Brevet FR2483181A1 — publié le 19811204

1. La présente invention concerne une vis d'extrudeu- se ou boudineuse, destinée à être utilisée avec un appareil de préparation et de traitement d'une pâte farineuse cuite. La présente invention concerne plus particulièrement une vis d'extrudeuse destinée à être utilisée avec un appareil assu- rant en continu la cuisson sous pression, l'extrusion et la mise en granules d'un produit alimentaire, cet appareil com- portant des moyens d'alimentation sous pression, des moyens d'étanchéité, des moyens de cuisson sous pression et une ex- trudeuse ainsi que des moyens de tronçonnage pour la réduction du produit extrudé en courts tronçons dits ci-après granules. La présente invention apporte un perfectionnement à l'appareil de cuissonextrusion décrit dans le brevet US 3 246 594. Le brevet US 3 246 594 décrit un appareil assurant en continu la cuisson sous pression de diverses matières du type céréales, sous pression de vapeur, pour donner une pâte cuite extrudable, puis l'extrusion de la pâte cuite à travers une série d'orifices de filière. La vis d'extrudeuse selon ce brevet est essentiellement une vis à double filet dans laquel- le à l'intérieur du cylindre contenant la vis, les filets sont interrompus ou sectionnés en divers endroits, ce qui ménage dans les filets ou à travers ceux-ci des fentes rectangulaires favorisant le brassage de la pâte transportée dans les canaux définis par les filets Ce brevet décrit aussi une paire addi- tionnelle de segments de filet prévus à l'extrémité de la vis pour favoriser une répartition plus uniforme de la pâte au niveau de la filière de l'extrudeuse. En général, on choisit une vis ou section de vis à double filet, telle que décrite dans ledit brevet, parce que le courant de produit refoulé est alors plus uniforme qu'avec une vis ou section de vis correspondante à filet unique. Tou- tefois, avec la structure de vis à double filet selon ledit brevet, on éprouve des difficultés à obtenir, pour une grande variété de matières en pâte ayant des viscosités différentes, la vitesse uniforme souhaitée de pénétration dans le cylindre d'extrudeuse et de traversée de ce cylindre. En conséquence, on a modifié la conception de la vis d'extrudeuse pour lui faire comporter une section à filet unique située à. l'entrée 2. de l'extrudeuse et suivie, en série, par une section à double filet couvrant la majeure partie du cylindre, par une section sans filet et à oreilles de brassage de la pâte et par une seconde section à double filet, relativement courte, située à l'extrémité de la vis. Une telle structure fonctionne de manière satis- faisante depuis un certain nombre d'années. Toutefois, on se préoccupe de substituer des vis usinées aux vis selon la tech- nique antérieure, principalement pour améliorer la résistance mécanique de la vis et l'uniformité de filet, ainsi que dans un but d'économie sur le prix de revient. A cette fin, on a considéré un certain nombre de structures de vis, car on con- çoit que la réalisation de vis découle autant et plus de don- nées pratiques et de l'expérience que de la stricte applica- tion de principes scientifiques précis. Ces recherches ont mené à la structure de vis selon l'invention qui, dans les conditions concrètes de fabrication et sans modification d'au- cun autre paramètre opératoire, s'avère de manière inattendue augmenter notablement le débit de l'extrudeuse, tout en main- tenant un haut niveau de qualité du produit. Selon la présente invention, il est prévu une vis d'extrudeuse pour le traitement d'une pâte alimentaire. La vis selon l'invention comprend une section de vis à filet u- nique conçue et agencée pour partir de l'orifice d'entrée du cylindre d'extrudeuse et se terminer à l'intérieur de ce cy- lindre, une section sans filet succédant immédiatement à la section initiale à filet unique et une autre section de vis hélicoïdale qui succède immédiatement à la section sans filet et se termine à proximité de la sortie du cylindre d'extru- deuse. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préféré en se référant au dessin annexé, sur lequel: Figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'une installation de traitement de cuisson/extrusion à laquelle la présente invention est particulièrement appli- cable; Figure 2 est une vue longitudinale de la vis d'ex- 3. trudeuse selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, un appareil typique de cuisson/extrusion 10 auquel l'inven- tion est particulièrement applicable. Tel que représenté, 1'- appareil 10 comprend, d'une manière générale, une partie d'ali- mentation sous pression 12, une partie de commande à plaque d'- étanchéité 14, une partie de cuisson sous pression 16, une partie d'extrusion 18 et une partie de tronçonnage 20. Comme représenté, la partie d'alimentation sous pression 12 compor- te une entrée 22 qui débouche dans un cylindre horizontal 24 d'alimentation sous pression contenant une vis transporteuse 26 d'alimentation sous pression munie d'un