Brevet FR2501652A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne un convoyeur à vis auto- nettoyante. On a utilisé ou proposé dans l'art antérieur divers dispo- sitifs à vis pour le convoyage de matériaux, pouvant être acheminés sous forme de courant, dans une chambre o ils peuvent être soumis à un traitement par échange de chaleur au cours duquel le matériau est chauf- fé à des températures élevées. Un problème constant soulevé par des dis- positifs de convoyage du type à vis de cette nature est la tendance qu'a le matériau acheminé ou traité à s'accumuler ou à s'incruster sur la surface de la vis hélicoïdale, ce qui a pour effet de réduire sensible- ment l'efficacité d'acheminement et de provoquer en outre de grandes variations dans le degré du traitement auquel les matériaux sont soumis. Compte-tenu du problème précédent, on a proposé dans l'art antérieur, divers dispositifs de convoyage du type à vis, faisant appel à une pluralité de vis en prise qui sont disposées de façon que les surfaces hélicoïdales des vis contiguës soient en contact les unes avec les autres dans le but d'obtenir un effet de grattage servant à déloger les incrustations des matériaux accumulés. Cela est obtenu en faisant va- rier la vitesse relative de rotation des vis contiguës,lesquelles peu- vent tourner dans la même direction ou dans des directions opposées, ainsi qu'en conférant un mouvement alternatif à une vis par rapport à une autre de façon à produire un mouvement de translation de leur sur- face hélicoïdale. Des constructions typiques de l'art antérieur sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2.788.195; n0 3.255.814; n0 3.506.066; n0 3.549.000; n0 3.580.389 et n0 3.637.069. 2. Dans les dispositifs de convoyage à vis des types décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique ci-dessus, l'utilisation d'une pluralité de vis en prise nécessite un carter ayant une section de forme complexe pour recevoir les diverses vis avec leur bord péri- phérique monté à proximité étroite-des surfaces intérieures du carter de façon à éviter une fuite excessive du matériau convoyé sous pression entre les vis et le carter. Cela nécessite une structure relativement coûteuse. De plus, l'utilisation de mécanismes d'entraînement à vites- se différentielle pour faire varier la vitesse de rotation des vis contiguës ou pour effectuer un mouvement alternatif axial d'une vis par rapport à l'autre entraîne des mécanismes très compliqués et cou- teux pour assurer un fonctionnement correct, ce qui là encore ne permet pas d'obtenir des dispositifs économiques. Le présente invention élimine la plupart des problèmes et inconvénients liés aux dispositifs de convoyage du type à vis de l'art antérieur présentant la caractéristique d'être auto-nettoyants grâce à l'utilisation d'une vis unique ou d'une course hélicoïdale permettant l'utilisation d'une chambre de convoyage classique en forme de cylin- dre circulaire, et o l'action de nettoyage peut être effectivement li- mitée aux seules sections de la vis dans lesquelles se produisent des accumulations regrettables de matériaux grâce à un mécanisme qui est relativement simple et peu coûteux a une construction durable, un fonc- tionnement efficace et qui peut être adapté à des dispositifs opérant sous des pressions et températures relativement élevées. Les avantages de la présente invention sont obtenus dans un dispositif de convoyage à vis comprenant un carter de forme allongée qui définit une chambre de convoyage dans laquelle une vis hélicoïdale est disposée en rotation et comporte un alésage central s'étendant dans le sens axial sur au moins une partie de sa longueur. Un arbre cou- lisse dans l'alésage de la vis hélicoïdale et est animé d'un mouvement de va-et-vient et de rotation par rapport à celle-ci. Une pluralité d' éléments de grattage sont fixés à 1 'arbre et disposés dans un endroit contigu aux surfaces avant et arrière de la vis hélicoïdale de façon à déloger les matériaux accumulés enréponse àunmoi e- ment de translation des éléments de grattage par raport aux surfaces hélicidales.Des mqyens d'entraînement sont