Brevet FR2588487A1 — publié le 19870417

Perfectionnements aux concasseurs à percussion. La présente invention se rapporte aux concasseurs à percussion à axe vertical destines à fragmenter des matériaux rocheux. Généralement, ces concasseurs comportent essentiellement un rotor destine à communiquer au materiau le maximum de vitesse pour le projeter dans un stator qu'il percute, de maniere à transformer l'énergie cinétique du matériau en energie de fragmentation. Les brevets US-A-2 992 784, FR-A-2 201 928 et européens A-O 074 771, 0 101 277 et 0 102 742 decrivent de tels dispositifs. I1 s'agit de concasseurs constitués par une cuve circulaire à axe vertical dont le fond est percé d'une ouverture centrale et par un rotor en forme de tambour dont les deux disques horizontaux retiennent des pales formant des poches stockant un certain volume de matériaux constituant un coussin de protection et une rampe d'éjection des maté- riaux à concasser issus d'un distributeur central débouchant dans l'axe du rotor par son disque supérieur, les matériaux admis etant projetés par la force centrifuge sur un talus de même nature de materiaux forme sur le fond de la cuve, sur toute sa péripherie et qui en protege les parois. Ces concasseurs offrent l'avantage de permettre les meilleurs coefficients de réduction et de produire des matériaux exempts de fissure dont la forme est la plus cubique possible. Toutefois, ce type de concasseurs est d'un usage limité aux matériaux les moins abrasifs, tels que le calcaire, car des que le materiau commence à devenir moyennement abrasif, les chocs et les frottements engendrentpes usures telles que la consommation. des pièces d'usure devient trés coûteuse que les temps morts qu'entrainent leur changement diminuent sensiblement la production et que le niveau de la performance tombe rapidement dès que l'usure commence à -apparaitre. Les perfectionnements objets de la présente invention permettent de pallier ces inconvenients. Ils visent les deux parties essentielles des concasseurs du genre susmentionne, le rotor et le stator. Ils ont pour but, pour permettre de traiter des matériaux moyennement abrasifs à tres abrasifs, de limiter les chocs au niveau du rotor, de les favoriser au niveau du stator, tout en privilégiant les frottements matériau sur matériau. Suivant un premier perfectionnement, 1.e rotor à axe vertical destiné à projeter des materiaux abrasifs, est cons titubé par deux disques et des pales en forme de spirales logarithmiques et des éjets résistants à l'usure par frottement , la disposition et la forme desdites pales assurant leur garnissage par du matériau immobilisé par rapport au rotor, privilégiant les frottements matériau sur matériau par rapport aux frottements materiau sur métal fort généra- teurs d'usure et minimisant les balourds éventuels dus audit garnissage Suivant un deuxieme perfectionnement ,l.e rotor à axe vertical destine à projeter à grande vitesse des matériaux moins abrasifs ou peu abrasifs, est constitué par deux disques et des pales d'usure consommables en forme de "S" reversibles, assurant dans leur partie centrale la distribution du matériau alimenté et dans leur partie peripherique la mise en vitesse du matériau. Suivant un autre perfectionnement, le stator destine à récupérer l'énergie communiquée par le rotor, comporte des planchers réglables à seuils horizontaux en forme de développantes de cercles permettant de constituer des talus de matériaux dont les lignes de niveau sont en tout point normales aux trajectoires des morceaux de matériaux éjectes par le rotor, lesdits talus ayant la forme d'une pseudo-helice canalisant une partie de l'air et des poussières entrainés en rotation par le rotor vers la partie supérieure du concasseur où ils peuvent être récupérés ou bien entre réaspirés par le rotor qui constitue une turbine, pour être reintroduits avec l'alimentation en matériaux dans le concasseur.L'incidence aussi normale que possible, et l'aspiration des fines des talus de réception des matériaux, ont pour resultat d'accroître l'efficacité des chocs et de produire le maximum de fragmenta tion avec le minimum d'énergie. Les figures du dessin annexe, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre les perfectionnements selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe axiale d'un concasseur à percussion suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan d'une premiere réalisation de rotor, dont une partie du disque supérieur est arrachée. La figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle d'une pale du rotor représenté figure 2. La figure 4 est une vue en plan d'une seconde réalisation de rotor, dont le disque supérieur a été enleve. La figure 5 est une vue en plan et en coupe du stator. La figure 6 montre le stator équipe du rotor de la figure 2. La figure 7 montre le stator équipé du rotor de la figure 4. De façon genérale, le concasseur représenté figure 1 comprend une enveloppe de forme substantiellement circulaire, constitué par un plancher 1 et une paroi latérale 2, surmontée d'un couvercle 3. Un second plancher est prévu à mi-hauteur du stator, formé d'une partie fixe 4 et d'un partie mobile 5. C'est au niveau du second plancher que se situe le rotor 6, entraîné en rotation par un arbre vertical 7 dont il est rendu solidaire, lui-meme mû par un moteur et une transmission par poulie 8 et courroies 9. L'arbre 7 est supporté par des paliers 10 fixés, par des entretoises, dans un bâti 11 prévu sous le stator 2 et jouant le râle de sorties latérales désignées par le repere 12. Au-dessus et au centre du rotor 6, débouche une -cheminée d'alimentation 13 surmontée d'une goulotte 14 dans laquelle sont admis les matériaux par une ouverture14a. La goulotte 14 comporte des ouvertures latérales pour le recyclage de l'air chargé de poussieres de matériaux, qui sont susceptibles de former aussi des tas au niveau de l'épaulement constitué entre la cheminée 13 et la goulotte 14. Le rotor 6 est essentiellement constitué par deux disques 15 et 16 d'axe vertical. Le disque superieur 15 comporte une ouverture centrale 17 qui communique avec la cheminée d'alimentation 13. Le disque inférieur 16 est équipé d'un distributeur 18 de forme tronconique qui s'étend verticalement dans l'axe du rotor 6. Entre les deux disques 15 et 16 du rotor 6 sont fixés des pales dont la conception est différente suivant que l'on se propose de concasser des materiaux très ou un peu moins abrasifs. Dans le cas des matériaux très abrasifs, le principe consiste à utiliser la propriete du frottement interne du matériau pour constituer sur ces pales une couche permanente en marche de ce materiau, sur lequel glisse le produit alimente dans le rotor 6. Bien entendu, le frottement est consommateur d'énergie, mais ce,lle-ci ne provoque pas l'usure des parties metalliques du rotor, dont les seules pièces d'usure sont des plaques d' usure des disques 15 et 16, et des ejets de matériau résistant bien à cette abrasion. Dans ce cas et comme l'illustrent les figures 2 et 3 du dessin, les pales sont constituees par des entretoises 19 en forme de spirales logarithmiques. dont la particularite est de rencontrer les plans méridiens du rotor 6 sous des angles egaux à la plus petite valeur éventuelle de l'angle de talus naturel du matériau qui alimente le concasseur. De la sorte, et si le sens de rotation du rotor 6 est conforme à la flèche représentée sur la figure 2, l'action de la force centrifuge est telle qu'il se constitue contre la pale 19 une reserve de materiaux immobile pourvu qu'on interdise de maniere positive tout déplacement tangentiel des matériaux par rapport à la pale. Le coefficient de frottement eventuel du materiau sur la pale etant probablement trés inférieur à la tangente de 1' angle de talus naturel dudit matériau, une butée 20 est fixée à l'extrémité périphérique de la pale 19 en forme de spirale logarithmique, interdisant tout mouvement tangentiel. Au delà de cette butée 20, chaque pale est complétée par un élément soudé entre les deux disques 15 et 16, sur lequel peut être fixe par des boulons un ejet d'usure 21. Celui-ci a un profil très particulier. Sa position est telle qu'il est tangent à un cylindre fictif centré sur l'axe du rotor 6 en un point intermédiaire peu éloigne de la pale 19. L'angle au centre de ce point intermedigire et de l'extrémité de l'éjet 21 est un peu inférieur à l'angle théorique de frottement materiau sur éjet. De la sorte, on est assuré que du materiau est emmagasiné sur toute la surface interne de l'éjet 21. Dans ces conditions et comme l'illustre la figure 3, a partir de l'extrémité de l'éjet 21 se constitue , en forme de spirale logarithmique, un stock mort A et immobile de matériaux. L'angle de cette spirale avec un diamètre méridien est égal à celui du talus naturel de matériaux qui alimentent le concasseur. Ce tas s'étant constitué, la matière qui alimente le rotor 6 glisse sur les materiaux dudit tas, n'engendrant pas d'usure sur les pièces métalliques