Brevet FR2979838A1 — publié le 20130315

Entraînement de broyeur vertical à plusieurs entraînements principaux La présente invention concerne généralement un dispositif d'entraînement pour un broyeur vertical à rouleaux, le dispositif d'entraînement comprenant - une roue dentée de sortie fixée ou adaptée pour être fixée sur une table de broyage rotative du broyeur vertical à rouleaux ; et - une pluralité d'entraînements principaux ; - une structure de support ayant une plaque de plafond ; chaque entraînement principal ayant un moteur et une unité d'engrenage principal comprenant un pignon d'entraînement adapté pour engrener avec la roue dentée de sortie ; ladite roue dentée de sortie étant entraînée par chacun desdits entraînements principaux. L'invention concerne les entraînements par engrenage d'un broyeur vertical à rouleaux (VRM) et plus particulièrement un groupe d'entraînements principaux agencés verticalement, montés au-dessous de la table rotative à l'intérieur de la structure de support d'entraînement par engrenage de VRM. Les broyeurs verticaux à rouleaux (VRM) sont utilisés dans l'industrie du ciment pour broyer le clinker, le charbon et également pour la préparation de matières premières. Les entraînements de VRM, en particulier les entraînements de grande taille ou de grande puissance, peuvent présenter des problèmes de fiabilité liés au couple de roues dentées d'entrée coniques qui est l'un des composants mécaniques les plus critiques de l'entraînement de VRM. Aujourd'hui, les entraînements de VRM les plus utilisés sont les réducteurs utilisant en grande vitesse ou en entrée les couples de roues dentées coniques et en petite vitesse ou en sortie les étages planétaires ou les réducteurs qui combinent les couples de roue dentées coniques - avec les trains hélicoïdaux et planétaires, tous ayant une chaîne cinématique relativement longue et flexible en torsion, ce qui est par définition sensible aux variations de couple spécifiques au procédé de broyage du VRM. Dans les réducteurs planétaires de VRM de grande puissance (> 3 500 kW) les satellites doivent en principe être montés sur des paliers lisses en raison des limitations physiques afin que les paliers aient une durée de vie suffisamment longue. La dernière génération des entraînements de VRM de grande puissance utilise des étages d'engrenages de petite vitesse épicycloïdaux ou planétaires à plusieurs satellites pour permettre la transmission de couple dans un espace réduit. Les étages planétaires avec plusieurs satellites (>3) sont sensibles à la répartition de puissance entre le solaire et la couronne s'ils ne sont pas équipés d'un montage des satellites sur axe élastique, tel que décrit dans le document US3, 303, 713 . Par conséquent, un objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'entraînement pour un broyeur vertical à rouleaux qui soit facile à entretenir et qui ait des caractéristiques logistiques améliorées. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif d'entraînement qui ait une structure relativement rigide pour des dimensions données. A cette fin, l'invention propose un dispositif d'entraînement comme indiqué ci- dessus, dans lequel lesdits entraînements principaux sont montés sous la plaque de plafond et au moins l'unité d'engrenage principal est partiellement suspendue à la plaque de plafond, en particulier l'entraînement principal est partiellement suspendu à la plaque de plafond. Les autres caractéristiques de l'invention sont : - la structure de support comprend une plaque de base et des colonnes extérieures, dans lequel la plaque de plafond, la plaque de base et les colonnes extérieures définissent un volume intérieur de la structure de support, le volume intérieur ayant une taille et une forme pour recevoir complètement la totalité des entraînements principaux ; - la structure de support comprend une colonne centrale s'étendant entre la plaque de plafond et la plaque de base, de préférence la colonne centrale ayant une forme cylindrique, en particulier ayant une section transversale circulaire ; - chaque colonne extérieure a une section transversale en forme d'arc, chacune des sections transversales en forme d'arc coïncidant avec un cercle primitif ; - au moins une nervure s'étend dans le volume intérieur, en particulier à partir de chacune des colonnes extérieures