connu d'après les études expérimentales et théoriques effectuées durant ces dernières décennies. La paroi doit être alors renforcée pour résis- ter à cette pression majorée. Ce renforcement augmente sensiblement le prix de cette paroi, d'au moins 50 %, la pression de vidange étant envi- ron 1,5 à 3 fois la pression statique de stockage. D'autre part, plus la hauteur du récipient de stockage est grande, plus la hauteur de chute des grains, lors du remplissage par un orifice supérieur, provoque 1- nt de ceux-ci, ce qui les déprécie et peut même les rendre/ à leur utilisation. Par exemple, les graines arachides, lorsqu'elles sont brisées, deviennent inutilisables pour la fabrication d'huile alimentaire, du fait de leur oxydation. L'élimi- nation des grains brisés nécessite des opérations de triage, de net- toyage, ce qui entraîne des frais d'exploitation et une perte de produit. Les surpressions de vidange qui nécessitent le renforcement de la paroi du récipient, d'une part, la brisure des grains lors de leur chute au remplissage de celui-ci, d'autre part, sont donc génératrices de dépenses importantes et de gachis de matières et de matériaux. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de remplissage et de vidange conçu de façon à éviter les inconvénients exposés ci-dessus. A cet effet, le procédé selon l'invention est essentiellement ca- ractérisé en ce que l'on prévoit dans un récipient de vidange, un orifice supérieur de remplissage et deux orifices inférieurs de vidange, et sur toute la hauteur de ce récipient, un tube vertical comportant deux ouvertures situées respectivement près de son extrémité supérieure et en un point intermédiaire de sa hauteur, et dont on branche l'ex- trémité supérieure sur l'orifice de remplissage du récipient correspon- dant, cependant que l'on raccorde son extrémité inférieure à l'un des deux orifices de vidange. Conformément à ce procédé, l'opération de remplissage est réalisée après obturation des deux orifices de vidange, tandis que l'opération ultérieure de vidange est effectuée en deux phases, à savoir: une première phase pendant laquelle l'extré- mité inférieure du tube vertical est ouverte en maintenant fermé l'autre orifice de sortie du récipient, et une seconde phase au cours de la- quelle cet orifice est ouvert seulement après que la quantité de matière située au-dessus de l'ouverture intermédiaire du tube vertical se soit complètement écoulée par ce tube en passant par cette ouverture. Grâce à sa conception, le présent procédé permet d'amortir le choc des grains aussi bien lors du remplissage que lors de la vidange, et par ailleurs, ce procédé a l'avantage d'atténuer, et même de supprimer, les surpressions susceptibles de se produire lors de la vidange. En ce qui concerne le premier de ces deux avantages, il faut obser- ver que lors du remplissage, les grains remplissent le tube vertical jusqu'au niveau du trou prévu en un point intermédiaire de la hauteur de celui-ci. Puis, les grains s'échappent à travers ce trou pour s'écouler à l'intérieur du récipient de stockage, mais de ce fait, ils tombent d'une hauteur bien moindre que s'ils s'échappaient de l'ori- fice supérieur de remplissage. Le récipient se remplit alors jusqu'au niveau du trou intermédiaire du tube vertical, puis après que les grains aient rempli la partie supé- rieure de ce tube, ils s'échappent à travers le trou de l'extrémité su- périeure de ce tube pour remplir la partie supérieure du récipient de stockage. Dans ces conditions, les grains subissent un choc bien moins important que dans le cas habituel et ceci évite leur risque de cassure ainsi que la formation de farine ou de poudre. D'autre part, lors de la vidange, l'écoulement s'effectue par le tube/5qui commrence par se vider, mais en permettant le passage des grains des couches supérieures qui passent par le trou latéral inter- médiaire. Ainsi, la hauteur sur laquelle la matière est en cours d'é- coulement,par cet orifice du tube,est moindre que la hauteur du