Brevet FR2625111A1 — publié le 19890630

MOYEU D'AGITATEUR A PALES CREUSES ET A CIRCUIT DE CIRCULATION INTERNE D'UN FLUIDE CALORIPORTEUR La présente invention est relative aux appareils malaxeurs, mélangeurs, homogénéisateurs mis en oeuvre dans de nombreux domaines industriels pour réaliser la composition de produits divers ou, encore, mener à bien la réaction de certains composés chimiques ou, enfin, le conditionnement de produits intermédiaires ou définitifs. De tels appareils comprennent une cuve ou un récipient généralement de forme pseudo-cylindrique ou pseudo-sphérique contenant un mobile d'agitation adapté sur l'arbre de sortie d'un groupe moto-réducteur d'entraînement en rotation. Le mobile d'agitation est composé d'un moyeu à partir duquel s'étendent des pales ou des aubes dont la conformation est choisie, en fonction de la nature des produits et du travail ou du traitement à accomplir, pour qu'un mélange homogène puisse être entretenu efficacement dans toute la masse de produits contenue dans le récipient. Pour illustrer l'art antérieur en la matière, il est possible de citer des enseignements par les brevets français n 69-22 862 (2 052 018) et n 74-19 418 (2 273 582). Si, en règle générale, les mobiles d'agitation, actuellement connus, donnent satisfaction pour ce qui concerne l'homogénéisation, le mélange ou le brassage des produits contenus dans le récipient, il apparaît que de tels appareils, considérés dans leur ensemble, ne sont pas appropriés pour mener à bien, dans tous les cas d'application, les opérations de mélange, d'homogénéisation, de brassage ou de traitement. En effet, selon les procédés devant être développés, il est fréquent que la conduite de fonctionnement implique d'apporter ou de prélever du mélange interne des calories ou des frigories, de façon à entretenir une température à coeur qui soit compatible avec le mélange, l'homogénéisation ou le traitement à conduire. Il est également fréquent que se présente le besoin de pouvoir agir sur les paramètres thermiques de façon temporaire, par exemple, au 2625 1 1 1 cours d'une phase de réaction en dehors de laquelle un simple brassage peut ou doit être entretenu par le mobile d'agitation. Jusqu'à présent, le contrôle d'un tel paramètre thermique est mené à bien par l'intermédiaire de fluides caloriporteurs qui sont injectés à l'intérieur d'une double enveloppe. L'échange thermique s'effectue par conduction à travers l'enveloppe qui constitue une barrière pénalisant l'échange thermique. Il devient, dans ces conditions, difficile de réaliser un apport ou un prélèvement, soit à coeur de la masse en mouvement à l'intérieur de la cuve ou du récipient, soit au voisinage du mobile d'agitation. Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé de réaliser les aubes ou les pales d'un module d'agitation sous une forme creuse, de manière à délimiter, intérieurement, un circuit aller et retour d'un fluide caloriporteur. Par un tel moyen technique, il devient possible d'apporter, à coeur de la masse en mouvement, soit des calories, soit des frigories, avec une certitude de transmission, étant donné que les différentes aubes du module d'agitation sont en permanence en contact avec le coeur de la masse à brasser ou à mélanger. Si une telle proposition permet de résoudre le problème posé, elle fait naître, en revanche, un problème secondaire qui est celui de la réalisation convenable d'un moyeu permettant, par adaptation sur l'arbre d'entraînement, de supporter une charge mécanique élevée découlant de la transmission du couple d'entraînement fourni par la puissance motrice mise en oeuvre. Un tel moyeu doit aussi être à même de pouvoir assurer une circulation aller et retour d'un fluide caloriporteur entre les pales ou aubes et un circuit aller et retour raccordé à l'arbre d'entraînement d'un tel module d'agitation. Une telle transmission doit, bien entendu, être assurée de façon étanche. Une autre obligation s'imposant à un tel moyeu réside dans la possibilité de pouvoir accéder, aisément et rapidement, à ses différents organes constitutifs, lorsqu'il convient de réparer une fuite ou de changer, par exemple, une pale en partie au moins détériorée. L'objet de l'invention vise à répondre à l'ensemble de ces difficultés et, à cet effet, se trouve caractérisé en ce qu'il comprend: - une bague cannelée, enfilée sur l'arbre et portant les pieds des pales creuses, - une fourrure d'immobilisation axiale, interposée entre l'arbre et la bague et bloquée axialement par un bouchon, - au moins un circuit de circulation traversant l'arbre et la bague pour déboucher dans les pales. