Brevet FR2625449A1 — publié le 19890707

MOBILE D'AGITATION POUR APPAREILS DE MELANGE DE PRODUITS PULVERULENTS, PATEUX OU GRANULEUX L'invention est relative au domaine technique du mélange, du brassage, du malaxage, de l'agitation, sous atmosphère neutre ou réactive, sous pression relative et/ou sous température relative, de produits pulvérulents, pâteux ou granuleux, dans une enceinte de confinement. Par malaxage ou brassage, il convient de considérer toute opération de mélange pur entre au moins deux composants devant être homogénéisés, mais aussi toute opération visant à faire changer d'état un ou plusieurs produits de base ou une ou plusieurs compositions par autoréaction face à des variations de conditions ambiantes, telles que pression, température ou par interaction, avec ou sans modification des conditions ambiantes. Parmi les applications nombreuses pouvant être envisagées, il convient de citer la fabrication de matières premières, la préparation de produits industriels, tels que des peinturespolymères, colles, plastiques ou, encore, la fabrication de produits chimiques à caractère purement et uniquement industriel ou, encore, à vocation alimentaire, voire pharmaceutique. Le brassage ou l'agitation de produits ou compositions pulvérulents, pâteux ou granuleux, s'effectue à l'intérieur de récipients, cuves ou enceintes, généralement fermés et traversés localement par un arbre moteur sur lequel est adapté un mobile d'agitation composé d'un moyeu et d'un nombre déterminé de pales. Différentes formes de cuve ont été adoptées pour réaliser une telle opération et les mobiles d'agitation mis en oeuvre ont été conformés en correspondance pour, le plus souvent, assurer un passage des pales au plus près de la partie correspondante de la face intérieure de la cuve. L'expérience a permis de constater que les appareils, actuellement disponibles, pouvaient encore être améliorés pour parfaire la fonction de brassage, de malaxage, de mélange ou d'homogénéisation des produits devant être travaillés. L'une des premières possibilités concerne le profil des pales pour améliorer le brassage énergique des produits contenus dans le récipient ou la cuve de l'appareil et éviter La création de veines de mise en mouvement préférentielles. Il a été constaté que le nombre de pales de l'agitateur ne permettait pas de résoudre ce problème qui devait être mis au compte de la conformation particulière des pales. Un autre objectif est d'améliorer la résistance des pales aux efforts mécaniques intenses, croissant avec l'augmentation du couple d'entraînement et la viscosité des produits à brasser. Un autre objectif est la régulation de la température interne, à coeur, des produits ou de la composition en cours de brassage, soit pour éviter une montée en température résultant du frottement dû au brassage, soit, au contraire, pour apporter ou prélever des calories favorisant une réaction intime sous atmosphère neutre ou réactive. La présente invention vise à atteindre ces objectifs en proposant un nouveau mobile d'agitateur dont la conception a été choisie pour: améliorer davantage le brassage énergique et l'homogénéisation des produits en cours de traitement, qu'il s'agisse de produits pulvérulents, pâteux ou granuleux, - accroître notablement la résistance mécanique des pales, à même ainsi de transmettre un couple de rotation élevé, même au sein d'une masse pâteuse,pulvérulente ou liquide pouvant être affectée d'une viscosité importante, - permettre une régulation de température plus étroite à coeur des produits en cours de malaxage ou brassage, par l'intermédiaire des pales assumant alors une fonction d'échangeur thermique. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le mobile d'agitation conforme à l'invention est caractérisé en ce que chaque pale comprend: - une embase apte à être fixée de façon amovible sur le moyeu en étant centrée sur l'axe de rotation de ce dernier, - un pied de pale s'étendant à partir de la face extérieure de l'embase selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe de rotation, - et un segment de pale en forme de demi- croissant, faisant suite au pied de pale, de largeur décroissante depuis ce dernier, s'élevant en faisant un angle par rapport à l'axe de rotation, tourné dans le sens rétrograde pour présenter son bord d'attaque convexe dans le sens de rotation du mobile et vrillé au moins dans sa partie terminale d'un angle en direction de l'axe de rotation. L'invention a également pour objet un appareil de mélange de produits pulvérulents, pâteux ou granuleux, comprenant un récipient, cuve ou enceinte, localement traversé par un arbre moteur sur lequel est adapté un mobile d'agitation conforme à l'invention. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation schématique illustrant un appareil de brassage, de mélange ou de malaxage équipé d'un mobile d'agitation conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe en plan prise selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en plan montrant, à plus grande échelle, l'un des éléments constitutifs du mobile d'agitation, tel qu'illustré par les fig. 1 et 2. La fig. 4 est une élévation latérale, prise sensiblement selon la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 et la fig. 6 sont des coupes-élévations prises, respectivement, selon les lignes V-V et VI-VI de la fig. 3. La fig. 7 est une vue en plan, à plus grande échelle, analogue à la fig. 1 et illustrant des détails constructifs de l'objet de l'invention. La fig. 8 est une coupe partielle prise selon la ligne VIII-VIII de la fig. 4. Les fig. 1 et 2 montrent un appareil 1 d'agitation, de mélange, de brassage, de malaxage ou de réaction d'un produit ou d'une composition pulvérulente, pâteuse ou granuleuse. Un tel appareil 1 comprend une cuve, un récipient ou une enceinte 2, par exemple mais non exclusivement, de forme sphérique, qui est porté par une structure 3. La cuve 2 est traversée, par exemple au droit de son fond plat 4, par l'arbre de sortie d'un groupe moto- réducteur 5 pouvant être de tout type approprié. L'arbre de sortie est associé à une boite d'étanchéité 6, du type à joints tournants, raccordée à un circuit 7 aller et à un circuit 8 retour, branchés à une installation, non représentée, à même d'entretenir la circulation d'un fluide caloriporteur. La partie de l'arbre moteur, faisant saillie à l'intérieur de la cuve 2, supporte un mobile d'agitation 9 comprenant un moyeu 10 à partir duquel s'étendent des pales 11 qui, d'une façon connue, sont conformées pour suivre au plus près la partie correspondante de la face interne 2a de la cuve 2, devant laquelle elles évoluent par la mise en rotation du mobile 9 par l'intermédiaire de l'arbre moteur entraîné par le groupe 5. A titre d'exemple, le mobile d'agitation 9 est représenté pourvu de trois pales 11, mais il doit être considéré qu'un nombre différent pourrait aussi être prévu. L'objet de l'invention concerne, essentiellement, la structure des pales 11, à l'exclusion de la constitution du moyeu 10 qui doit être considéré comme faisant partie de l'art antérieur connu, pour ce qui concerne sa fonction de liaison mécanique avec l'arbre moteur et sa fonction de transfert ou transit du fluide caloriporteur empruntant les circuits 7 et 8, par l'intermédiaire de la boîte 6. Chaque pale 11 est constituée, selon les fig. 3 et 4, ' pour comporter une embase 12 apte à permettre une fixation amovible sur le moyeu 9, en étant centrée sur L'axe de rotation x-x' de ce dernier. A cette fin, l'embase de fixation 12 peut être constituée par un secteur de couronne 13 susceptible d'être fixé par l'intermédiaire de vis 14 assurant une immobilisation radiale et axiale. Un maintien angulaire efficace, apte à assurer l'entrainement en rotation, par exemple dans le sens de la flèche f' est établi par la présence d'une clavette en partie engagée dans un logement 15 ouvert à partir de la surface intérieure du secteur de couronne 13. L'embase de fixation 12 porte, à partir de sa surface périphérique extérieure, un pied de pale 16 dont l'axe général y-y' est sensiblement radial à l'axe de rotation x-x'. De préférence, l'axe longitudinal y-y' est décalé de façon rétrograde par rapport au sens de la flèche f1, par rapport à une direction radiale pure centrée sur l'axe x-x', d'une valeur a comprise entre 5 et 30 . Le pied de pale 16 est prolongé par un segment de pale 17 affectant une forme générale de demi-croissant dont la largeur décroit depuis l'attache avec le pied de pale 16 jusqu'au bord marginal 18. Le segment de pale 17 fait suite au pied de pale 16 et s'élève en faisant, par rapport à l'axe x-x', un angle B pouvant être compris entre 30 et 60 . De préférence, l'angle B avoisine 45. Le segment de pale 17, en forme de demi-croissant, est tourné ou orienté dans le sens rétrograde par rapport au sens de rotation selon la flèche f1, pour que son arête convexe, faisant partie du bord d'attaque 19 de la pale 11, suive au plus près la partie correspondante de la face interne 2a devant laquelle évolue la pale 11 lors de la rotation dans le sens de la flèche f1.l Le pied de pale 16 et le segment de pale 17 sont réalisés sous la forme de caissons creux, en étant constitués à partir de tout matériau approprié. De préférence, la forme caissonnée retenue présente une forme triangulaire en section sensibtement droite transversale. Les fig. 4 à 6 montrent, à titre d'exemple, que le pied de pale 16 et le segment de pale 17 peuvent être réalisés en forme de caisson triangulaire pour comporter une paroi 20, dite inférieure, formant intrados, une paroi 21 formant extrados antérieur, en considération du sens de rotation selon la flèche fl et une paroi 22 formant extrados postérieur par rapport au même sens de