réci- pient et la surpression de vidange est alors réduite par rapport à ce qu'elle serait si cette hauteur d'écoulement était égalé à celle du récipient. Dans la partie haute du récipient, on peut donc aboutir à une faible majoration de la pression statique de stockage, et à aucune majoration sur la hauteur comprise entre le niveau du trou intermédiaire du tube et le fond du récipient, c'est-à-dire précisément sur la hauteur de la paroi du récipient supportant les plus fortes pressions. Ce niveau du trou latéral intermédiaire du tube-est donc déterminant pour que la courbe représentative de la surpression de vidange soit enveloppée par la courbe de pression statique, en restant en deçà ou à la limite de celle-ci, afin d'éviter les renforcements onéreux de la paroi, d'une part, et pour que la hauteur de chute des grains lors du remplissage soit compatible avec la conservation physique de ceux-ci d' autre part. La présente invention a également pour objet un dispositif de remplissage et de vidange conçu pour la mise en oeuvre du procédé exposé ci-dessus. Cependant, elle a aussi pour objet des récipients de sto- ckage équipés d'un tel dispositif. Du reste, d'autres particularités et avantages de l'objet de l'invention apparaîtront au cours de la description;suivante. Cette description est donnée en référence au dessin annexé à simple titre in- dicatif et sur lequel: La figure 1 est une vue en plan de dessus avec arrachement d'un ré- cipient de stockage équipé d'un dispositif de vidange et de remplissage selon l'invention; Loesfigures 2 et 3 en sont des vues en coupe verticales, respectivement suivant les plans AB et CDde la figure 1; La figure 4 est un graphisme représentant les courbes despressiorsqui se manifestent dans le présent récipient de stockage; La figure 5 est une vue partielle en coupe d'un détail d'un tube de remplissage et vidange prévu dans ce récipient La figure 6 est une vue partielle en coupe verticale d'une autre forme de réalisation d'un dispositif de remplissage et vidange selon l'invention; La figure 7 est une vue en perspective de la conduite de raccordement prévu dans cette forme de réalisation, à la partie supérieure du récipient de stockage. Le récipient 1 de stockage représenté à titre d'exemple sur les figures 1 à 3 présente une forme cylindrique. Cependant, ce récipient pourrait être de section polygonale régulière ou non, ou bien encore de section ovale. Conformnéent à l'invention, ce récipient comporte, à sa partie supérieure, un orifice unique 2 de remplissage, alors qu'à son extré- mité inférieure, il présente pour la vidange, deux orifices distincts 3 et 4. Ce récipient est équipé d'un tube vertical 5 de remplissage et de vidange qui s'étend sur toute sa hauteur. Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 3, ce tube se trouve situé sensiblement au centre du récipient. Cependant, il pourrait être placé à n' importe quel autre endroit et pourrait par exemple, consister en un conduit accolé contre la paroi du récipient. L'extrémité supérieure de ce tube est branchée sur l'orifice unique 2 de remplissage du récipient, cependant que son extrémité inférieure est branchée sur l'un des deux orifices de vidange, en l'occurrence l'orifice 3. Quant à l'autre orifice de vidange 4, il se trouve situé à la partie inférieure du fond 6 du récipient, ce fond pouvant affecter la forme d'une trémie, comne cela est le cas dans l'exemple représenté, ou éventuellement être plat. Le tube vertical 5 est calculé et dimensionné pour résister à toutes les sollicitations de la matière statique. En un point inter- médiaire a de sa hauteur, ce tube est percé d'un trou latéral 7. Le niveau de ce trou n'est pas quelconque, mais déterminé de façon particulière, ainsi qu'il sera exposé par la suite. De plus, le tube 5 comporte un second trou latéral 8 qui est situé près de son extrémité supérieure. Par ailleurs, les deux orifices inférieurs de vidange 3 et 4 sont pourvus de vannes de fermeture qui peuvent être actionnées