prévus qui permettent la rotation de la vis hélicoï- dale et de l'arbre, et des moyens de force motrice sont inclus pour animer d'un mouvement de va-et-vient l'arbre de la vis hélicoïdale l'un par rapport à l'autre d'une manière intermittente ou continue de 250 1652 3. façon à provoquer un mouvement de translation des éléments de grattage le long des surfaces hélicoïdales. La présente invention sera bien comprise lors de la descrip- tion suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue partielle en élévation de côté, en partie en coupe, d'un dispositif de convoyage à vis selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe horizontale à grande échelle de l'agencement de force motrice à came et de la liaison à émerillon située à l'extrémité extérieure en saillie de l'arbre de la figure 1, prise sensiblement le long de la ligne 2-2 de cette figure; La figure 3 est une vue partielle en coupe verticale à gran- de échelle d'une partie de la vis hélicoïdale et de l'arbre et des éléments de grattage de la figure 1, entourés par un cercle en trait mixte 3 dans cette figure, mais avec l'arbre dans la position de retrait; et La figure 4 est une vue partielle en coupe verticale trans- versale de l'agencement d'accouplement entre le support rotatif de la vis hélicoïdale et l'arbre représenté en figure 1, prise sensiblement le long de la ligne 4-4 de cette figure. En liaison avec les dessins et plus particulièrement avec la figure 1, un dispositif de convoyage à vis selon un mode de réalisa- tion recommandé de la présente invention comprend une base 10 comportant une paire de supports verticaux 12, 14 qui maintiennent à leurs extré- mités supérieures un carter cylindrique circulaire 16 définissant une chambre allongée 18. L'extrémité avant, ou extrémité du côté droit, du carter 16 (figure 1) se termine par un flasque 20 qui est fixé, par exemple par des boulons 22, à un réducteur 24 à collerette qui se ter- mine par un orifice de décharge 26 permettant la sortie du matériau acheminé dans la chambre 18. L'extrémité intérieure, ou extrémité du côté gauche du carter 16 (figure 1), se termine par un flasque 28 qui est fixé de manière amovible, par exemple par des boulons 30, à un manchon tubulaire 32. Le carter comporte, d'autre part, une conduite d'admission 34 contiguë au support vertical 12 pour l'introduction du matériau dans la chambre 18. Une vis hélicoïdale 36 est disposée en rotation à l'intérieur de la chambre 18 du logement et est fixée à son extrémité intérieure,ou 250 1 652 4. extrémité du côté gauche (figure 1), à un manchon d'entraînement 38 qui est supporté en rotation par un palier 40 d'un pilier vertical 42 fixé à la base 10. La vis hélicoidale et le manchon 38 tournent, par con- séquent, en formant un même ensemble et sont fixés axialement par un collet annulaire 44 qui est disposé à l'intérieur d'une rainure annulaire 46 pratiquée dans le manchon tubulaire 32 lequel incorpore des surfaces de butée de façon à éviter un déplacement axial de la vis par rapport au carter. Le manchon d'entraînement 38 est d'autre part fermé de manière étanche par une garniture en chevron 48 et un écrou de pres- -10 se-étoupe 50 vissé dans une partie extérieure contre-alésée du manchon 32. Dans le mode de réalisation représenté, la vis hélicoïdale a un pas sensiblement constant sur la totalité de sa longueur et peut être creuse ou massive. La vis hélicoïdale définit une surface hélicol- dale avant 52, comme on le voit le mieux en figure 3, et une surface hé- licoîdale arrière 54. La vis hélicoïdale comporte, d'autre part, un alésage central 56 dirigé dans le sens axial qui s'étend également en alignement axial avec le manchon tubulaire d'entrainement-38. La vis hé- licoîdale ou ruban hélicoïdal 36 est supportée par le manchon 38, ainsi que par un arbre central 58 s'étendant dans le sens longitudinal qui est disposé à l'intérieur de l'alésage 56 avec un jeu coulissant avec les surfaces latérales intérieures de la vis définissant l'alésage 56. L'ar- bre 58 est monté à l'intérieur de la vis hélicoïdale et du manchon d'en- traînement de façon à être animé d'un mouvement