jusqu'à la colonne centrale ; - chaque entraînement principal est une unité ayant un boîtier, moyennant quoi cette unité est adaptée pour être manipulée d'un seul bloc indépendamment des autres composants du dispositif d'entraînement ; - le boîtier est fixé à la plaque de plafond, de préférence exclusivement fixé à la plaque de plafond ; - chaque unité d'engrenage principal est une transmission pseudo-planétaire à porte-satellite fixe et à satellite à double denture ou une transmission planétaire ; - la roue dentée de sortie est une couronne à denture interne ou une couronne à denture externe ou une roue dentée ; - chaque pignon d'entraînement est un pignon à denture droite, un pignon à denture hélicoïdale ou un pignon à auto-alignement ; et - chacun desdits entraînements principaux est sélectivement amovible de la roue dentée de sortie et amovible de la structure de support sans déplacer la structure de support de sa base. La solution est en principe un entraînement de VRM sans couple de roues dentées d'entrée coniques, dans lequel les entraînements principaux coaxiaux montés verticalement sont agencés au-dessous de la table rotative à l'intérieur de la structure de support d'entraînement de VRM. Lesdits entraînements principaux sont de préférence identiques. Chacun se compose d'un moteur électrique à aimant permanent, d'une transmission de préférence pseudo-planétaire à porte-satellite fixe et à satellite à double denture ou une transmission planétaire , et un pignon d'entraînement à petite vitesse. Lesdits pignons d'entraînement à petite vitesse partagent à parts égales la charge sur la roue dentée de sortie à petite vitesse. Ladite roue dentée à petite vitesse est couplée à la table rotative de l'entraînement de VRM. La structure de support de l'entraînement de VRM peut résister à des forces et des couples de flexion générés par le processus de broyage. Les entraînements principaux peuvent être remplacés sans faire sortir l'entraînement de VRM de sa base, où le dispositif d'entraînement décrit peut remplacer le réducteur installé d'origine. Selon la présente invention, les couples de roues dentées coniques peuvent être évités dans les transmissions de VRM en utilisant un groupe ou une pluralité d'entraînements principaux coaxiaux agencés de manière verticale, montés à l'intérieur de la structure de support de transmission, comme représenté sur la figure 1. Si l'on fait la comparaison avec les transmissions de VRM communément utilisées, l'entraînement de VRM décrit est moins sensible aux variations de charge induites par le processus de broyage en raison d'une chaîne cinématique plus courte et plus rigide, en vertu de : - Un étage de couronne de sortie à petite vitesse avec plusieurs contacts entre la couronne et les pignons et un rapport d'engrenages relativement élevé qui peut transmettre un couple élevé avec une rigidité à la torsion élevée. - Chaque unité d'engrenage principal est une transmission coaxiale, de préférence une transmission planétaire ou pseudo-planétaire à porte-satellite fixe et à satellite à double denture. La répartition de la puissance est assurée grâce à l'utilisation de moteurs électriques individuels à aimant permanent couplés à une unité d'engrenage principal qui transmettent, indépendamment les uns des autres, le couple à la roue dentée de sortie couplée avec la table rotative de l'entraînement de VRM. La fiabilité et la disponibilité de l'entraînement de VRM, en ce qui concerne la présente invention, sont augmentées en raison de la conception spécifique en groupe, qui dans le cas de problèmes de fonctionnement d'une unité d'engrenage principal, le broyeur peut être complètement arrêté et l'entraînement principal peut être rapidement remplacé par un autre entraînement principal. Chaque unité d'engrenage principal avec son moteur associé peut être retirée de, et montée sur l'entraînement de VRM sans déplacer la structure de support de sa base, ce qui augmente encore davantage la fiabilité et réduit le temps d'arrêt du VRM à un minimum. La stratégie des pièces détachées ou de rechange peut être basée sur le fait de conserver un entraînement principal, qui se compose d'un moteur à aimant permanent, d'une unité d'engrenage principal avec un pignon d'entraînement et d'un boîtier associé en stock. L'entraînement principal retiré est remis à