Brevet FR2577445A1 — publié le 19860822

La présente invention concerne un dispositif de projection de particules solides pour min broyeur sous vide dans lequel les particules à broyer sont projetées par force centrifuge sur une surface d'im- pact disposée à l'intérieur d'une enceinte sous vide. On sait que ce type de broyeur utilise la force centrifuge pour projeter les matériaux à broyer sur des cibles à des vitesses très él.s-, i'e"esmbl- du dispositif étant disposé sous vide ai.n d'é"viter le 0 freinage des particules projetées par la cssace de 1' air. Un broyeur sous vide comprend une 'eceinte fermée résistant à la pression et mise sous vide et-i la partie supérieure de laquelle est placée une roue distributrice entraînée en rotation à grande vitesse. La crrue est munie dans son axe d'une chambre centrale d'alimentation munie à sa' partie supri.eure d'un oFi- fic, axial ménagé au fond d'une trémie alimentée en mati.re à broyer par l'intermédiaire d'un dispositif Z de dosage, par exemple à vis, placé al débouché d'une chambre d'alimentation formant sas et qui permet d'in- troduire la matière dans l'enceinte sous vide. La roue distributrice est murne d'autre part d'une pluralité de canaux de projection dont les axes sont centrés dans un plan médian perpendicuinire à l'axe et qui débouchent vers l'intérieujr dans la chanim- bre d'alimentation et vers l'extérieur-sur la périphé-- rie de la roue. La matière introduite par le disposi- tif de dosage dans la chambre centrale dealimentation est donc entraînée par effet centrifuge dans les ca- naux et projetée à la sortie de ceux-ci sur un ensem- ble de plaques formant des cibles et qui sont placées tout autour de la roue, le long de la paroi latérale de l'enceinte. La partie inférieure de cell-ci est en forme de trémie et récupère la poudre fine formée par l'éclatement des grains de matière ainsi projetés sur les cibles par les canaux de la roue. Si la roue distributrice tourne à une vites- se suffisante, on crée donc à l'intérieur des canaux. une accélération radiale et tangentielle, permettant d'obtenir à la sortie la vitesse désirée. Il se pro- duit, à l'intérieur de ces canaux, un effet de contact entre les particules et la roue qui dépend de la vi- tesse de rotation et par conséquent un phénomène d'u- sure des canaux, notamment à la sortie de la roue. Ce phénomène d'abrasion dépend des propriétés physiques des particules, mais est toujours très important dès que la vitesse d'éjection devient elle aussi importan- te, eu égard à la valeur élevée de l'effet de contact particules-roue et de la vitesse relative de déplace- ment des particules dans les canaux. Jusqu'à présent, les moyens de protection employés et notamment les traitements de surface n'ont pas permis de donner à la roue distributrice une ré- sistance suffisante et l'on est amené à changer la roue distributrice assez souvent, ce qui est évidem- ment onéreux, chaque roue devant être réalisée et usi- née avec une grande précision en raison de sa très grande vitesse de rotation qui la soumet à des efforts importants. Par ailleurs, pour effectuer ces opéra- tions, on est amené à arrêter le broyeur, ce qui est incompatible avec une marche industrielle dans des domaines o une production continue est demandée tels que la cimenterie ou le broyage des minerais. L'invention a pour objet un nouveau mode de réalisation d'une roue de broyeur permettant de remé- dier à ces inconvénients, en réduisant la vitesse de déplacement des particules dans les canaux de projec- tion tout en conservant la même vitesse d'éjection. Suivant l'invention, la face de guidage des particules dans chaque canal a une courbe positive. c'est-à-dire une courbe s'enroulant dans le même sens de rotation de la roue distributrice, et dont le tracé judicieusement calculé, en fonction des coefficients de frottement des matériaux en contact, réalise l'ac- crochage sur cette courbe d'une couche stable d'auto- protection constituée par les particules elles-mêmes, avec régénération automatique de ladite couche en même temps que son usure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation en référence aux dessins annexés qui représentent: - Fig. 1 une vue schématique en coupe dans un plan vertical de l'ensemble d'un broyeur utilisant une roue distributrice selon l'invention. - Fig. 2 une vue en coupe selon la ligne AA de la Fig. 1, - Fig. 3 une vue identique à la Fig. 2 mon- trant le trajet suivi par les particules dans la roue distributrice pendant le fonctionnement du broyeur. Sur la Fig. 1, on voit une enceinte 1 cylin- drique à axe vertical à la partie supérieure de la- quelle est disposé un conduit vertical de grande sec- tion 2 présentant