indépendam- ment l'une de l'autre. Le remplissage du présent récipient selon l'invention est réalisé en laissant fernÉes les deux vannes ainsi prévues. Dans ces conditions, les grains,qui s'écoulent à travers l'orifice unique 2 de remplissage, viennent d'abord remplir le tube vertical 5 jusqu'au niveau du trou intermédiaire 7. Lorsque la partie inférieure de ce tube est remplie jusqu'à ce niveau, les grains s'échappent en dehors du tube vertical en passant à travers le trou intermédiaire 7 de celui-ci. Ils s'é- coulent alors dans le fond du récipient. Cependant, leur hauteur de chute est considérablement réduite par rapport à celle qui aurait été observée dans le cas d'une chute directe dans le récipient à partir du trou de remplissage 2. Les grains remplissent ainsi toute la partie inférieure du réci- pient de stockage jusqu'au niveau du trou intermédiaire 7 du tube vertical. Ils forment alors un tas 9 dont la surface supérieure présente une forme conique. Le trou intermédiaire 7 se trouvant ainsi obturé, les grains qui continuent à parvenir du trou de remplissage 2, remplissent ainsi le tube vertical 5 jusqu'au niveau de son trou supérieur 8. A partir de ce moment, les grains s'échappent hors du tube vertical 5 en passant à travers le trou supérieur 8 de celui-ci pour gagner l'intérieur du récipient de stockage et poursuivre le remplissage de celui-ci au- dessus du tas 9. Mais là encore, la hauteur de chute des grains est ré- duite puisqu'elle ne correspond qu'à une partie dela hauteur du récipient. En finale, les grains viennent former un tas 10 dont la surface supérieure est de forme conique, comme cela était le cas pour le tas 9. Comme on peut le constater, le remplissage du récipient 1 est donc effectué en deux phases successives, par l'un et l'autre des deux trous 7 et 8 du tube vertical 5. Ceci a pour avantage essentiel que la hau- teur maximum possible pour la chute des grains se trouve réduite dans des proportions considérables. Ceci atténue et peutmime supprimer complè- tement, le risque de casse ou de détérioration des grains à l'endroit de leur point d'impact. Pour effectuer la vidange du présent récipient, on procède égale- ment en deux phases. Dans une première phase, on ouvre la vanne de l'orifice de vidange 3 sur lequel est branché le tube vertical 5 et ce, tout en maintenant fermée la vanne du second orifice de vidange 4. Dans ces conditions, la vidange des grains ne peut s'effectuer que par le tube vertical 5. Les grains situés dans ce tube, ainsi que ceux contenus dans le récipi- ent 1 entre les niveaux respectifs des deux trous 7 et 8 de ce tube, descendent à travers la partie inférieure de ce dernier et sont évacués en dehors du récipient. Lorsque l'écoulement des grains s'interrompt, la masse contenue à l'intérieur du récipient de stockage remplit uni- quement la partie inférieure de celui-ci, c'est-à-dire la partie située au-dessous du niveau du trou intermédiaire 7 du tube vertical 5. Cependant, cette masse forme alors un cratère 11 à l'intérieur du récipient. Il faut noter ou'au cours de cette première phase de vidange, des se sont surpressions grlnihstéoes que dans les couches de grains situes au- dessus du niveau a du trou intermédiaire 7 du tube vertical 5. En effet, pendant cette première phase, les grains des couches inférieures, c' est- à-dire ceLes situées entre ce niveau a et le fond du récipient, sont restés absolument statiques, de sorte qu'ils n'ont engendré aucune surpression. Dans ces conditions, la partie de la paoi du récipient 1, coirprise entre le niveau a et le fond 6, qui est d'ailleurs la partie sollicitée par la plus forte pression statique, n'est affectée par aucune surpression de vidange. Ainsi, cette partie ne nécessite aucun renforcement. Pour la seconde phase de l'opération de vidange, on ouvre la vanne d'obturation du second trou 4 de vidange prévu dans le fond 6. Dans ces conditions, les grains situés au-dessous du niveau a du trou intermédiaire 7 du tube vertical 5 peuvent s'échapper