Brevet FR2793168A1 — publié le 20001110

L'invention se rapporte à un broyeur à boulets, du type comportant un tambour rotatif horizontal dans lequel un matériau à broyer est introduit pour tre renvoyé sous forme pulvérisée dans un courant gazeux, après avoir été écrasé par des boulets chargés dans le tambour. De tels broyeurs sont notamment utilisés pour le broyage des combustibles solides en vue de leur utilisation sous forme pulvérisée pour l'alimentation de brûleurs pour chaudière. Les boulets ou autres éléments broyants équivalents, réalisés en matériau dur, pulvérisent par écrasement, trituration et/ou attrition les éléments de matériau à broyer qui sont introduits dans le tambour rotatif sous forme de morceaux plus ou moins gros au travers des tourillons qui supportent le tambour à ses extrémités. Le transport du matériau à l'extérieur du tambour, après pulvérisation, est assuré par l'intermédiaire d'un gaz. Ce gaz est introduit dans le tambour du broyeur en mme temps que le matériau à broyer au travers des tourillons et il suit un circuit lui permettant d'en ressortir. Le gaz utilisé est en général de l'air. Il est introduit dans le tambour, soit au niveau d'un des tourillons pour ressortir par l'autre, après s'tre chargé de matériau en poudre, soit encore symétriquement par chacun des deux tourillons au travers desquels il ressort à contre-courant avec le matériau pulvérisé en raison de la présence d'éléments déviateurs. Lorsque le matériau à broyer est humide, le gaz injecté est chauffé. Il assure alors un séchage du matériau pulvérisé qu'il transporte. Ce matériau pulvérisé a, en général, une granulométrie relativement étendue et il est connu de le faire traverser un séparateur qui ne laisse passer que les grains fins de matériau et qui recycle les grains grossiers en les renvoyant dans le tambour. Dans au moins une forme de réalisation connue pour un tel broyeur, il est prévu une vis d'Archimède qui est réalisée en un matériau élastique et qui est positionnée à l'intérieur de chaque tourillon. Cette vis assure la progression des morceaux de matériau à broyer vers l'intérieur du tambour. Une telle vis est susceptible d'tre soumise à une usure importante et rapide, car elle est soumise aux chocs que lui font subir les morceaux de matériau en mouvement, en particulier si ces morceaux tombent sur elle. Cette usure peut aussi tre accélérée par le passage du matériau pulvérisé, lorsque celui-ci est propulsé contre la vis d'Archimède par le gaz qui le transporte à l'intérieur d'un tourillon. Dans une autre forme connue de réalisation, le gaz servant au transport du matériau pulvérisé est introduit au travers d'un tourillon par l'intermédiaire d'un tube creux portant la vis d'Archimède et disposé coaxialement dans ce tourillon. Ce tube creux tourne sur son axe avec le tambour du broyeur et il est fixé par un système de barres à l'intérieur de ce tambour, ce qui conduit à ce qu'au moins certaines parties de ce système de barres soient soumises aux chocs des boulets en mouvement, lorsque le tambour tourne. Le soutien du tube creux est assuré par un palier qui doit tre étanche à la poussière que transporte le gaz propulseur une fois chargé et qui doit tre refroidi en permanence pour évacuer les calories que le gaz apporte, lorsqu'il a été préalablement chauffé à des fins de séchage. L'installation dans un tourillon de tambour d'un tube fixé dans le tambour et sur un palier d'extrémité ne favorise pas l'accès aux pièces d'usure du broyeur, tels que notamment les boulets, les vis d'Archimède, les barres de support de tube creux. Il faut alors démonter d'autres pièces, pour pouvoir accéder aux pièces d'usure considérées ci-dessus, ce qui a notamment pour conséquence d'augmenter les temps de maintenance et d'indisponibilité du broyeur. L'invention propose donc un broyeur à boulets : -un tambour rotatif d'axe horizontal dont chaque extrémité est supportée par un tourillon qui la termine