une dérivation sur laquelle est fixé un conduit 3 relié à une pompe à vide non représentée. A l'intérieur du conduit 2 sont disposées des trémies 4 et 5. La trémie 5 est reliée à un vibreur-6. En-dessous de la trémie vibrante 5 est dis- posée une trémie 7 solidaire d'une roue 20 constituant la partie supérieure du rotor. Cette roue est percée- de plusieurs canaux de direction radiale tel?.sque21 et 22 régulièrement répartis. Dans le prolongement de ces canaux et tout autour de l'enceinte, est disposée une cible 8 dont la surface d'impact est recouverte d'une matière résis- tant à l'usure et aux chocs. On peut déterminer entre la surface périphé- rique externe de la roue 20 et la cible 8 une zone d'espace dans laquelle vont être projetées les parti- cules à broyer. En-dessous de cette zone d'espace sont disposés des déflecteurs 9 fixés à une trémie qui peut être vibrante 10 dont le rôle est de recueillir la ma- tière pulvérulente broyée pour la diriger vers la sor- tie 11 reliée à un jeu de sas sous vide permettant l'écoulement du produit sans casser le vide dans l'en- ceinte. La roue 20 constituant la partie supérieure du rotor du broyeur est solidaire d'un arbre allongé cylindrique 12 tubulaire. Cet arbre 12, entraîné par un moteur 13, est guidé et supporté par un ensemble de paliers et.de butées 14. Le moteur 13 permet d'entraîner la roue 20 en rotation à de très grandes vitesses. Sur la Fig. 2, on a représenté à plus grande échelle la roue distributrice 20 à l'intérieur de la- quelle sont ménagés une chambre d'alimentation 23 et deux canaux 21 et 22 débouchant à leurs extrémités vers l'intérieur dans la chambre d'alimentation 23 et vers l'extérieur sur la périphérie de la roue par des orifices d'évacuation 24 et 25. La matière en grains pénètre dans la chambre d'alimentation 23 et est projetée vers l'extérieur, par effet centrifuge en passant par les canaux 21 et 22. Les particules ainsi projetées par les canaux frappent la cible 8 et sont réduits en une poudre fine. Les matières granulaires, par exemple du ci- ment ou du charbon pulvérisé, traitées dans les broyeurs centrifuges étant assez abrasives, on consta- te dans les broyeurs de ce type utilisés jusqu'à pré- sent, une usure assez rapide de la paroi latérale interne des canaux de projection, et notamment de l'o- rifice de sortie périphérique. L'invention permet d'éviter ce phénomène d'usure en donnant aux canaux de distribution une courbe particulière et déterminée. Pour cela, la face de frottement de chaque canal, sur laquelle sont projetés les grains, a une courbe A positive, c'est-à-dire une courbe qui s'en- roule dans le même sens W que la rotation de la roue distributrice 20. Cette courbe A dont le tracé est judicieuse- ment calculé, en fonction des coefficients de frotte- ment des matériaux en contact c'est-à-dire en fonction du matériau constitutif de la roue distributrice et des particules à projeter, permet l'accrochage sur cette courbe A d'une couche stable 30 (Fig. 3) consti- tuée par les particules elles-mêmes, réalisant ainsi une protection efficace de la roue distributrice. En se reportant à la Fig. 3, la détermina- tion de la courbe A formant la face d'appui de chaque canal s'effectue de la façon suivante: En considérant une particule en un point M, point de contact entre ladite particule et la face d'appui du canal, on voit que l'effort de contact N en ce point M peut être dirigé suivant le rayon vecteur OX si: +T= 'Tr/2. étant l'angle fait par la tangente à la courbe et le rayon vecteur au point M considéré, f étant l'angle dont la tangente est égale au coeffi- cient de frottement, donc dépendant des matériaux en contact. Pour toute courbe définie mathématiquement en coordonnées polaires, on a: dp /ap dans laquelle: ? = rayon au point M donné, p = f () = fonction de l'angle, p étant l'angle entre l'axe origine et le rayon vec- teur au moint M. Connaissant l'équation de la courbe, on peut donc calculer tg t pour chacun de ses points. Par conséquent, lorsque t + (f = /2 = gO'90. l'effort de contact N passe par 0, centre de la roue distributrice sur l'axe de rotation. Dans ce cas, toute particule placée en un point M ayant un coeffi- cient de frottement avec le matériau de la roue égal à tg f reste immobile. Il existe donc une courbe que l'on peut appeler "courbe limite de blocage" telle que l'on ait en chaque point t tf = t /12, courbe sur laquelle les particules restent immobiles. Ainsi, si l'on réalise sur la roue distribu- trice 20 des canaux 21 et 22, dont la face d'appui ou de frottement est tracée suivant la courbe A pour que l'on ait en tout point + 'f- /2 de telle sorte que toute particule arrivant sur la face du canal tracé