moyen moteur ap- proprié 28, En face de la vis d'alimentation sous pression 26 et du cylindre 24 est montée une plaque d'étanchéité sous pression 30, manoeuvrée par une unité motrice de plaque d'é- tanchéité 32 et par un vérin à double effet 34. On voit aussi en 36 un joint d'étanchéité annulaire interposé entre la pla- que d'étanchéité 30 et le cylindre d'alimentation sous pression 24. -Un carter de refoulement 38 établit une communica- tion entre le tronçon terminal de la partie d'alimentation sous pression 12 et la partie de cuisson sous pression 16. La partie de cuisson sous pression 16 comprend essentiellement un récipient oblong 40 dans lequel sont montées sur un arbre approprié des pales mélangeuses rotatives 42 auxquelles est affecté un moyen moteur 44. En outre, comme décrit en détail dans le brevet US précité, le récipient de cuisson sous pres- sion 40 est avantageusement muni-de moyens non représentés o destinés à y introduire de la vapeur sous pression et de 1'- eau ou d'autres liquides. A l'extrémité de sortie du récipient de cuisson , il est prévu un orifice d'admission 46 desservant la par- tîe d'extrudeuse 18. La partie d'eztrudeuse 18 comprend trois segments de cylindre d'extrudeuse 48, une vis d'extrudeuse 50, un moyen moteur de vis 52, un dispositif d'accouplement 54, un engrenage réducteur 56, un ensemble de paliers 58 et, à l'extrémité de sortie du cylindre d'extrudeuse, une filière d'extrudeuse non représentée. Enfin, on voit en 60 une partie de tronçonnage., de structure classique, destinée à débiter le 4. produit extrudé en granules, et en 62,le moyen d'entraînement associé, aussi de structure connue. Pendant le fonctionnement de l'appareil ci-dessus, des céréales, grains ou autres matières alimentaires à l'état sec arrivent dans l'installation par l'entrée 22 de la partie d'alimentation sous pression. Le moyen moteur 28, à vitesse variable, de la vis d'alimentation sous pression 26 détermine la vitesse d'arrivée dans la partie de cuisson sous pression 16. Le moyen moteur du montage de plaque d'étanchéité compor- te un vérin pneumatique à double effet 34 qui maintient la plaque d'étanchéité 30 appliquée sous pression contre le côté sortie de la vis d'alimentation sous pression. Cette pression provoque la formation d'un tampon de matière qui constitue en fait un joint empêchant de la vapeur de passer du récipient de cuisson dans le cylindre d'alimentation sous pression 24. Sous l'effet combiné d'une contre-rotation et de la configu- ration de la plaque d'étanchéité 30, le tampon de matière su- bit, en pénétrant dans le cuiseur, une abrasion qui assure son chauffage rapide et uniforme. Le traitement thermique de la matière a lieu d'a- bord dans le récipient de cuisson sous pression 40. Un trans- porteur à pales 42, à vitesse variable, incorporé au cuiseur détermine à la fois le degré d'agitationEt le temps de séjour de la matière. Le temps de séjour normal est de une à quatre minutes. Au cours de ce temps, on peut ajouter de la vapeur sous pression et de l'eau ou d'autres liquides. La matière sortant de la partie de cuisson sous pression 16 passe dans l'entrée 46 de la partie d'extrudeuse 18. La partie d'extru- deuse 18 est essentiellement un transporteur à vis qui conver- tit de l'énergie mécanique en chaleur et pression. A l'extré- mité de l'extrudeuse, la matière traverse une filière d'ex- trudeuse, dans laquelle on peut mettre en action un nombre variable de trous de forme choisie, puis est débitée en gra- nules par la partie de tronçonnage 60, mue par le moyen mo- teur associé 62. On va maintenant se référer plus particulièrement à la figure 2, qui représente une vis d'extrudeuse réalisée selon la présente invention. La vis d'extrudeuse particulière représentée présente à une extrémité un tronçon d'accouple- 5. ment ou de liaison motrice 64, présentant des mortaises op- posées adéquates 66 (dont une seule est visible), suivi d'un tronçon d'arbre 68 qui, en position de fonctionnement, coopè- re avec un joint d'arbre mécanique (non représenté) pour in- terdire des fuites, le long de l'arbre de vis, de vapeur sous pression et/ou de pâte cuite. Le reste de la vis d'extrudeuse est logé dans le cylindre d'extrudeuse et comporte un pre- mier tronçon longitudinal, long, constitué par une section de vis à filet unique 70, une section long Du.dinale sans filet, relativement courte, de transition, une section à barres de brassage 72 et se termine par une section longitudinale rela- tivement courte, à double filet, 74. Bien qu'elle puisse être à simple filet, la section terminale de la vis d'extrudeuse est de préférence à double filet pour mieux répartir la pâte au niveau des orifices de filière. Les sections à filet unique 70 et à double filet 74 présentent toutes deux des fi- lets dont les flancs dirigés vers l'arrière sont inclinés à vers l'arrière, comnme représenté, et dont les flancs a- vant (non représentés) sont sensiblement perpendiculaires à la surface sur laquelle ils se dressent. La section de transition