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer un moyeu d'agitateur qui soit à même d'établir des conditions de circulation optimales d'un fluide caloriporteur, de façon que l'échange thermique, à partir de chaque pale faisant office d'échangeur proprement dit, puisse être établi de façon certaine et continue pour un débit donné ou une vitesse de circulation connue d'un tel fluide. L'invention a, également, pour objet un mobile d'agitation du type à pales creuses et à circuit de circulation interne d'un fluide caloriporteur dont le moyeu met en oeuvre les caractéristiques de 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 d'un appareil de malaxage, de mélange ou de brassage comportant un mobile d'agitation conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en plan, prise sensiblement selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe-élévation prise selon la ligne brisée III-III de la fig. 2. Les fig. 4 et 5 sont des coupes transversales prises, respectivement, selon les lignes IV-IV et V-V de la fig. 3. L'objet de l'invention concerne le moyeu d'un mobile d'agitation 1 représenté aux fig. 1 et 2 par une structure composée de trois pales ou aubes 2. Le mobile d'agitation 1 est destiné à être monté à l'intérieur d'une cuve ou récipient 3, par exemple de forme générale sphérique, dont la partie supérieure ouverte, non représentée à la fig. 1, est fermée par tout moyen convenable apte à favoriser le chargement et le déchargement éventuel. Le mobile d'agitation 1 est supporté à proximité du fond de la cuve ou du récipient 3, en étant porté par l'arbre de sortie d'un groupe moto-réducteur 4. Le moyeu de l'invention est prévu pour assumer la fonction d'adaptation du mobile d'agitation sur l'arbre de sortie du groupe moto-réducteur 4 et la fonction supplémentaire d'interconnexion fluidique avec un module d'alimentation 5 raccordé à un circuit aller 6 et à un circuit retour 7 charges d'assurer la circulation d'un fluide caloriporteur à l'intérieur des différentes pales ou aubes 2. En vue d'assumer la double fonction ci-dessus, tout en présentant une grande résistance mécanique apte à supporter les contraintes développées par le travail des aubes ou pales 2 et par le couple devant être transmis à partir du groupe moto-réducteur 4, tout en offrant également une possibilité de montage rapide et d'entretien aisé, le moyeu d'agitateur est réalisé comme illustré par les fig. 3 et 4. Le moyeu, désigné dans son ensemble par la référence 8, comprend une bague 9 destinée à être montée sur la partie terminale cannelée 10 de l'arbre 11 de sortie du groupe moto-réducteur 4. La bague 9 est immobilisée axialement, sur la partie terminale 10, par une fourrure 12 de blocage axial interposée entre la partie terminale 10 et la bague 9. La fourrure 12 est pressée axialement contre un épaulement 13 de la bague 9 par un segment 14 à section cunéiforme poussé par un bouchon 15 de blocage axial rapporté et fixé par des vis 16 sur l'extrémité de la partie terminale 10. La bague 9 est destinée à supporter les pales 2 et, à cet effet, forme, à sa base, une collerette 17 définissant une portée d'appui 18 en contredépouille. La portée 18 est destinée à coopérer avec le bord inférieur détalonné 19 des pieds de pales 20 qui sont, à titre d'exemple, montrées au nombre de trois à la fig. 2. Il doit être considéré qu'un nombre différent peut être prévu sans sortir du cadre de l'invention. Chaque pied de pale 20 est réalisé sous la forme d'un secteur de couronne présentant, en section axiale par rapport au moyeu, une forme en queue d'aronde qui est en partie délimitée par le bord inférieur 19 détalonné et par le bord supérieur 21. Chaque