de rotation d'un mouve- ment de va-et-vient dans le sens axial d'une manière et à une fin qui seront décrites ultérieurement. L'arbre 58 s'étend à l'extérieur de l'extrémité gauche du man- chon 38 (figure 1) et est scellé en rotation par un élément d'étanchéité maintenu par un écrou de presse-étoupe 62 vissé dans un contre-alésa- ge formé à l'extrémité gauche du manchon 38. L'extrémité avant, ou ex- trémité du c8té droit, de-l'arbre 58 (figure 1) comporte des gradins concentriques dans une section intermédiaire 64 et une section 66 formant arbre. La section 66 est supportée en rotation de façon à être animée d'un mouvement de va-et-vient dans le sens axial dans une bague 68 qui est à son tour supportée en rotation dans un manchon annulaire 70 lui- même supporté par une pluralité d'ailettes 72 s'étendant radialement à partir d'une plaque annulaire 74 fixée-entre le flasque 20 et le réduc- i 5. teur 24. La bague 68 comprend une partie en prolongement 76, partiel- lement circulaire, qui est fixée à l'extrémité vant, ou extrémité droite, de la vis hélicoïdale (figure 1) et recouvre la section in- termédiaire 64 de l'arbre 58. Selon le présent arrangement, l'arbre 58 est supporté en rotation à l'intérieur de la bague 68 et sa section avant 66 peut être animée d'un mouvement longitudinal de va-et-vient en réponse au mouvement longitudinal axial de l'arbre, alors que la partie avant de la vis reste supportée en rotation par le manchon par l'in- termédiaire de la partie en prolongement 76. Un mouvement de va-et-vient intermittent ou sensiblement con- tinu dans le sens axial de l'arbre 58 est obtenu dans le présente mode de réalisation grâce à une came rotative 78 en forme de coeur qui est installée sur une colonne montante 80 fixée à l'extrémité gauche de la base 10 (figure 1). La came 78 est fixée à un arbre d'entraînement 82 qui est accouplé par un réducteur approprié (non représenté) à un mo-. teur d'entraînement 83 qui provoque la rotation de la came suivant un angle de 3600 et un mouvement correspondant de va-et-vient de l'arbre 58 dans le sens axial. Comme représenté dans les figures 1 et 2, l'extrémité exté- rieure de l'arbre 58 est rendue solidaire d'un étrier pivotant 84 par une vis à tête 86 comportant une rondelle de poussée 87 sous sa tête et un roulement à billes 88 de façon que l'arbre 58 puisse tourner alors que l'étrier 84 reste fixe. L'étrier 84 comporte deux galets de came rotatifs opposés 90 qui sont respectivement disposés à l'intérieur d'une piste 92 pour came en forme de coeur, qui est formée dans les fa- ces opposées de la came. Pendant la rotation de la came 78, l'arbre 58 est amené, par l'intermédiaire de l'étrier pivotant, à se déplacer d'un mouvement de va-et-vient dans le sens axial à partir d'une position totalement en avant, représentée par le trait plein de la figure 1, jusqu'à une position de retrait représentée en trait mixte. Le mouve- ment de va-et-vient de l'arbre peut être exécuté d'une manière continue en réponse à une rotation constante de la came rotative ou peut être ef- fectué de façon intermittente par la mise sous tension intermittente du moteur d'entraînement 83 de façon à obtenir un nettoyage satisfaisant des surfaces hélicoïdales de la vis. La rotation de la vis hélicoïdale 36 et du manchon d'entraîne- ment 38 relié à celle-ci est obtenue, comme représentée en figure 1, par un moteur 94 commandant un réducteur de vitesse 96 qui comporte un pi- 250 1 652 6. gnon 98 fixé à son arbre de sortie 100. Le pignon 98 est en prise avec un engrenage entraîné 102 solidaire du manchon d'entraînement 38, par exemple par des cannelures ou une clavette (non représentée), et verrouillé par un écrou de blocage 104. Le manchon d'entraînement et la vis hélicoïdale tournent par conséquent en formant un m9me ensemble, d'o il résulte qu'un matériau pénétrant dans la conduite d'entrée 34 est acheminé par la vis hélicoïdale vers la droite de la figure 1, pour en sortir par l'orifice de décharge 26. La rotation de l'arbre 58 est obtenue par un agencement d'ac- couplement par bille-rainure, comme on le voit le mieux dans les figures 1 et 