rotation. Les parois 20 à 22 sont réunies entre elles pour former le bord d'attaque 19 entre l'intrados 20 et l'extrados antérieur 21, un bord de décrochage 23 entre l'extrados antérieur 21 et l'extrados postérieur 22 et un bord de fuite 24 entre l'extrados postérieur 22 et l'intrados 20. Les bords de décrochage 23 et de fuite 24 présentent, comme cela ressort de la fig. 3, une conformation concave. La fixation sur l'embase 13, par exemple par soudure, du pied de pale 16 prolongé par le segment de pale 17, est réalisée de manière que l'extrados antérieur 21 fasse, par rapport à un plan de référence P perpendiculaire à l'axe x-x, un angle y pouvant être compris entre 30 à 600 et, de préférence, voisin de 45 . Cette fixation est aussi effectuée, de façon que l'intrados 20 fasse, à partir de sa naissance avec l'embase 13 et le long de la pale et par rapport au même plan de référence P, un angle 6, dit de dégagement, dont la valeur peut être comprises entre 10 et 20 et, par exemple, variant autour de 13 . L'angle 6 est prévu pour éviter le damage des produits en cours de malaxage et pour faciliter le nettoyage. Le segment de pale 17 est conformé pour que l'extrados antérieur 21 subisse, depuis la naissance avec le pied de pale 16 jusqu'au bord marginal 18, un vrillage en direction de l'axe x-x'. Un tel vrillage peut être exprimé comme une variation de l'angle y prenant, tel que cela est illustré à partir des fig. 4 et 7, dans les différents plans successifs P1 à P5, des valeurs voisines de , 95, 90, 60, et 300 mesurées, selon le plan considéré, entre l'arête de coupe de l'extrados 21 et la perpendiculaire p à la direction radiale D joignant l'axe x-x' à l'intersection de ladite arête de coupe avec le bord d'attaque 19. Les mêmes coordonnées de référence permettent d'apprécier, sur La fig. 7, L'angle 6 entre L'intrados 20 et Les perpendiculaires p. La conformation décrite ci-dessus de la pale 11 est prévue à diverses fins. La première, résultant de la forme caissonnée, est destinée à lui conférer une résistance mécanique particulièrement élevée, pour lui faire supporter les contraintes résultant de l'application du couple de rotation ou de la réaction présentée par le caractère plus ou moins visqueux des produits en cours de mélange, de brassage ou de malaxage. Le choix d'une structure caissonnée faisant intervenir un segment de pale 17 en forme de demi-croissant, permet de faire décroître l'effort de frottement, au fur et à mesure de l'éloignement radial, par rapport à l'axe x-x' et de favoriser, en quelque sorte, le passage forcé de la pale 11 à l'intérieur de la matière ou de la composition ou, encore, des produits devant être mélangés. Un autre avantage devant être mis au compte de la forme de réalisation choisie, réside dans le fait que la conformation en demi-croissant, de largeur décroissante, permet de faire croître continûment le gradient de vitesse avec l'éloignement du rayon et de favoriser l'effet de brassage, de malaxage ou de mélange qui est, par ailleurs, favorisé par la forme, en section triangulaire, offerte par le pied de pale 16 et le segment de pale 17. La forme triangulaire, en caisson creux, permet aussi de conférer à la pale 11 une résistance mécanique particulièrement élevée aux variations de pression susceptibles de se produire à l'intérieur de la cuve 2, soit par suite de réaction des produits entrant dans la composition, soit en raison de l'entretien d'une variation de pression relative par rapport à l'ambiante. La forme de la pale 11 est, également, choisie de manière que la partie du bord d'attaque 19, définie par le pied de pale 16, assume une fonction de raclage par rapport au fond de la cuve 2 et limite, ainsi, La stagnation d'une masse de matière de produit faiblement sollicitée en raison de la vitesse de déplacement Linéaire relativement faible qui est impartie au produit ou à la matière à peu de distance du moyeu 10. La fonction de raclage est, également, dévolue à l'ensemble du bord d'attaque 19, en raison de la conformation particulière de la pale 11 amenant ce bord d'attaque à suivre, au plus près, la partie correspondante de la face interne 2a de la cuve. La forme particulière de la pale 11 et, plus particulièrement, celle en caisson à section triangulaire, permet de constituer, entre les extrados antérieur 21 et postérieur 22, une arête 23 dite de décrochage, ayant pour effet de créer une rupture d'écoulement pour la matière ou les produits préalablement pris en charge par l'extrados 21. Un tel décrochage crée un mouvement turbulent, immédiatement après l'arête 23 et favorise le brassage, le malaxage, le mélange ou l'homogénéisation des produits en cours de traitement. Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, la réalisation en caisson du pied de pale 16 et du segment de pale 17 est complétée par un cloisonnage interne constitué par des parois 30 rapportées par tout moyen convenable. Les parois 30 assument une fonction de renforcement des caissons et sont, en outre, organisées, comme cela apparaît aux fig. 5 et 8, pour délimiter, entre elles et à l'intérieur du pied de pale 16 et du segment de pale 17, des canaux ou compartiments 31 et 32 communiquant entre eux en bout de pale, pour permettre la circulation d'un fluide caloriporteur à l'intérieur de cette dernière. Les canaux 31 et 32 sont en relation avec des passages 33 et 34 qui sont ménagés dans l'embase de fixation 12, de façon à coïncider avec des conduits complémentaires présentés par le moyeu 10. Ainsi, par ces moyens, il devient possible d'entretenir, à l'intérieur de chaque pale 11, la circulation aller et retour d'un fluide caloriporteur faisant assumer à la pale, dans son ensemble, une fonction d'échangeur thermique pour réguler la température du produit ou de la composition en cours de mélange par apport ou prélèvement de calories, en fonction, soit de l'élévation de température résultant du brassage ou du malaxage, soit du déroulement ou du développement d'un processus réactif intervenant par interaction entre des composants du ou des produits. Les parois 30 pourraient aussi être organisées pour ne définir qu'un circuit aller dans le cas o les pales comportent des orifices poreux ou non de diffusion d'un fluide dans les produits. Le pied de pale 16 et le segment de pale 17 peuvent être réalisés par assemblage des parois 20 et 21, complété par assemblage des parois 30 de cloisonnement et terminé par assemblage de la paroi 22. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Mobile d'agitation pour appareil de méLange de produits pulvérulents, pâteux ou granuleux, du type comprenant un moyeu (10) qui est adaptable sur la partie terminale d'un arbre moteur saillant à l'intérieur d'un récipient (2) constitutif de l'appareil (1) et qui porte n pales (11) conformées, possédant chacune un bord d'attaque (19) suivant au plus près la partie correspondante de la face interne (2a) du récipient, caractérisé en ce que chaque pale comprend: - une embase (12) apte à être fixée de façon amovible sur le moyeu en étant centrée sur l'axe de rotation (x-x') de ce dernier, - un pied de pale (16) s'étendant à partir de la face extérieure-de l'embase selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe de rotation, - et un seg ment de pale (17) en forme de demi-croissant, faisant suite au pied de pale, de largeur décroissante depuis ce dernier, s'élevant en faisant un angle (e) par rapport à l'axe de rotation (x-x'), tourné dans le sens rétrograde pour présenter son bord d'attaque convexe (19) dans le sens de rotation du mobile et vrillé au moins dans sa partie terminale d'un angle (y) en direction de l'axe de rotation. 2 - Mobile d'agitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pied de pale (16) et le segment de pale (17) sont réalisés en forme de caisson. 3 - Mobile d'agitation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pied de pale (16) et le segment de pale (17) sont réalisés en forme de caisson cloisonné par des parois internes (30) définissant au moins un circuit de circulation (31) en relation avec des passages (33, 34) ménagés dans l'embase pour communiquer avec au moins un conduit présenté par le moyeu et raccordé à une installation (7, 8) de production et circulation d'un fluide. 4 - Mobile d'agitation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pied de pale (16) et le segment de pale (17) affectent, en section droite transversale, une forme triangulaire. - Mobile d'agitation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pied de pale (16) et le segment de pale (17) comportent une paroi dite inférieure (20) formant intrados et deux parois dites extérieures formant extrados, respectivement antérieur (21) et postérieur (22) par rapport au sens de rotation du mobile, lesdites parois étant réunies pour définir ensemble un bord d'attaque convexe (19), un bord de décrochage (23) concave et un bord de fuite (24) concave. 6 - Mobile d'agitation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrados antérieur (21) du pied de pale forme un angle (y) par rapport à un plan de référence (P) perpendiculaire à l'axe de rotation (x-x'). 7 - Mobile d'agitation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle (y) décroît depuis le pied de pale en direction du bord marginal. 8 - Mobile d'agitation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'intrados (20) définit un angle de dégagement (6). 9 - Mobile d'agitation suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'axe (y-y') du pied de pale fait un angle (o) avec une direction radiale pure passant par l'axe de rotation (x-x'). - Appareil de mélange comprenant un récipient localement traversé par un arbre moteur sur lequel est adapté un mobile d'agitation selon l'une des revendications 1 à 9.