outres que les angles des éjets 21, et les plaques de protection d'usure des disques 15 et 16. L'usure de l'rejet 21 est une usure par frottement, par glissement sans choc du matériau exclusivement concentré sur son angle intérieur réalisé en matière très dure. La disposition du rotor 6 et de l'rejet 21 assure que la force centrifuge agit de telle sorte que les matériaux rem- plissent toute la zone située à la jonction de la pale 19 et de l'éjet 21. De ce fait se trouve éliminé, le même phénomène ayant lieu pour chaque pale existante, tout balourd important du rotor 6. Au voisinage du centre du rotor 6, chaque pale 19 comporte un point d'inflexion et un déflecteur 22 disposés de telle sorte que, pour les mêmes raisons que celles expliquées plus haut, le bourrage des matériaux egal pour chaque pale, assure l'équilibrage du rotor 6. Le rotor est complété par des éléments soudés entre les disques 15 et 16 comprenant une partie radiale 23,8 une partie périphérique t3a constituant en arrière de chaque pale 19 des volumes totalement clos dans lesquels ne peuvent pénétrer ni materiaux, ni eau, ni poussières. De ce fait, on s'assure que le rotor 6 emmagasine bien du matériau en un volume minimisé au maximum, limitant par là même les risques de balourd. En effet, la zone de matériaux permanents se trouve limitée entre la spirale logarithmique des pales 19 et celle qui se constitue à partir de l'ejet 21. Au-dessous d'une certaine valeur de l'abrasive des matériaux, l'usure résultant du frottement sans choc sur des parties métalliques en matière convenable peut être économiquement acceptable. Dans ce cas, on adopte un rotor de conception différente. Comme le montre la figure 4 , les disques 15 et 16 du rotor 6 muni du même distributeur 18, sont entretoises par des aubes équidistantes 24 en matière résistant bien à l'usure et qui ont la forme d'un "S" comportant un centre de symetrie. Ces aubes 24 , qui sont reversibles, comportent deux trous à l'intérieur desquels passent deux axes 25 conçus pour brider de part et d'autre les deux disques 15 et 16 du rotor. La: zonequ5..se trouve aucvoistnage. du centreudejKabor6 est à peu près concentrique au distributeur 18, mais cependant, le passage laissé au matériaux s'élargit lorsque ceux-ci progressent vers l'extérieur. A mi-aube, la concavité s'inverse, et lors de la rotation du rotor 6, les matériaux sont violemment chassés vers l'extérieur par la force centrifuge. Un deflecteur 26 situé derrière la partie centrale de chaque aube 24, interdit aux matériaux alimentés de s'echapper à l'arrière desdites aubes, près le la zone la plus proche de l'axe du rotor 6. Dans les deux variantes de rotor, les matériaux alimentés s'echappent du rotor 6 avec une vitesse et une orientation par rapport à la tangente audit rotor qui depend de la vitesse du rotor et des frottements matériau sur matériau dans le premier cas, matériau sur pales métalliques d'usure dans le second cas. Les matériaux lancés par le rotor 6 sont projetes sur des talus de matériaux garnissant la partie périphérique du stator 2 du concasseur. Comme l'illustrent les figures 1, 5, 6 et 7, ces talus sont constitués naturellement sur les planchers 1, 4 et 5 dont la forme est telle que l'incidence des matériaux sur les talus est aussi normale au-talus que possible. La trace des planchers intermédiaires 4,5 est en forme de développante de cercle et les parois latérales 2 et radiales 27 qui separent les compartiments sont telles qu'elles ne peuvent etre percutées par les matériaux projetés par le rotor 6. S'appuyant sur 4es parois verticales 2 et 27, en effet se constituent des talus de matériaux. La possibilité de réglage du positionnement de ces planchers 4, 5 en développante de cercle permet d'adapter lesdites développantes de cercle, en les faisant pivoter, à la trajectoire de sortie des matériaux projetés par le rotor 6. Dans ce but, un axe vertical 28 et des dispositifs d'immobilisation 29 du plancher réglable 5 par rapport au plancher fixe 4 sont prevus. De manière à limiter le diamètre de l'appareil, le stator 2 comporte plusieurs compartiments, six à huit par exemple, dont chacun peut être réglé une fois pour toute lors de la mise en route du concasseur, tenant compote des vitesses de rotation retenues et des coefficients de frottement des matériaux. De la sorte, il est possible d'adapter les.talus du stator 2 pour qu'à ce niveau le maximum d'énergie cinétique puisse être transformée en énergie de fragmentation. Les parois latérales 