4, d'o il résulte que la rotation du manchon d'entraînement pro- voque la rotation de l'arbre tout en permettant un mouvement de va-et- vient relatif de l'arbre et une réduction ou une augmentation de sa vitesse pendant les périodes de va-et-vient. L'accouplement, tel qu'il est représenté comprend trois rainures hélicoïdales semi-circulaires 106 pratiquées dans la surface intérieure du manchon d'entraînement dans la partie située à l'intérieur du pilier 42 et trois rainures hélicoïdales semi-circulaires correspondantes 108 pratiquées dans la périphérie de l'arbre 58. Une pluralité d'éléments sphériques tels que des billes cémentées 110, sont disposées à l'intérieur de la gorge hélicoïdale cir- culaire définie par les rainures 106, 108 et servent à transmettre le couple du manchon d'entraînement à l'arbre 58 de façon à en effectuer la rotation. Le pas des rainures hélicoïdales 106, 108 correspond à celui de la vis hélicoïdale et s'étend sur un angle d'environ 3600 autour de l'arbre et du manchon d'entraînement. L'action de nettoyage des surfaces hélicoïdales avant et arrière de la vis est assurée au moyen d'une pluralité d'éléments de grattage représentés dans les figures 1 et 3 qui sont fixés à l'arbre 58 et sont en saillie sur celui-ci dans le sens radial, sur une distance So surplombant la surface avant 52 et la surface arrière 54 de la vis. Les éléments de grattage sont disposés en un endroit adjacent à ces sur- faces hélicoïdales et comportent un bord de grattage ayant un profil correspondant à celui de la surface hélicoïdale contiguë. Dans l'agen- cement représenté, les éléments de grattage 112 sont disposés à une cer- taine distance les uns des autres dans le sens axial de l'arbre et sui- vant un angle de 180 par rapport à l'élément de grattage contigu et ont des positions alternées près de la surafce avant 52 et de la surfa- 250 1652 7. ce arrière 54. On remarquera que, alors que les éléments de grattage 112 sont représentés comme étant placés sur toute. la longueur de la vis de la figure 1, ils peuvent être au choix placés sur les sections de la vis o le matériau d'entrée a tendance à adhérer aux surfaces héli- coldales. On remarquera également que les éléments de grattage peuvent être fixés à l'arbre suivant des intervalles angulaires supérieurs ou inférieurs à 1800 en prenant en considération la course de va-et-vient de l'arbre et le pas hélicoïdal de la vis de façon à assurer un mouve- ment de translation approprié des éléments de grattage pour que le net- toyage de la totalité des sections ou de certaines sections des surfa- ces hélicoïdales soit satisfaisant. L'agencement spécifique, tel qu'il est représenté, fait appel à une came rotative qui assure une course alternative dans le sens axial de l'arbre égale au pas hélicoïdal de la vis, d'o il résulte que l'arbre et les éléments de grattage effectuent, par l'intermédiaire de l'accouplement hélicoïdal bille-rainure, un tour complet alors que la vis hélicoïdale provoque un mouvement de translation suivant un angle de 3600 des surfaces hélicoïdales pendant chaque course de va-et-vient de l'arbre. Par exemple, un élément de grattage hélicoïdal représenté en 112a dans le cercle 3 de la figure 1, qui est placé vers l'arrière et en relation de grattage contre la surface hélicoïdale arrière lorsque l'arbre se trouve totalement en avant, se déplace pendant la course de retour de l'arbre vers la position représentée en 112a de la figure 3. Dans l'agencement représenté, on préfère que l'arbre exécute une rota- tion légèrement supérieure à une rotation relative de façon à ce qu'il y ait un certain recouvrement de l'action de grattage des éléments conti- gus afin d'assurer un nettoyage approprié. Si la course de va-et-vient de l'arbre par rapport au pas hélicoïdal n'est qu'une fraction de ce pas, les éléments de grattage permettant de nettoyer la surface héli- coîdale arrière et les éléments de grattage permettant de nettoyer la surface hélicoïdale avant sont distants axialement, respectivement,de l'élément de grattage contigu suivant la valeur maximum de la course hélicoïdale totale de façon à obtenir