pied de pale 20 est adapté sur la périphérie extérieure de la bague 9, de manière que le bord inférieur détalonné 19 emboîte la collerette 17 en coopérant avec la portée d'appui en contre-dépouille 18. Les pieds de pales 20 sont immobilisés axialement par une bride 22 montée par l'intermédiaire de vis 23 sur l'extrémité transversale de la bague 9 s'élevant au-dessus du bouchon 15. La bride 22 est du type annulaire et forme ou comporte un talon périphérique 24 en contre-dépouille emboîtant les bords supérieurs 21 des différents pieds de pales 20. Chaque pied de pale 20 est immobilisé radialement par la combinaison du talon 24 et par la présence de vis 25-qui sont montées transversalement dans la bague 9. Chaque pied de pale 20 est, par ailleurs, immobilisé angulairement sur la bague 9 par l'intermédiaire d'une clavette 26 disposée dans deux logements complémentaires 27 et 28 présentés par les faces en regard de la bague 9 et du pied de pale 20. Les moyens ci-dessus permettent d'assurer un montage rapide, pratique et résistant de chaque pale 2 qui peut être démontée rapidement et aisément par rapport à la bague 9. Les moyens de fixation mis en oeuvre sont à même d'assurer une résistance mécanique particulièrement élevée à l'assemblage du pied de pale 20 avec la bague 9, étant donné qu'une immobilisation dans trois directions est établie pour chacun d'eux. Afin de limiter les parties angulaires rentrantes ou 2625 1 1 1 sortantes présentées par le moyeu et susceptibles de perturber la fonction de l'agitateur au sein du mélange, les pieds de pales 20 sont, de préférence, complétés par la mise en place de lardons 29 permettant de reconstituer l'enveloppe continue que forment les pieds de pales 20 et qui emboîte la bague 9. Les lardons 29 sont immobilisés entre la contre-dépouille 18 et le talon 24. Ainsi que cela est rappelé ci-dessus, le moyeu conforme à l'invention est prévu pour assumer une première fonction de maintien physique résistant mécaniquement pour les pales 2 et une seconde fonction de mise en relation entre les circuits 6 et 7 et les canaux ou compartiments 2a et 2b que délimite chacune d'elles intérieurement. A cet effet, le moyeu comprend, intérieurement, des moyens de circulation étanche pour assumer cette fonction de mise en relation. Les moyens de circulation étanche comprennent, tout d'abord, un alésage axial 30 pratiqué dans l'arbre 11 de façon à être raccordé au circuit aller 6. L'alésage 30 est exécuté à partir de l'extrémité de la partie terminale 10 et se trouve obturé, de façon étanche, par l'intermédiaire du bouchon 15. Les moyens de circulation étanche en relation avec le circuit aller 6 comprennent, par ailleurs, pour chacune des pales - 2, un conduit 31 sensiblement radial percé dans la partie terminale pour faire communiquer l'alésage 30 avec une chambre de répartition 32 ménagée par des décolletages exécutés dans les faces en regard de la partie terminale 10 et de la fourrure 12. Chaque conduit 31 coincide avec une lumière 33 présentée par la fourrure 12 et qui débouche dans une seconde chambre de répartition 34 délimitée par des décolletages exécutes dans les faces en regard de la fourrure 12 et de la bague 9. La lumière 33 coincide avec un trou 35 pratiqué sensiblement radialement à travers la bague 9. Le trou 35 est en coincidence avec une lumière 36 ménagée dans la clavette 26. La lumière 36 coincide avec un passage 37 exécuté dans le pied de pale 20 pour déboucher dans le premier canal ou compartiment 2a ménagé dans cette dernière. De façon connue, le canal ou le compartiment 2a communique, par exemple, en bout de 2625 111 pale, avec Le second passage 2b. Des moyens d'étanchéification sont prévus en étant, par exemple, constitués par des garnitures ou joints à lèvres ou toriques, par exemple placés aux interfaces entre la partie terminale 10 et la fourrure 12, la fourrure et la bague 9, la bague 9 et la clavette 26, la clavette et le pied de pale 20. Les moyens de circulation étanche, entre chaque pale 2 et le circuit retour 7, comprennent un tube 38 traversant avec étanchéité le bouchon 15 pour être disposé concentriquement à l'intérieur de l'alésage 