neuf et conservé en stock, ce qui augmente la facilité d'entretien à des coûts minimums. La présente invention, étant donné qu'elle adopte des entraînements principaux en groupe qui sont plus petits du point de vue de la taille, est idéale pour la production en série moins onéreuse, ce qui se traduit par des délais plus courts en raison d'une disponibilité plus importante, de plus petits forgeages, pièces moulées, roulements ou paliers et moteurs. Aussi, chaque entraînement principal peut avoir avantageusement des roues dentées satellites qui sont montés sur des roulements. La présente invention permet la modularité, ce qui signifie qu'un entraînement principal de taille standard et de type standard peut être utilisé, selon différents nombres, pour différentes tailles d'entraînements de VRM. Cette modularité implique un niveau élevé de standardisation qui présente un intérêt pour le fabricant d'engrenages - de réduire les coûts de fabrication et pour l'utilisateur final - de réduire les coûts des pièces détachées. La présente invention propose la solution pour retirer facilement et installer facilement les entraînements principal ce qui est, outre le fait d'être avantageux pour une facilité d'entretien, également avantageux pour le transport et le levage de la structure de support avec la table rotative et la roue dentée de sortie. Le dispositif d'entraînement, comme mentionné dans les revendications, selon la présente invention, peut être transporté démonté avec des entraînements principaux retirés de la structure de support, ce qui peut être avantageux pour le transport dans des sites à infrastructure peu développée et peu accessibles avec une capacité de grue limitée. En démontant les entraînements principaux, les réglages de contact d'engrenages et de paliers de l'entraînement de VRM ne sont pas compromis. Le moteur électrique à aimant permanent est un entraînement principal contrôlé du point de vue de la vitesse et du couple qui fournit l'avantage d'un contrôle du démarrage en douceur et d'une vitesse de broyage variable et optimisée et une répartition de couple précise sur chaque pignon de l'entraînement de VRM. La structure de support, grâce à des parois ou nervures radiales internes verticales, avantageusement placées entre les entraînements principaux, augmente considérablement la rigidité du dispositif d'entraînement dans toutes les directions. Ceci est très important pour le fonctionnement correct du VRM. Les aspects décrits ci-dessus de l'invention ressortiront plus clairement avec les dessins joints et la description plus détaillée qui suit, uniquement proposés à titre d'exemple des principes de l'invention. La figure 1 représente, selon la présente invention, la vue en perspective générale du dispositif d'entraînement. La figure 2 représente, selon la présente invention, la section transversale schématique du dispositif d'entraînement avec un étage d'engrenages à petite vitesse agencé avec une couronne dentée de sortie à denture interne. La figure 3 représente le même dispositif d'entraînement avec un étage d'engrenages à petite vitesse, agencé avec une couronne dentée de sortie à denture externe. La figure 4 représente la variante du dispositif d'entraînement avec un moteur à aimant permanent séparé de l'unité d'engrenage principal. La figure 1 représente un dispositif d'entraînement 10 selon la présente invention. Le dispositif d'entraînement 10 entraîne en rotation un broyeur vertical à rouleaux (non représenté) comprenant une table de broyage et des rouleaux de broyeur qui sont adaptés pour rouler sur la table de broyage afin d'écraser le matériau à broyer, tel que du clinker du charbon ou du minerai. Le dispositif d'entraînement 10 comprend une table rotative 101 de dispositif d'entraînement adaptée pour être fixée à la table de broyage. Le dispositif d'entraînement 10 est adapté pour entraîner la table rotative 101 du dispositif d'entraînement autour d'un axe de rotation X-X. Le dispositif d'entraînement 10 comprend une couronne dentée de sortie 111 solidaire de la table 101 ou adaptée pour être fixée à la table 101 du dispositif d'entraînement. Le dispositif d'entraînement 10 comprend une pluralité d'entraînements principaux 20, chacun adapté pour entraîner la couronne de sortie 111. Le dispositif d'entraînement 10 définit un axe central Y-Y. Cet