27 limitant: les talus sont protegees sur leur arete incline à un angle voisin de celui du talus naturel de matériaux par des éléments d'usure. Ce sont des tôles d'usure horizontales 30 destinees à éviter les ricochets des matériaux vers le haut du concasseur. Ainsi, les materiaux projetes sur les talus, descendent suivant une ligne de plus grande pente vers la partie infe- rieure de l'appareil, par gravité, d'où ils sont évacues par les sorties laterales 12, figure 1. C'est au cours de ce glissement que les materiaux sont percutés par ceux venus du rotor 6 et les uns et les autres sont fragmentes. Par ailleurs, cette disposition entraîne que les matériaux plats et aiguilles redescendant le long des talus offrent leur face la plus importante aux impacts, ce qui a pour effet de rendre les matériaux produits plus cubiques, ce facteur de forme étant un élément important de la performance de l'appareil objet de l'invention. Lés planchers réglables 5 ont chacun un seuil 31 légèrement débordant qui retient le talus à sa naissance en forme de développante de cercle, de sorte que les tas qui se constituent ont des profils en forme de pseudo-hélice et, compte tenu du sens de rotation du rotor 6, l'air et la poussière qu'ils entraînent sont dirigés vers le haut dans le couvercle tronconique 3 qui coiffe le stator 2, pour être soit recyclés, soit aspirés par une cheminée 32. REVENDICATIONS 1-Concasseur centrifuge à percussion à axe vertical destiné à fragmenter des matériaux rocheux, comprenant un stator constitué par un fond (1) et une paroi latérale circulaire (2) surmontée d'un couvercle (3) et un rotor (6) entrai- né en rotation par un arbre (7) mû par un moteur par l'inter mediaire d'une transmission par poulie (8) et courroies (9), ledit rotor en forme de tambour comportant des poches stockant un certain volume de matériaux formant un coussin de protection et une rampe d'ejection des materiaux à concasser issus d'un distributeur central (13) débouchant dans l'axe du rotor (6), les matériaux admis entant projetes sur des talus de ma tériaux de même nature formés sur les parois latérales du stator (2), caractérisé par le fait que le rotor (6) comprend deux disques horizontaux (15,16) retenant entre eux des pales (19) constituees par des entretoises en forme de spirales logarithmiques rencontrant les plans méridiens du rotor sous des angles egaux à la plus petite valeur eventuelle de l'angle de talus naturel du matériau qui alimente le concasseur. 2-Concasseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rotor (6) comprend deux disques (15,16) entretoises par des aubes équidistantes reversibles (24) en forme de "S" comportant un centre de symétrie et fixées aux disques superieur (15) et inférieur (16) par deux axes (25). 3-Concasseur suivant les revendications 1 et 2, carac térisé par le fait que le stator (2) comporte des planchers reglables (4,5) en forme de developpante de cercle permettant de constituer des talus de matériaux dont les lignes de niveau sont en tout point normales aux trajectoires des matériaux éjectes par le rotor (6). 4-Concasseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une butée (20)en un ejet d'usure (21) sont fixés à l'extrémité périphérique de chaque pale (19). 5-Concasseur suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que l'éjet d'usure (21) est fixe de maniere tangente à un cylindre fictif centré sur l'axe du rotor (6). 6- Concasseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au voisinage du centre du rotor (6) chaque pale (19) comporte un point d'inflexion et un déflecteur (22). 7-Concasseur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque aube (24) comporte un déflecteur (26) s'etendant de la partie centrale vers l'ouverture d'alimenta tion. 8-Concasseur suivant la revendication 3, caractérise par le fait que les planchers reglables du stator (2) sont constitués par une partie fixe (4) et une partie mobile (5) susceptible de pivoter sur un axe vertical (28) et d'être rendue solidaire de la partie fixe par des moyens de serrage. 9-Concasseur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la partie réglable (5) de chaque plancher comporte un seuil en forme de rebord )31) qui retient le talus Wi sa 10-Concasseur suivant les revendications 1 et 3, carac térisé par le fait que le stator (1,?) comprend plusieurs compartiments limités par les planchers (4,5) et leurs parois radiales (27) dont l'arête inclinée a un angle voisin de celui du talus naturel qui s'y forme.