30, afin d'être raccordé au circuit retour 7. Le tube 38 s'élève au-dessus du bouchon 15 d'une mesure suffisante pour être pris en charge par un guide tubulaire 39 solidaire d'un chapeau creux 40, en métal conducteur, qui est rapporté, de façon étanche, par une base 41 au moyen de vis 42 sur la bride 22. La base 41 est prolongée par un manchon d'adaptation étanche 43 emboîté à l'intérieur de la bride annulaire 22 et de la partie de la bague 9 s'élevant au-dessus du bouchon 15. Le chapeau définit ainsi une chambre 44 étanche, collectrice, dans laquelle s'ouvre le tube 38. Les moyens de circulation étanche entre chaque pale et le circuit 7 comprennent, par ailleurs, un perçage 45 sensiblement radial, pratiqué de façon borgne dans la partie saillante de la bague 9 pour s'ouvrir dans la chambre 44. Le perçage 45 débouche dans un perçage axial 46 pratiqué dans l'épaisseur de la bague 9 pour communiquer avec un trou radial 47 coîncidant avec une lumière 48 ménagée dans la clavette 26 correspondante. La lumière 48 est en relation avec un passage 49 pratiqué dans le pied de pale 20 pour déboucher dans le second compartiment ou canal 2b de la pale 2 correspondante. Des garnitures d'étanchéité sont interposées entre le manchon 43 et la bague 9, la bague 9 et la clavette 26, la clavette 26 et le pied de pale 20. L'établissement d'une circulation de fluide caloriporteur, contrôlée à partir des circuits 6 et 7, permet de délivrer du fluide dans l'alésage 30 pour alimenter, par les 2625 11 1 conduits 31, les chambres 32 et 34, les trous 35 et les lumières 36, les différents canaux ou compartiments 2a des différentes pales 2. Le fluide caloriporteur circule en sens inverse dans les canaux ou compartiments 2b à partir desquels il peut emprunter les passages 49, les lumières 48, les trous 47 et les perçages 46 et pour être recueillis dans la chambre 44. Les moyens selon l'invention permettent de maintenir des conditions sensiblement constantes de circulation d'un fluide caloriporteur chargé d'apporter des calories en cours de travail ou, encore, d'en prélever, par les pales ou aubes, ainsi que par le chapeau 40. Les moyens mis en oeuvre permettent d'établir une circulation aller et retour étanche à partir d'un seul moyeu dont les dispositions structurelles sont aptes à supporter les efforts mécaniques se développant, soit par le couple d'entraînement en rotation généré par le groupe moto-réducteur 4, soit par les réactions subies par les pales 2 par le travail de brassage, de mélange, de malaxage de la composition interne à la cuve 3. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, le moyeu peut être réalisé pour n'établir qu'un seul passage de fluide en direction des pales qui possèdent, localement, des orifices, contrôlés ou non, d'injection dans la masse de produits contenus dans la cuve. Dans un tel cas, le moyeu ne comporte qu'un circuit interne, constitué, soit par l'alésage 30, les conduits 31, les chambres 32, 34, les lumières 33, les trous 35, les lumières 36 et les passages 37, soit par le tube 38, la chambre 44, les perçages 45 et 46, les trous 47, les lumières 48 et les passages 49. REVENDICATIONS: I - Moyeu d'agitateur à pales creuses (2) et à circuit de circulation interne d'un fluide, du type destiné à être monté en bout d'un arbre d'entralnement cannelé, raccordé à au moins un circuit de circulation, caractérisé en ce qu'il comprend: - une bague cannelée (9) enfilée sur l'arbre (11) et portant les pieds (20) des pales creuses (2), - une fourrure (12) d'immobilisation axiale, interposée entre l'arbre et la bague et bloquée axialement par un bouchon, - au moins un circuit de circulation traversant l'arbre et la bague pour déboucher dans les pales. 