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CA 02223019 1997-11-26
WO 96/41680 PCT/FR96/00879
BROYEUR VIBRANT A COKE
La présente invention concerne les broyeurs vibrants à cône dans lesquels la
matière est
broyée entre un cône et un anneau tronconique entourant le cône, les axes du
cône et de l'anneau
étant verticaux, et comprenant un châssis annulaire portant ledit anneau, qui
est fixé dans
f l'ouverture centrale du châssis, et un dispositif apte à engendrer des
vibrations circulaires dans
un plan horizontal, un support pour le cône, et plusieurs tirants reliant le
châssis et le support du
cône, les liaisons entre les extrémités des tirants et le châssis,
respectivement, le support du cône,
étant conçus pour autoriser des mouvements relatifs horizontaux du châssis et
du support ;
l'ensemble constitué par le châssis, les organes qu'il supporte, le cône et
son support, reposent sur
un bâti ou sur le sol par l'intermédiaire d'organes élastiques : ressorts ou
plots amortisseurs en
caoutchouc.
On a constaté que dans ces broyeurs le dispositif de mise en vibrations,
constitué par
exemple par des arbres à balourds à axe vertical, engendre non seulement des
vibrations
horizontales du châssis portant l'anneau et du support de cône, lorsque le
broyeur est en marche,
mais également des vibrations verticales dont l'amplitude croit du centre vers
la périphérie du
broyeur. Ces vibrations verticales ont pour conséquences néfastes de modifier
l'écoulement des
matériaux dans la chambre de broyage, et d'engendrer des contraintes
préjudiciables à la tenue
mécanique des pièces du broyeur, ces contraintes dues aux accélérations
verticales étant d'autant
plus importantes que le broyeur est plus gros ; ces vibrations verticales
peuvent aussi être
transmises au bâti ou aux fondations ce qui est gênant et parfois même
dangereux. Ces vibrations
rendent également le procédé instable (pulsations à basse fréquence du débit
passant et de la
puissance absorbée) par effet de couplage entre l'écoulement des matériaux
dans la chambre et
les vibrations verticales.
Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients en supprimant
ou du
moins en réduisant de.façon sensible les vibrations verticales qui perturbent
la marche de ces
broyeurs.
Le broyeur objet de la présente invention est caractérisé en ce que le centre
de gravité de
l'ensemble constitué par le châssis et les organes qu'il supporte, et le
centre de gravité du cône
' et de son support se trouvent dans le plan des forces vibratoires engendrées
par le dispositif de
mise en vibrations ou au voisinage de celui-ci. Plus précisément, il faut que
ces centres de
,.
gravité restent en permanence à l'intérieur d'une sphère fictive centrée sur
le point défini par
l'intersection de l'axe vertical du cône avec le plan d'action des forces
vibratoires quand l'appareil
est au repos, et d'un diamètre égal à 15 % du diamètre maximum du cône. En
réalisant cette
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condition, on évite d'exercer sur le châssis portant l'anneau et sur le
support du cône
des couples de basculement engendrant des vibrations verticales.
Suivant une forme de réalisation préférée, le châssis comporte une
jupe entourant le support du cône et éventuellement munie de masselottes, et
un
chapeau pesant est fixé sur le sommet du cône. Les organes élastiques
supportant
le broyeur peuvent être interposés entre le bas de la jupe et le bâti ou les
fondations,
le support du cône étant suspendu au châssis au moyen des tirants. D'autres
organes élastiques peuvent ëtre placés entre la jupe et le support du cône ou
entre
ce dernier et le bâti ou les fondations.
En variante, les organes élastiques supportant le broyeur peuvent étre
placés entre le support du cône et le bâti ou les fondations, d'autres organes
élastiques étant placés entre la jupe et le support du cône.
Le cône est monté rotatif sur un arbre vertical emmanché dans son
support. Pour permettre le réglage en hauteur du cône, celui-ci peut être
monté
rotatif, par l'intermédiare de paliers, sur un manchon monté sur l'arbre de
façon à
pourvoir coulisser le long de celui-ci. De préférence, l'arbre et le manchon
seront
épaulés, une chambre annulaire étanche étant ménagée entre les deux
épaulements
et un canal percé dans l'arbre permettant d'amener un liquide sous pression
dans
ladite chambre pour soulever le cône.
Le châssis peut être constitué par une cuve sans fond dans laquelle
l'anneau est maintenu par des moyens appropriés et qui est munie d'une embase
annulaire sur laquelle est monté le dispositif de mise en vibrations, la jupe
étant fixée
par son extrémité supérieure sur le bord de l'embase. Le dispositif de mise en
vibrations sera avantageusement constitué par des arbres à balourds à axe
vertical
monté sur ladite embase, chaque arbre comportant deux balourds disposés de
part
et d'autre de l'embase de telle sorte que les forces vibratoires engendrées
par la
rotation des arbres se trouvent dans un plan horizontal confondu avec le plan
médian de l'embase ou voisin de celui-ci. II pourra comporter un dispositif de
déphasage constitué par un vérin rotatif dont le corps ou l'élément rotatif
sera
accouplé directement à l'un des arbres à balourds, au moins un autre arbre à
balourds étant rotatif ou au corps du vérin, respectivement, par une
transmission à
poulies et courroie.