axe Y-Y coïncide avec l'axe de rotation X-X. Chaque entraînement principal 20 comprend un moteur 110 et une unité d'engrenage principal 105 comprenant un pignon d'entraînement 109 engrenant avec la couronne dentée de sortie 111. Le dispositif d'entraînement 10 comprend une structure de support 102 ayant une plaque de plafond 102/1 et une plaque de base 102/2. Les entraînements principaux 20 sont montés sous la plaque de plafond 102/1 et complètement suspendus à la plaque de plafond 102/1. A cette fin, chaque entraînement principal 20 est une unité ayant un boîtier 40 dans lequel le moteur 110 et l'unité d'engrenage principal 105 sont agencés. Le boîtier 40 a un rebord 42 avec lequel le boîtier est fixé par des vis 114 sur le côté inférieur de la plaque de plafond 102/1. Le boîtier 40 est exclusivement fixé sur la plaque de plafond 102/1, c'est-à-dire que le boîtier n'est pas fixé directement sur une autre partie de la structure de support, telle que la plaque de base 102/2. Ainsi, le boîtier 40 et le moteur 110 sont complètement suspendus à la plaque de plafond 102/1. Chaque entraînement principal 20 est, lorsqu'il n'est pas fixé à la structure de support 102, adapté pour être manipulé en un seul bloc indépendamment des autres composants du dispositif d'entraînement 10. Sur la figure 2, deux unités d'engrenage principal 105 entraînent la couronne dentée de sortie 111. Dans le mode de réalisation de la Figure 2, la couronne de sortie 111 fait partie intégrante de la table rotative 101 du dispositif d'entraînement. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la couronne dentée de sortie 111 peut être une partie 104 distincte de la table rotative 101 du dispositif d'entraînement et fixée, par exemple boulonnée, sur la table rotative. Aussi, sur la Figure 2, la couronne de sortie est une couronne à denture intérieure. Sur la Figure 3, la couronne de sortie 111 est une couronne à denture extérieure. En variante, la couronne de sortie 111 peut être une roue dentée de sortie à denture extérieure et ayant un disque ou voile central plein. Le nombre minimum d'entraînements principaux 20 est de deux et le maximum est déterminé selon les dimensions de l'installation, la puissance transmise et les dimensions des entraînements principaux standards. La force verticale, provenant du processus de broyage, agit de la table rotative 111 ou 101 jusqu'à la butée 103 et est ensuite déchargée ou transférée dans les fondations par la structure de support 102. Le pignon d'entraînement à petite vitesse 109 peut être réalisé selon la figure 3, dans un agencement en porte-à-faux par rapport au boîtier 40. En variante, le pignon d'entraînement 109 est supporté sur le boîtier 40 avec deux paliers 44, 46 sur chaque côté axial du pignon 109, comme représenté sur la figure 2. Le pignon d'entraînement 109 peut être à denture droite ou hélicoïdale, ainsi qu'un pignon mobile en basculement à auto-alignement. Aussi bien la couronne dentée de sortie 111 à denture interne que la couronne de sortie à denture extérieure ou la roue dentée de sortie peuvent être entraînées par l'un quelconque desdits agencements de conception de pignon. L'unité d'engrenage principal 105 est une transmission coaxiale, de préférence une transmission pseudo-planétaire à porte-satellite fixe et à satellite à double denture. La denture d'entrée de cette double denture a un diamètre supérieur au diamètre de la denture de sortie de cette double denture. En variante, la transmission coaxiale est une transmission planétaire. Les moteurs sont de préférence des moteurs électriques à aimant permanent 110, qui ont l'avantage d'une bonne concentration de puissance sur volume qui est appropriée pour l'installation dans des espaces étroits. Les moteurs peuvent être de préférence refroidis par fluide. La structure de support 102 comprend en outre des colonnes extérieures 102/5 s'étendant de la plaque de plafond 102/1 à la plaque de base 102/2. La plaque de plafond 102/1, la plaque de base 102/2 et les colonnes extérieures 102/5 définissent un volume intérieur de la structure de support. Le volume intérieur a une taille et une forme pour recevoir complètement la totalité des entraînements principaux 20. Les colonnes extérieures 102/5 sont placées d'une manière alignée sous la butée 103 supportant la table 101 du dispositif d'entraînement. Les