directement du récipient 1 en passant à travers le trou 4. Cependant, comme la hauteur de la masse des grains,qui se trouve alors mise en mouvement, est réduite par rapport à celle du récipient 1, les pressions stati- ques que ces grains engendrent sont également réduitesjet m&me si l'on tient compte des surpressions se produisant lors de la vidange des couches correspondantes des grains, les pressions restent inférieures aux pressions statiques engendrées précédemment par la totalité des- grains qui étaient stockés sur toute la hauteur totale du récipient 1. Du reste, les différentes courbes de la figure 4 permettent de se rendre compte clairement des sollicitations effectivement subies par la paroi du récipient lors des différentes phases décrites précedenment. Ces courbes correspondent aux représentations graphiques des pressions statiques et des surpressions de vidange'faites en adoptant pour axes de coordonnées, en ordonnée les profondeurs à chaque niveau considéré, à partir du haut du récipient de hauteur totale H, et en abscisses les pressions. Parmi les représentations ainsi tracées sur la figure 4, la courbe I représente les pressions statiques exercées par la matière stockée sur la paroi du récipient 1. Quant à la courbe II, elle correspond aux surpressions de vidange qui se seraient produites dans un récipiernt similaire, miais non muni d'un dispositif de remplissage et de vidange selon l'invention. C'est du reste cette courbe qui est habituellement prise en considération dans le calcul des parois des récipients classiques de stockage. La courbe III représente les surpressions exercées dans le réci- pient selon l'invention par la matière stockée entre le haut du ré- cipient et le niveau a, lorsque l'on vidange celui-ci par le trou in- termédiaire 7 du tube vertical 5 et l' orifice de vidange. OCrn peu;: rEmarquer que les pressions statiques, qui sont d'ailleurs les plus faibles sur la hauteur du récipient,sont faiblement majorées, ce qui n'entraîne qu'un renforcement réduit et local de la paroi. On remarque aussi que cette courbe III reste bien en deçà de la courbe II, ce qui prouve 1' intérêt économique du dispositif selon 1' invention. Quant à la courbe IV, elle représente les pressions statiques exercées par la matière stockée lorsque celle-ci forme un tas limité 9 au-dessus du niveau a du trou intermédiaire 7 du tube vertical 5. Enfin, la courbe V, représente les pressions statiques de la courbe IV affectées du coefficient de majoration de vidange, c'est-à-dire la courbe de surpression de vidange de la matière formant le tas limité suivant 9 lorsque le second trou 4 de vidange est ouvert, permettant la vidange totale du récipient 1o On remarque que cette courbe V, desplus fortes sollicitations de la paroi, reste en deçà de la courbe II, et même de la courbe I si on fixe le niveau a du trou intermédiaire 7 du tube 5 à la hauteur convenable pour que la courbe V vienne, au plus, tangenter cette courbe I.o Dans ces conditions, la paroi du récipient ne nécessite aucun ren- forcement, contrairement à ce qui aurait été le cas si elle avait di! résister à des pressions de vidange telles que celles représentées par la courbe II ou par une courbe V intermédiaire entre la courbe I et la courbe II. Pour obtenir le résultat recherché, c'est-à-dire éviter d'avoir à prévoir un renfort de la paroi, il suffit que le trou inter- médiaire 7 du tube vertical 5, soit prévu à un niveau tel que la courbe des surpressions dues à la vidange lors de la seconde phase, soit voi^ sine de la courbe d pressions statiques engendrées par la totalité de la matière stockée dans le récipient lorsque celui-ci est complètement plein. A titre d'équipement complémentaire, il est possible de munir le bord supérieur des trous 7 et 8 du tube vertical 5 d'une plaque déflectrioe12 qui s'étend à l'intérieur de ce tube (voir figure 5). Cette plaque 12 assure ainsi le freinage des grains lors du remplissage, ce qui amortit encore leur chute. Par ailleurs, le trou 7 