et qui est axialement traversé par un tube autour duquel il forme un conduit annulaire ; -une tuyauterie sensiblement verticale débouchant à proximité de ce tourillon au niveau d'un élément de guidage permettant de dirigew le matériau à broyer transmis par la tuyauterie vers le tambour où est injecté du gaz ; -une conduite de sortie communiquant avec le conduit annulaire délimité par un tourillon pour l'éjection du mélange constitué par du gaz et par le matériau broyé sous forme de poudre, hors du tambour. Selon une caractéristique de l'invention, chaque tourillon d'extrémité du broyeur contient une structure hélicoïdale rigide, du genre vis d'Archimède, fixée à lui et tournant avec lui autour du tube, lors de la rotation du tambour, pour entraîner le matériau à broyer vers l'intérieur du tambour, ledit tube étant un tube rigide d'injection de gaz qui est maintenu immobile. Le tube d'injection de gaz axialement disposé dans le tourillon placé à chaque extrémité du tambour pénètre préférablement dans ce tourillon en traversant, depuis l'extérieur, l'élément de guidage qui permet de diriger le matériau à broyer vers le conduit annulaire défini par ce tube et ce tourillon. Un tel tube d'injection, qui est axialement introduit dans chaque tourillon à une extrémité du tambour, est monté sur un portique d'immobilisation, déplaçable par rapport à ce tambour. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente une vue en coupe longitudinale d'une installation de broyage de charbon. Les figures 2 et 3 présentent respectivement une vue schématique en bout et une coupe schématique longitudinale d'un raccord d'extrémité pour broyeur selon l'invention. L'exemple d'installation de broyage présenté sur la figure 1, comprend un dispositif 10 d'alimentation en matériau à broyer et un broyeur à boulets 20 alimenté par ce dispositif, le matériau traité étant par exemple du charbon. Le dispositif 10 comporte une trémie de stockage 1 alimentant un convoyeur à chaîne 3 avec les morceaux constituant le matériau à broyer. Le convoyeur est placé dans un caisson 4 et entraîné par un moteur 5, il amène les morceaux à broyer jusqu'à l'extrémité supérieure d'une tuyauterie 6 verticale ou sensiblement verticale dans lequel ces morceaux tombent. Le broyeur 20 comporte un tambour rotatif dont l'axe de rotation est horizontal ou sensiblement horizontal. Ce tambour comporte une partie centrale 11 cylindrique de révolution se prolongeant par une partie conique 12,13 vers chacune de ses extrémités au niveau de chacune desquelles est fixé un tourillon 14,15 de support du tambour. Les deux tourillons sont posés chacun sur un palier 16,17. Le tambour est entraîné en rotation par un moto-réducteur non représenté, il est rempli de boulets 27, en matériau dur, par exemple en acier, ou d'éléments durs fonctionnellement équivalents. L'installation est préférablement symétrique, notamment en ce qui concerne les agencements décrits ci-dessous, qui incluent les tuyauteries verticales 6 d'alimentation en matériau à broyer, situés aux deux extrémités du broyeur. Comme indiqué plus haut, les morceaux de matériau à broyer tombent dans chaque tuyauterie, telle 6, qui débouche à proximité d'une extrémité de tambour où est monté un tourillon, tel le tourillon 15. A cet effet l'extrémité inférieure de chaque tuyauterie est connectée à un embout 7 d'un raccord d'extrémité 8 qui vient se raccorder au tambour à l'extrémité d'un tourillon, tel que 15, par un embout 9 et via un joint tournant, ces éléments étant plus particulièrement illustrés les figures 2 et 3. Les morceaux de matériau à broyer qui tombent dans une tuyauterie, telle que 6, sont dirigés vers le tambour par l'intermédiaire d'un élément de guidage 31 qui est par exemple de type plaque inclinée. Cet élément est ici supposé tre une paroi, amovible ou non, du raccord 8, qui vient se positionner sous l'extrémité inférieure d'une tuyauterie et en regard de l'ouverture que