colonnes extérieures 102/5 ont une section transversale incurvée, prise le long d'un plan perpendiculaire à l'axe Y-Y. De préférence, la section transversale a une forme d'arc. Dans le présent cas, la section transversale de chacune des colonnes extérieures coïncide avec un même cercle primitif, notamment dont le centre coïncide avec l'axe Y-Y. Entre chacune des deux colonnes extérieures 102/5 adjacentes, des ouvertures 50 sont définies, qui sont dimensionnées suffisamment pour permettre l'installation et l'extraction des entraînements principaux 20. Si nécessaire, la rigidité verticale peut être augmentée avec des supports 106 pour les entraînements principaux 20, représentés à titre d'exemple sur la figure 3. La structure de support 102 comprend une colonne centrale 102/6 s'étendant entre la plaque de plafond 102/1 et la plaque de base 102/2. La colonne centrale 102/6 a une forme cylindrique avec une section transversale circulaire. Dans le présent cas, la colonne centrale est un tube. De manière avantageuse, la colonne centrale 102/6 est le carter d'huile du dispositif d'entraînement. Des parois radiales 102/4 agencées dans le volume intérieur raccordent la colonne centrale 102/6 avec chacune des colonnes extérieures 102/5. Les parois radiales 102/4, en fonction du calcul structurel du support intégrant la plaque de plafond peuvent être pleines ou agencées avec des ouvertures, comme représenté sur la figure 1. Dans le cas dans lequel la paroi radiale 102/4 a une ouverture agencée dans la partie centrale de la paroi, la paroi radiale forme une première nervure 102/4a et une deuxième nervure 102/4b. La première nervure 102/4a s'étend à partir de la colonne extérieure 102/5 associée jusqu'à la colonne centrale 102/6 et le long de la plaque de base 102/2 et raccorde les colonnes 102/5 et 102/6. La deuxième nervure 102/4b s'étend le long de la colonne extérieure 102/5 entre la plaque de base et la plaque de plafond et raccorde les plaques 102/1 et 102/2. Les forces radiales agissant sur la table rotative 111 peuvent être retenues via un voile de centrage 112 par un palier radial 113 qui peut être un palier lisse, selon la figure 2, ou un roulement 108 selon la figure 3. Les forces radiales sont déchargées ou transférées dans les fondations par le biais de la structure de support 102 avec l'aide particulière du renforcement radial, comme les parois 102/4. Dans le cas dans lequel un ou plusieurs entraînements principaux 20 sont retirés, à la fois les paliers radiaux 113 et 108 sont sélectionnés pour supporter les forces radiales d'engrènement déséquilibrées. La figure 3 montre la double utilité des supports 106 qui peuvent être utilisés pour augmenter la rigidité verticale de la structure de support 102 et/ou faciliter l'extraction et le montage des entraînements principaux 20. Dans ce cas, les entraînements principaux 20 sont supportés partiellement par le support 106, et sont partiellement supportés par la plaque de plafond. Comme représenté sur la figure 3, l'entraînement principal 20 peut être retiré par les étapes successives suivantes consistant à : Retirer une bride en deux parties 107. Desserrer les boulons de fixation 114. Abaisser l'entraînement principal 20 le long d'une direction « c » dans le support 106. Extraire l'entraînement principal avec le support le long d'une direction « d ». Le levage le long de la direction « b » et l'abaissement le long de la direction « c » sont réalisés par un vérin hydraulique ou des vis de calage. L'extraction le long de la direction « d » et l'introduction le long de la direction « a » de l'entraînement principal à l'intérieur et à l'extérieur de la structure de support peuvent être réalisées en utilisant des rails. La figure 4 représente la solution avec le moteur électrique à aimant permanent 110 séparé de l'unité d'engrenage principal 105 au moyen d'un accouplement 115. Cette solution est utilisée lorsque le calcul de vibration à la torsion nécessite d'introduire un accouplement flexible entre le moteur électrique et l'unité d'engrenage principal. Le montage séparé du moteur électrique peut être avantageux lorsque l'on utilise des moteurs à aimant permanent standard montés verticalement. La structure de support 102 peut être d'un seul tenant, par exemple par soudage ou moulage. En variante, la structure de support 