2 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: - une bague cannelée (9) enfilée sur l'arbre (11) et portant les pieds (20) des paLes creuses (2), - une fourrure (12) d'immobilisation axiale, interposée entre l'arbre et la bague et bloquée - axialement par un bouchon étanche (15) rapporté en bout d'arbre qui délimite un alésage (30) en relation avec un circuit aller (6), ledit bouchon étant traversé par un tube (38) placé en communication avec un circuit retour (7) et s'élevant au-dessus du bouchon, - un chapeau creux (40) rapporté sur le dessus de la bague pour délimiter une chambre étanche collectrice (44) dans laquelle débouche le tube, - et des moyens de circulation étanche traversant: d'une part, l'arbre, la fourrure, la bague et les pieds pour mettre en relation les pales avec le circuit aller, et, d'autre part, la bague et les pieds pour faire communiquer les pales avec la chambre elle-même en relation avec le circuit retour par le tube. 3 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague cannelée (9) comporte à sa base une collerette (17) définissant une portée d'appui (18) en contre-dépouille avec laquelle coopèrent les bords inférieurs complémentaires détalonnés (19) des pieds de pale (20) réalisés en forme de secteurs de couronnes présentant en coupe axiale une section en queue d'aronde, lesdits pieds étant immobilisés: - axialement contre la portée d'appui (18) par une bride (22) de blocage annulaire fixée sur la bague et comportant un talon annulaire (24) en contre- dépouille emboîtant les bords supérieurs des pieds de pale, - angulairement sur la bague chacun par une clavette (26), - et radialement, en combinaison par la bride et par des vis (25) montées sur la bague. 4 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pieds de pales (20), en forme de secteurs de couronne, reconstituent une enveloppe cylindrique emboîtant la bague par l'intermédiaire de lardons (29) rapportés entre eux. - Moyeu d'agitateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bord inférieur de chaque pied de pale (20) est détalonné complémentairement à la collerette pour emboîter cette dernière et la portée en contre-dépouille qu'elle définit. 6 -.Moyeu d'agitateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fourrure (12) d'immobilisation axiale est pressée contre un épaulement (13) de la bague par un segment (14) à section cunéiforme poussé par le bouchon (15). 7 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le chapeau (40) est rapporté sur la bride par sa base (41) qui forme un manchon (43) emboîté avec étanchéité dans la partie de la bague s'élevant au-delà du bouchon. 8 - Moyeu d'agitateur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de circulation étanche entre le circuit aller (6) et chaque pale (2) comprennent: - un alésage axial (30) ménagé dans l'arbre et fermé par le bouchon (15), - un conduit transversal (31) débouchant dans une chambre annulaire de répartition (32) ménagée entre l'arbre et la fourrure, - une lumière (33) pratiquée dans la fourrure et débouchant dans une seconde chambre annulaire de répartition (34) ménagée entre la fourrure et la bague, - un trou radial (35) ménagé dans la bague, - une lumière (36) pr.évue dans la clavette, - et un passage (37) pratiqué dans le pied de pale pour déboucher dans un premier canal ou compartiment (2a) de cette dernière communiquant avec un second canal (2b). 9 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que des joints d'étanchéité sont rapportés aux interfaces entre arbre-fourrure, fourrure-bague, bague-clavette, clavette-pied de pale. - Moyeu d'agitateur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de circulation étanche entre le circuit retour (7) et chaque pale (2) comprennent: - un tube (38) disposé dans l'alésage, traversant le bouchon (15), et s'ouvrant dans la chambre (44), - un perçage radial (45) pratiqué dans la bague- pour s'ouvrir dans la chambre, - un perçage axial (46) pratiqué dans la bague pour communiquer avec le perçage radial (45), - un trou radial (47) ménagé dans la bague en relation avec le perçage axial, - une lumière (48) prévue dans la clavette, - et un passage (49) pratiqué dans le pied de pale (20) pour déboucher dans un deuxième canal (2b) ou compartiment de cette dernière communiquant avec le premier canal. 11 - Moyeu d'agitateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que des joints d'étanchéité sont prévus aux interfaces entre manchon-bague, bague-clavette, clavette- pied de pale. 12 - Agitateur comportant un moyeu selon l'une des revendications 1 à 11.