présente un tourillon dans l'axe du tambour avec une orientation oblique par rapport aux axes longitudinaux respectifs de la tuyauterie et du tambour. Un tube rigide 41 d'injection de gaz traverse le raccord de part en part pour venir s'aligner selon l'axe longitudinal XX'd'un tourillon dans lequel il vient se positionner, lorsque le raccord est en place dans le broyeur, comme on le voit sur les figures 1 et 3. Dans la réalisation présentée, ce tube 41 est un tube rectiligne à section transversale d'allure elliptique dont le grand axe est préférablement disposé verticalement, il traverse la paroi qui constitue l'élément de guidage 31 pour permettre l'injection de gaz dans le tambour depuis l'extérieur, comme symbolisé par la flèche A. Ce gaz est destiné à assurer le transport du matériau, après pulvérisation. Selon l'invention, le tube 41 est monté sur un portique d'immobilisation 42 déplaçable par rapport au tambour qui permet donc de l'introduire simplement et de l'extraire du tourillon 15 où il vient s'enfiler. Dans une forme préférée de réalisation le raccord 8 et le tube 41 sont portés par le portique 42 qui permet de les déplacer par rapport au tambour de manière à positionner le raccord par rapport au tourillon auquel il se connecte par un joint tournant. Le portique 42 est ici supposé monté sur roues. Il permet de déplacer 1'ensemble tube-raccord avant que celui-ci ne soit immobilisé en position requise dans l'installation vis-à-vis d'un des tourillons du tambour. II Dermet aussi de dégager totalement l'ouverture axiale du tourillon et du tambour par un déplacement de sens inverse. . La longueur de la portion de tube 41 qui traverse dans un tourillon 15 est préférablement choisie de manière que l'extrémité de ce tube ne pénètre pas dans la zone, intérieure au tambour, où se meuvent les boulets et les morceaux de matériau à broyer lors de la rotation de ce tambour. La pénétration de ce tube 41 dans un tourillon est donc limitée de manière que l'extrémité de ce tube, par laquelle du gaz est injecté dans le tambour, soit logée à l'intérieur du tourillon, légèrement en retrait par rapport au corps principal du tambour. Les dimensions du tube 41 sont choisies de manière à ménager un conduit 35 de forme annulaire entre sa paroi extérieure et la paroi intérieure du tourillon où ce tube vient s'introduire axialement. Ce conduit annulaire est utilisé pour le transport des morceaux de matériau à broyer qui sont dirigés vers l'intérieur du tambour par un élément de guidage 31. Une structure hélicoïdale 32, du genre vis d'Archimède, est donc fixée de manière à tourner autour du tube 41 avec le tourillon 15, lorsque le tambour est en rotation. Elle est prévue pour entramer, vers l'intérieur du tambour, les morceaux, déviés par l'organe de guidage, qui se déplacent ainsi en longeant extérieurement le tube 41. Dans la réalisation envisagée, cette structure est préférablement rigide et dure, pour résister à la poussée des morceaux de matériau à broyer et aux frottements. Dans l'exemple de réalisation proposé, le conduit annulaire 35 est également parcouru par le mélange constitué par du gaz et par le matériau pulvérisé. Ce parcours s'effectue en sens inverse de celui suivi par les morceaux de matériau à broyer. Cette circulation en double sens du matériau à broyer et du matériau pulvérisé est possible du fait que les aubes de la structure hélicoïdale 32 sont suffisamment espacés du tube 41 comme cela apparaît sur la figure 3. Le mélange, éjecté hors du tambour est transmis, via le conduit annulaire et au travers du raccord 8, vers une conduite de sortie 36 reliée à un embout 44 de ce raccord. Ce mélange constitué de gaz et de matériau pulvérisé est ici symbolisé par la flèche B, il est par exemple exploité pour l'alimentation en combustible d'une chaudière. Dans 1'exemple de réalisation proposé, le raccord d'extrémité de tambour comporte des embouts de raccordement à la tuyauterie verticale