102 peut être réalisée avec des pièces distinctes qui sont assemblées avec des boulons. Les autres caractéristiques générales de l'invention sont : au moins l'unité d'engrenage principal est complètement suspendue à la plaque de plafond, en particulier l'entraînement principal 20 est complètement suspendu à la plaque de plafond. L'unité d'engrenage principal est partiellement suspendue au plafond. Le nombre minimum desdits entraînements principaux est de deux. Le ou chaque moteur 110 est un moteur électrique à aimant permanent. La ou chaque unité s'étend partiellement au-dessus et partiellement au-dessous de la plaque de plafond 102/1. Un broyeur vertical à rouleaux, en particulier pour broyer ou écraser un matériau comme le clinker ou le charbon, comprend des rouleaux et un dispositif d'entraînement, le dispositif d'entraînement étant un dispositif tel que décrit ci-dessus. REVENDICATIONS1.- Dispositif d'entraînement (10) pour un broyeur vertical à rouleaux, le dispositif d'entraînement comprenant - une roue dentée de sortie (111) fixée ou adaptée pour être fixée sur une table de broyage rotative (101) du broyeur vertical à rouleaux ; et - une pluralité d'entraînements principaux (20) ; - une structure de support (102) ayant une plaque de plafond (102/1) ; chaque entraînement principal (20) ayant un moteur (110) et une unité d'engrenage principal (105) comprenant un pignon d'entraînement (109) adapté pour engrener avec la roue dentée de sortie ; ladite roue dentée de sortie étant entraînée par chacun desdits entraînements principaux (20), dans lequel lesdits entraînements principaux sont montés sous la plaque de plafond et au moins l'unité d'engrenage principal est partiellement suspendue à la plaque de plafond, en particulier l'entraînement principal (20) est partiellement suspendu à la plaque de plafond. 2.- Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, dans lequel la structure de support comprend une plaque de base (102/2) et des colonnes extérieures (102/5), dans lequel la plaque de plafond (102/1), la plaque de base (102/2) et les colonnes extérieures (102/5) définissent un volume intérieur de la structure de support, le volume intérieur ayant une taille et une forme pour recevoir complètement la totalité des entraînements principaux (20). 3.- Dispositif d'entraînement selon la revendication 2, dans lequel la structure de support comprend une colonne centrale (102/6) s'étendant entre la plaque de plafond (102/1) et la plaque de base (102/2), de préférence la colonne centrale ayant une forme cylindrique, en particulier ayant une section transversale circulaire. 4.- Dispositif d'entraînement selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque colonne extérieure à une section transversale en forme d'arc, chacune des sections transversales en forme d'arc coïncidant avec un cercle primitif. 5.- Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant en outre au moins une nervure (102/4a ; 102/4b) s'étendant dans le volume intérieur, en particulier à partir de chacune des colonnes extérieures (102/5) jusqu'à la colonne centrale (102/6). 6.- Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque entraînement principal est une unité ayant un boîtier (40), moyennant quoi cette unité est adaptée pour être manipulée d'un seul bloc indépendamment des autres composants du dispositif d'entraînement (10). 7. Dispositif d'entraînement selon la revendication 6, dans lequel le boîtier (40) est fixé à la plaque de plafond (102/1), de préférence exclusivement fixé à la plaque de plafond. 8. Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque unité d'engrenage principal (105) est une transmission pseudo-planétaire à porte-satellite fixe et à satellite à double denture ou une transmission planétaire. 9. Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la roue dentée de sortie est une couronne à denture interne ou une couronne à denture externe ou une roue dentée. 10. Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque pignon d'entraînement est un pignon à denture droite, un pignon à denture hélicoïdale ou un pignon à auto-alignement. 11. Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits entraînements principaux est sélectivement amovible de la roue dentée de sortie et amovible de la structure de support sans déplacer la structure de support de sa base.