un mouvement de translation sur la totalité des surfaces à nettoyer. Selon l'agencement précédent, lorsque l'arbre est stationnaire dans le sens axial par rapport à la vis hélicoïdale, la vis et l'arbre tournent simultanément à la même vitesse. Pendant le mouvement de re- 250 1 652 8. trait de l'arbre, celui-ci tourne à une vitesse plus petite alors que pendant la course avant ou course vers l'intérieur, l'arbre et les éléments de grattage tournent à une vitesse supérieure à celle de la vis. En général, la came 78 commandant le mouvement de va-et-vient de l'arbre peut avoir une vitesse variant entre 0 et environ 2 tours par minute, de façon à obtenir un nettoyage approprié, cette vitesse étant fonction de la nature particulière du matériau acheminé. Cela peut être fait d'une manière continue, ou bien le moteur d'entraînement 83 peut être mis sous tension par intermittence au moyen d'une minuterie appro- priée de façon à obtenir un mouvement de va-et-vient périodique de l'ar- bre et à maintenir une efficacité satisfaisante d'acheminement par la vis hélicoidale. Le dispositif décrit ci-dessus peut être disposé avec la chambre dans une position horizontale, verticale ou inclinée et est particulièrement adaptée au traitement de matériaux sous pression élevée et à des températures importantes dans le but d'effectuer une réaction ou unerestructuration thermique ou un mélange du matériau d'entrée, suivant le cas. Par exemple, le procédé peut être utilisé pour l'amélio- ration d'un charbon du type lignite et autre matériau carboné, conformé- ment au procédé décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 4. 052.168 et n" 4.129.428 qui emploient un dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.126.519 que l'on supposera ici connus.Les matériaux d'entrée peuvent être constitués de n'importe quel matériau pouvant être acheminé sous forme de courant, tel qu'un matériau en particules ou une boue, qui peut être introduit dans la chambre de convoyage et acheminé par la vis hélicoïdale en rotation entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie. Le matériau, alors qu'il se trouve dans la chambre, peut être soumis à un échange de chaleur de façon à en contr8ler la température, y compris à un chauffage à température élevée en conformité avec les brevets des Etats-Unis d'Amérique cités ci-des- sus dans le but d'effectuer sa restructuration thermique. A cette fin, le carter comporte un échangeur de chaleur,représenté en 114 de la fi- gure 1,oui définit une chambre entourant la périphérie d'une section du carter dans laquelle un fluide d'échange de chaleur, tel que de S5 la vapeur, peut être mis en circulation. En variante, un fluide, par exemple de la vapeur surchauffée, peut être injecté directement dans la chambre en un ou plusieurs endroits sélectionnés de façon à obtenir i j I 250 1652 9. le chauffage souhaité du matériau. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réa- lisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire suscepti- ble de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS l - Dispositif de convoyage à vis, caractérisé en ce qu'il comprend un carter allongé définissant une chambre de convoyage, une vis hélicoïdale définissant une surface avant et une surface arrière hélicoïdales supportées en rotation dans le carter, ayant un alésage central s'étendant axialement sur au moins une partie de sa longueur, un arbre disposé en coulissement dans l'alésage et pouvant être animé d'un mouvement de va-et-vient et de rotation par rapport à la vis hé- licoldale, des moyens de grattage sur l'arbre disposés en des endroits contigus aux surfaces avant et arrière de la vis hélicoïdale, un moyen d'entraînement permettant la rotation de la vis hélicoïdale et de l'ar- bre et d'un moyen de force motrice pour animer l'arbre et la vis héli- coldale d'un mouvement de va-et-vient l'un par rapport à l'autre de fa- çon à obtenir un mouvement de translation des moyens de grattage le long des surfaces avant et arrière de la vis hélicoïdale. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un orifice d'entrée dans le carter pour intro- duire un matériau dans la chambre et un orifice de sortie dans le carter situé à une certaine distance de l'orifice d'entrée dans le sens lon- gitudinal pour la décharge du matériau. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'échange de chaleur, pour le contrôle de la température du matériau dans la chambre. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'échange de chaleur permet de chauffer le matériau à une tem- pérature élevée. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'étanchéité permettant de rendre étanche la vis hélicoïdale et l'arbre à l'intérieur de la chambre. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alésage s'étend sur la totalité de la longueur de la vis hélicoî- dale. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis hélicoïdale est fixée axialement dans le carter, et l'arbre peut être animé d'un mouvement de va-et-vient dans le sens axial par rapport à celui-ci. 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 250 1 652 11. que la vis hélicoïdale a un pas hélicoïdal sensiblement constant sui- vant sa longueur. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de grattage sont disposés en certains endroits choisis sur la longueur de l'arbre. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de grattage sont disposés sur l'arbre selon des interval- les dans le sens axial correspondant à environ la moitié de la longueur du pas de la vis hélicoïdale. 11 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de grattage comprennent un bord de grattage s'étendant sensiblement dans le sens radial, ayant un profil correspondant sensi- blement à celui de la surface hélicoïdale contiguë à celui-ci et dis- posé en relation de grattage avec lui pour enlever le matériau de la surface hélicoïdale en réponse à leur mouvement de translation relatif le long de la surface hélicoïdale. 12 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de grattage comprennent une première pluralité de lames disposées suivant des intervalles dirigés dans le sens axial de l'arbre et contiguës à la surface hélicoïdale avant et une seconde pluralité de lames disposées suivant des intervalles dirigés dans le sens axial de l'arbre et contigus à la surface hélicoïdale arrière. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les premières lames sont espacées axialement les unes des autres d'une distance longitudinale qui n'est pas supérieure à la longueur de la course de va-et-vient de l'arbre. 14 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les secondes lames sont espacées axialement les unes des autres d'une distance qui n'est pas supérieure à la longueur de la course de va-et-vient de l'arbre. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement comprend un moyen d'engrenage entraînant la vis hélicoïdale pour en effectuer la rotation. 16 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement comprend un moyen pour mettre en rotation la vis hélicoïdale et un moyen L'ccouplement pour mettre en rotation l'arbre en réponse à la rotation de la vis hélicoïdale. 2 501652 12. 17 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moyen d'accouplement comprend un moyen pour conférer un mouve- ment de va-et-vient relatif entre la vis hélicoidale et l'arbre. 18 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moyen d'accouplement comprend une rainure hélicoïdale formée autour de l'arbre et dans la surface contiguë de l'alésage et une plura- lité d'éléments de roulement dans la rainure hélicoidale formant une liaison d'entraînement entre la vis hélicoïdale et l'arbre. 19 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de force motrice comprend une came rotative entraînant l'ar- bre pour en effectuer un mouvement de va-et-vient-en réponse à sa rota- tion. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est commandé de façon à assurer un mouvement de va-et-vient relatif intermittent de l'arbre et de la vis hélico5dale. 21 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement est commandé de façon à assurer un mouvement de va-etvient relatif sensiblement constant de l'arbre et de la vis hélicoidale.