suivant cette courbe sera bloquée. Par conséquent, il va donc se produire un entassement 30 de particules jusqu'à ce que cet entas- sement dessine une courbe 8 (Fig. 3) telle que l'on ait, pour cette courbe Pa r q meo /2. Par ce moyen, on va donc maintenir sur la face de frottement de chaque canal une couche de pel- licules immobiles dont l'épaisseur est fonction des courbes A et 8. Cette couche fixe constitue donc une véritable protection de la roue distributrice. Apres formation de cette couche protectrice, c'est-à-dire après avoir atteint la courbe B. les par- ticules amenées par la chambre d'alimentation 23 de la roue distributrice 20 vont entrer en mouvement et glisser sur le matelas de particules prisonnières entre les courbes A et B, avec régénération automati- que du matelas en même temps que son usure, et éjec- tion des particules à la vitesse souhaitée par les orifices 24 et 25. En connaissant les caractéristiques du maté- riau à projeter et celles du matériau constitutif de la roue distributrice, on peut facilement déterminer le coefficient de frottement des particules avec le matériau choisi pour la réalisation de la roue. De meme, si l'on connait le coefficient de frottement du matériau à projeter sur lui-même, on peut alors aisé- ment prévoir la courbe limite B. - Dans le cas o le coefficient de frottement du matérial à projeter sur lui-même est-supérieur au coefficient de frottement du matériau à projeter sur le matériau constituant la roue, c'est le centre de gravité de la pellicule protectrice qui devra être sur une courbe tel que M + T 90'. Le fond du canal, face d'accrochage de cette pellicule devra donc être calculé en conséquence. En fonction de la nature du produit à proje- ter et de la granulométrie du produit que l'on désire obtenir, la roue distributrice 20 doit tourner à une vitesse plus ou moins grande. Mais dans tous les cas on obtiendra la création d'un matelas protecteur, car le placage des particules est indépendant de la vites- se de rotation de la roue. On réalise donc une auto-protection des ca- naux par le produit lui-même, ce qui évite tout phéno- mène d'abrasion, tout en conservant une vitesse de rotation suffisante de la roue distributrice pour ob- tenir la granulométrie désirée. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui vient d être décrit; d'autres perfec- tionnements et. des variantes peuvent être imaginés en restant dans le cadre de la protection revendiquée. En effet, au lieu d'utiliser une roue sensi- blement plate ou en forme de disque, on peut également utiliser par exemple un bol hémisphérique, mais le principe de tracé des canaux reste le même pour obte- nir l'accrochage d'une pellicule de particules à pro- jeter qui sert de couche protectrice des canaux et évite l'abrasion parles particules. Par ailleurs, le nombre de canaux d'éjection dépend du débit à réaliser et du diamètre de la roue distributrice. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de projection de particules solides pour broyeur centrifuge sous vide comprenant une roue distributrice (20) entrainée en rotation pour la projection à grande vitesse sur une cible (8) d'une matière granuleuse introduite dans une chambre centra- le d'alimentation (23) placée dans l'axe de ladite roue, et dans laquelle débouchent une pluralité de ca- naux (21, 22) ménagés à l'intérieur de la roue dans une direction perpendiculaire à son axe et débouchant vers l'extérieur sur la périphérie de la roue par des orifices d'éjection (24, 25), caractérisé par le fait que la face de guidage des particules dans chaque ca- nal (24, 25) a une courbe A-positive. c'est-à-dire une courbe s'enroulant dans le même sens de rotation de la roue distributrice (20). et dont le tracé judicieuse- ment calculé, en fonction des coefficients de frotte- ment des matériaux en contact, réalise l'accrochage sur cette courbe A d'une couche stable (30) d'auto- protection constituée par les particules elles-mêmes, avec régénération automatique de ladite couche en même temps que son usure. 2.- Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que la courbe A est déterminée, pour que l'on ait, en tout point de cette courbe, la condition suivante: W f) /2 o v détermine l'angle fait par la tangente à la courbe et le rayon vecteur au point considéré, etp détermine l'angle dont la tangente est égale au coef- ficient de frottement. 3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la couche stable (30) d'auto-protection forme à l'intérieur de chaque canal (24, 25) une surface de glissement des particules entre la chambre centrale d'alimentation (23) et les orifices d'éjection (24, 25)., selon une courbe limite B telle que l'on ait f