peut comporter à son bord supérieur, un dé- flecteur 13 s'étendant à l'intérieur du récipient 1. Ce déflecteur a pour fonction d'empêcher tout passage des grains à l'intérieur de la partie inférieure du tube 5, tant que le niveau des grains en voie d'évacuation et qui faisaient partie des couches supérieures n'a pas atteint le ni- veau de la partie basse du déflecteur. Eventuebzient, il est possible d'associer au tube 5 un autre tube complémentaire de remplissage et de vidange présentant un trou intermé- diaire situé entre le niveau a du trou 7 du tube 5 et le fond du récipi- ent. Dans un tel cas, l'extrémité supérieure de ce tube complémentaire est branchée sur l'orifice unique 2 de remplissage, cependant que son ex- trémité inférieure est raccordée à un orifice supplémentaire de vidange pourvu d'une vanne d'obturation. L'opération de remplissage peut alors être réalisée en plusieurs phases. Dans une première phase, on commence par déverser les grains dans le tube complémentaire prévu en obturant l'extrémité supérieure du tube principal 5. Au cours de cette première phase, les grains tombent dans le fond du récipient à partir du trou intermédiaire de ce tube complémen- taire, ce qui réduit encore plus leur hauteur de chute. Puis, lorsque la partie inférieure du récipient est remplie jusqu'au niveau du trou intermédiaire du tube complémentaire, on ouvre l'extrémité supérieure du tube principal 5 pour déverser les grains par ce tube. Les grains tombent alors dans le récipient à partir du trou intermédiaire 7 de ce tube, de sorte que leur hauteur de chute est faible. Lorsque le récipient est rempli jusqu'au niveau a du trou intermédiaire 7, les grains tombent ensuite dans le récipient à partir du trou supérieur 8 du tube 5, comme décrit précédemment. L'opération de vidange peut également être réalisée en plusieurs phases. On commence par effectuer une vidange par l'intermédiaire du tube principal 5 comme décrit précédemment en laissant fermées à la fois la vanne de l'orifice 4 du fond du récipient et celle de l'orifice de sortie du tube complémentaire. Cependant, lorsque le niveau des grains, à l'intérieur du récipient, est descendu au niveau du trou intermédiaire 7 du tube 5, on ouvre la vanne de sortie du tube complémentaire, tout en maintenant fermée la vanne du fond du récipient. Les grains s'écoulent alors à travers le tube complémentaire-jusqu'à ce que leur surface supérieure atteigne le niveau du trou intermédiaire de ce tube, après quoi la vidange peut être achevée en ouvrant la vanne du fond du réci- pient. Une telle vidange en plusieurs phases a l'avantage de réduire en- core plus les surpressions susceptibles de se produire lors de cette opération. Cependant, il est possible de prévoir de nombreuses autres variantes et formes de réalisation. Ainsi, les figures 6 et 7 représentent une autre forme de réalisation dans laquelle le tube 5a de remplissage et de vidange est accolé à la paroi du récipient de stockage corres- pondant la. Dans un tel cas, l'extrémité supérieure de ce tube est raccordée au trou unique de remplissage 2a par une conduite inclinée 14. Cependant, cette conduite présente une fente 15 à sa partie supé- rieure. Cette fente s'étendant sur toute la longueur de cette conduite, un certain nombre d'entretoises 16 sont disposées à cheval sur les bords de celle-ci pour éviter tout risque de déformation de cette conduite. Grâce à la fente ainsi prévue, les grains peuvent en fin de remplissage s'écouler en dehors de la conduite 14 pour venir remplir la partie supérieure du récipient de stockage la. En effet, sans la présence d'une telle fente, le remplissage du récipient 1 se trouverait limitée au niveau de l'ouverture supérieure 8a du tube vertical 5a. REVENDICATIONS 1. Procédé de remplissage et de vidange de récipients destinés au stockage de matières granuleuses ou pulvérulentes, caractérisé en ce que l'on prévoit dans un tel récipient un orifice supérieur de remplissage et deux orifices inférieurs de vidange, et sur