à barres mélangeuses 72 comprend trois jeux longitudinalement espacés 76, 78 et 80 de barres carrées, les barres 82 de chaque jeu s'étendant dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la vis d'extru- deuse 50, radialement vers l'extérieur du corps d'arbre, ap- proximativement jusqu'au niveau de crête des filets de vis voisins. Chaque jeu 76, 78 et 80 de barres carrées comporte quatre barres réparties à intervalles de 900, avec décalage de 300 entre les barres de jeux consécutifs. Chaque barre 82 a 19 mm de côté et 35 rmm de long. Pour ce qui est des autres dimensions de la vis d'extrudeuse représentée, le diamètre de fond de filet est de 121 mm et le diamètre nominal de crête, de 197 mm. Les lon- gueurs des segments de vis A à F sont respectivement de 130 mm, 238 mm, 25,4 mm, 1 184 mm, 152 mm et 229 mm. Les deux sections à simple filet 70 et à double filet 74 sont à pas à droite et ont un pas de filet de 152 mm. D'une manière géné- rale, le rapport du pas d'hélice au diamètre de la vis est à maintenir relativement constant pour des vis à diamètres dif- 6. férents de ceux cités en particulier. Pour la vis particuliè- re représentée, le tronçon d'admission de l'extrudeuse a en- viron 30 cm de long, la vis étant sur le reste de longueur, d'environ 130 cm, logée dans le cylindre d'extrudeuse qui l'entoure complètement. On indique ci-après des essais comparatifs entre la vis de ltinvention et celle du brevet US précité. La vis selon la technique antérieure décrite per- met, lorsqu'elle est neuve et fonctionne à pleine puissance (111 ch) dans une unité de cuisson/extrusion de fabriquer des granules pour l'alimentation animale à raison d'environ 3 855 kg/h. En remplaçant la vis selon l'art antérieur par celle de l'invention dans l'unité de cuisson/extrusion, sans modifier aucun autre paramètre opératoire et à pleine puissance, le débit mesuré moyen du même produit de haute qualité est porté à 6 200 kg/h, soit une augmentation de capacité ou de débit de 61 %. De plus, on a trouvé que la vis selon l'invention peut servir 2 1/2 à 3 fois plus longtemps que la vis-de l'art antérieur avant qu'un remaniement s'impose. Pour les vis an- térieures, la routine prévoit normalement un remaniement après production d'environ 3,6 à 4,5 t, alors que la présente vis peut traiter 11,8 à 13,6 t de produit avant d'être remaniée. Tandis qu'une vis réalisée selon la présente invention assure une augmentation souhaitable du débit par rapport aux vis an- térieures, il est clair aussi que le temps de service accru dont la vis est capable avant remaniement offre un avantage matériel certain par rapport aux vis selon l'art antérieur. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 7. REVENDICATIONS 1. Vis d'extrudeuse pour le traitement d'une pâte alimentaire au cours duquel la pâte est introduite dans un orifice d'admission d'un cylindre d'extrudeuse, et est trans- portée par une vis sensiblement de même étendue que ledit cy- lindre jusqu'à un orifice de sortie, puis traverse une filiè- re d'extrusion, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) une section de vis hélicoïdale à filet unique (70) commençant audit orifice d'entrée et se terminant à 1'- intérieur dudit cylindre; (b) une section sans filet (72) suivant immédiate- ment ladite section initiale (70) et (c) une autre section à vis hélicoïdale (74) qui suit immédiatement ladite section sans filet (72) et qui s'é- tend jusqu'à proximité de l'orifice de sortie. 2. Vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section de vis hélicoïdale (74) est une section à filet au moins double. 3. Vis selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisée en ce que la section sans filet (72) comporte une série de barres (82) disposées dans des plans axialement es- pacés et qui s'étendent radialement jusqu'à proximité de la paroi intérieure du cylindre d'extrudeuse. 4. Vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 39 caractérisée en ce que les filets des sections de vis hélicoïdales (70, 74) présentent des surfaces arrière incli- nées et des surfaces avant sensiblement droites. 5. Vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le diamètre de pied de filet desdites sections à filet (70, 74) est sensiblement uniforme sur toute la longueur de la vis d'extrudeuse et en ce que les- dits filets ont sensiblement le même pas. 6. Appareil de cuisson, d'extrusion et de mise en granules en continu d'un produit alimentaire, caractérisé en ce qu'il comprend une partie d'alimentation sous pression (12), une partie à plaque d'étanchéité (14), une partie de cuisson sous pression (16), une partie d'extrudeuse (18) et une partie de tronçonnage (20),9 la partie d'extrudeuse (18) coïmprenant: 8. -un cylindre d'extrudeuse (48) présentant des ori- fices d'entrée (46) et de sortie, -une vis d'extrudeuse (50) sensiblement de même é- tendue que ledit cylindre et logée dans ce dernier, ladite vis d'extrudeuse étant selon la définition donnée dans l'une quelconque des revendications 1 à 5.