et à la conduite de sortie. Les axes respectifs de ces embouts sont dans un mme plan perpendiculaire à l'axe du tube d'injection de gaz qui traverse le raccord, au niveau de l'élément de guidage, ce dernier étant ici supposé constitué sous la forme d'un plan, obliquement disposé par rapport à I'a ?'e du tube et à celui de 1'embout de tuyauterie verticale. Une entrée de gaz additionnel est éventuellement prévue pour l'alimentation d'une boite de séchage 30, en partie haute de tuyauterie verticale 6, pour favoriser la dessiccation du matériau à broyer. Les débits de gaz respectifs Aa par cette boite et A par le tube 41 à chacune des extrémités du tambour sont alors contrôlés de manière coordonnée en vue d'obtenir un débit optimal de mélange B en sortie de conduite 36. REVENDICATIONS 1/Broyeur à boulets comportant un tambour (11, 12,13) rotatif d'axe horizontal (XX') dont chaque extrémité est supportée par un tourillon (14,15) qui la termine et qui est axialement traversé par un tube (41) autour duquel il délimite un conduit annulaire (35), une tuyauterie (6) sensiblement verticale débouchant à proximité de ce tourillon au niveau d'un élément de guidage (31) permettant de diriger le matériau à broyer transmis par la tuyauterie vers le tambour où est injecté du gaz, une conduite de sortie (36) communiquant avec le conduit annulaire délimité par un tourillon pour l'éjection du mélange constitué par du gaz et par le matériau broyé sous forme de poudre, hors du tambour, caractérisé en ce que chaque tourillon contient aussi une structure hélicoïdale rigide (32), du genre vis d'Archimède, fixée à lui et tournant avec lui autour du tube, lors de la rotation du tambour, pour entraîner le matériau à broyer vers l'intérieur du tambour, ledit tube étant un tube rigide d'injection de gaz qui est maintenu immobile. 2/Broyeur, selon la revendication 1, dans lequel le tube d'injection de gaz axialement disposé dans le tourillon placé à chaque extrémité du tambour pénètre dans ce tourillon en traversant depuis l'extérieur l'élément de guidage qui permet de diriger le matériau à broyer vers le conduit annulaire qui est défini par ce tube et ce tourillon. 3/Broyeur, selon l'une des revendications 1, 2, dans lequel le tube d'injection de gaz axialement introduit dans un tourillon à une extrémité de tambour est monté sur un portique d'immobilisation (42). 4/Broyeur, selon la revendication 3, dans lequel le tube d'injection de gaz et l'élément de guidage situés à une mme extrémité de tambour sont montés sur un mme portique d'immobilisation. 5/Broyeur, selon la revendication 4, dans lequel le tube et l'élément de guidage, prévus pour une extrémité de tambour et portés par un mme portique d'immobilisation, sont incorporés dans un raccord (8) d'extrémité de tambour qui vient se positionner en bout au niveau de cette extrémité, et se fixer en bout au niveau des extrémités respectives de la tuyauterie verticale et de la conduite de sortie. 6/Broyeur, selon la revendication 5, dans lequel le raccord d'extrémité de tambour comporte des embouts (7,44) de raccordement à la tuyauterie verticale et à la conduite de sortie dont les axes respectifs sont dans un mme plan perpendiculaire à l'axe (XX') du tube d'injection de gaz au travers dudit raccord, ledit élément de guidage étant constitué sous la forme d'un plan obliquement disposé par rapport à l'axe du tube et à celui de 1'embout de tuyauterie verticale. 7/Broyeur, selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le tube d'injection de gaz axialement au travers d'un tourillon monté à une extrémité de tambour débouche dans ce tambour à un niveau situé en retrait par rapport à la partie principale de ce tambour et à l'intérieur du tourillon. 8/Broyeur, selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel chaque tuyauterie verticale comporte une boite de pré-séchage (30) permettant d'introduire un gaz chaud additionnel au niveau de cette tuyauterie.