toute la hauteur de ce récipient, un tube vertical comportant deux ouvertures situées respectivement près de son extrémité supérieure et en un point intermédiaire de sa hauteur, et dont on branche l'extrémité supérieure sur l'orifice de remplissage du récipient correspondant, cependant que l'on raccorde son extrémité inférieure à l'un des deux orifices de vidange, l'opération de remplissage étant réalisée après obturation des deux orifices de vidange, tandis que l'opération ultérieure de vidange est effectuée en deux phases, à savoir: une première phase pendant laquelle l'extrémité inférieure du tube vertical est ouverte en maintenant fermé l'autre orifice de sortie du récipient, et une seconde phase au cours de laquelle cet orifice est ouvert seulement après que la quantité de matière située au-dessus de l'ouverture in- termédiaire du tube vertical se soit complètement écoulée par ce tube en passant par cette ouverture. 2. Procédé de remplissage et de vidange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on branche un second tube de remplissage et de vidange sur l'orifice unique de remplissage en prévoyant un orifice supplémentaire de vidange auquel on raccorde l'extrémité inférieure de ce tube, et on ménage sur ce tube un trou intermédiaire situé au-dessous du niveau du trou intermédiaire du premier tube de remplissage et de vidange, l'opération de remplissage étant commencée en déversant la matière à stocker uniquement dans le second tube complémentaire, cependant que l'opération de vidange par le premier tube est complétée par une vidange à travers le second tube complémentaire avant d'achever la vidange par l'orifice du fond du récipient. 3. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, pour le remplissage et la vidange de récipients destinés au stockage de mathres granuleuses ou pulvérulentes, caractérisé en ce qu'il consiste en un tube vertical s'étendant sur toute la hauteur du ré- cipient correspondant, et comportant deux ouvertures situées respecti- vement près de son extrémité supérieure et en un point intermédiaire de sa hauteur, l'extrémité supérieure de ce tube étant branchée sur l'orifice unique de remplissage du récipient de stockage, cependant que son extrémité inférieure, qui est pourvue d'une vanne d'obturation, débouche dans l'un des deux orifices de vidange de ce récipient. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou intermédiaire du tube vertical est pratiqué à une hauteur telle que la courbe des surpressions dues à la vidange de la seconde phase est voisine de la courbe des pressions statiques engendrées par la tota- lité de la matière stockée dans le récipient lorsque celui-ci est com- plètement plein. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com- porte un second tube de remplissage et vidange dont les extrémités su- périeure et inférieure sont raccordées respectivement à l'orifice unique de remplissage et à un orifice supplémentaire de vidange, ce second tube de remplissage et vidange comportant un trou intermédiaire situé à un niveau inférieur à celui du premier tube de remplissage et vidange. 6. Récipient de stockage de matières granuleuses ou pulvérulentes caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de remplissage et de vidange selon la revendication 3 ou 4, ce récipient présentant à sa partie supérieure, un orifice unique de remplissage, cependant qu'il comporte à sa partie inférieure, deux orifices distincts de vidange sur l'un duquel est branché le tube vertical du dispositif de remplissage et vidange. 7. Récipient de stockage de matières granuleuses ou pulvérulentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de remplissage et de vidange selon la revendication 5, ce récipient présentant à sa partie supérieure, un orifice unique de remplissage, cependant qu'il comporte à sa partie inférieure, trois orifices distincts de vidange sur deux desquels sont branchés respectivement l'un et l'autre des tubes verti- caux du dispositif de remplissage et vidange.