Selon un mode de réalisation préférée, l'invention concerne un broyeur
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vibrant à cône dans lequel la matière est broyée entre un c8ne et un anneau
entourant le cône, les axes du cône et de l'anneau étant verticaux, et
comportant un
châssis annulaire portant ledit anneau, et un dispositif apte à engendrer des
vibrations circulaires dans un plan horizontal, un support pour le cône et
plusieurs
tirants reliant le châssis et le support du cône, les liaisons entre les
extrémités des
tirants et le châssis respectivement, le support du cône, étant conçus pour
permettre
des mouvements relatifs horizontaux du châssis et du support, et l'ensemble du
broyeur reposant sur le sol ou des fondations par l'intermédiaire d'organes
élastiques, caractérisé en ce que le centre de gravité du châssis annulaire
portant
ledit anneau et le dispositif de mise en vibrations, et le centre de gravité
du c8ne et
de son support sont situés dans le plan des forces vibratoires engendrées par
ledit
dispositif de mise en vibrations ou au voisinage immédiat dudit plan, à savoir
à
l'intérieur d'un espace défini par deux plans parallèles et distants dudit
plan d'une
valeur égale à + 15/2 % du diamètre maximum dudit cône.
La description qui suit se référa aux dessins l'accompagnant qui
montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de
l'invention et sur
lesquels:
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un broyeur vibrant à cône
réalisé conformément à l'invention; et
La figure 2 est une vue en coupe d'un vérin rotatif constituant le
dispositif de déphasage du système générateur de vibrations.
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Le broyeur représenté sur la figure 1 comporte un châssis 10 constitué par une
cuve sans
fond 12, à section circulaire et à axe vertical, munie d'une embase 14, et par
une jupe 16 fixée
sous l'embase, au bord de celle-ci. La jupe repose sur les fondations par
l'intermédiaire de plots
amortisseurs en caoutchouc 18 qui supportent le broyeur. Des masselottes 79
peuvent être fixées
sous la jupe.
Un anneau 22 est monté coaxialement à l'intérieur de la cuve. Il constitue une
pièce
d'usure interchangeable qui est maintenue dans la cuve par une bride et des
boulons.
L'élément 24 appelé "cône", qui coopère avec l'anneau 22, est en fait
constitué par une
pièce d'usure 28 dont la forme générale est celle d'un tronc de cône à pente
variable, montée sur
un support 30'de même forme et maintenue sur celui-ci par une bride et des vis
; il est surmonté
d'un chapeau 32.
Le cône est monté sur un manchon épaulé 34 par l'intermédiaire de paliers à
roulements
de façon à pouvoir tourner librement autour de son axe. Le manchon 34 est lui-
même monté
coulissant sur un arbre épaulé 38. L'axe vertical commun au câne, au manchon
et à l'arbre est
confondu avec l'axe de l'anneau 22 lorsque le broyeur est au repos.
Des joints d'étanchéité sont placés entre le manchon et l'arbre, au-dessus et
au-dessous
des épaulements, de sorte qu'une chambre étanche 40 est ménagée entre ces
derniers. Un canal 42
percé dans l'arbre permet de relier cette chambre à une source de liquide sous
pression. Bn
admettant du liquide dans la chambre ou en l'évacuant on modifie Ia position
en hauteur du cône
par rapport à l'anneau et, par conséquent, la granulométrie du produit broyé.
Le support 44 du cône est constitué par un moyeu 46 dans lequel l'arbre 38 est
emmanché
et une virole 48 reliée au moyeu par des nervures verticales 50 ; l'espace
aménagë entre le moyeu
et la virole permet l'évacuation des matières broyées. II est suspendu au
châssis 10 par
l'intermédiaire de bielles ou tirants 52 dont les extrémités sont reliées par
des articulations à
l'embase 14 du châssis et à un plateau annulaire 54 solidaire de la virole 48.
Un seul tirant a été
représenté sur le dessin mais il est ëvident que le broyeur comporte plusieurs
tirants, par exemple
quatre, régulièrement répartis autour de l'axe du broyeur. Le plateau 54 est
par ailleurs lié à la
jupe 16 par des plots amortisseurs en caoutchouc 55 qui reprennent: au moins
une partie du poids
du cône et de son support. L'étanchéité entre le châssis 10 et le support du
cône 44 est assurée par
une jupe métallique 51 et un joint déformable 53. L'étanchéité entre le
support 44 et le manchon
34 est assurée par un joint déformable 57.
Le dispositif de mise en vibrations du broyeur est constitué par plusieurs
arbres à balourds
verticaux 56 montés sur le châssis 10 ; un seul d'entre eux a été représenté
sur le dessin. Chaque
arbre 56 est monté sur l'embase 14 par l'intermédiaire de paliers à roulements
et comporte deux
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balourds 58 disposés de part et d'autre de l'embase ; grâce à cette
disposition les forces exercées
par les balourds sur le châssis 10, lorsque les arbres 56 sont entraînés en
rotation, sont situées
dans un plan horizontal P-P qui est très voisin du plan médian de l'embase et
pourrait être
confondu avec celui-ci.
L'un des arbres à balourds est accouplé, par l'intermédiaire d'une allonge à
double cardan,
à un arbre moteur 60 ; les autres arbres à balourds sont entraînés à partir du
premier par un
système de transmission mécanique à poulies et courroies auquel est incorporé
un dispositif de
déphasage permettant de régler le décalage angulaire d'un groupe d'arbres à
balourds par rapport
aux autres pour modifier l'amplitude de la résultante des forces centrifuges
engendrées par la
rotation des arbres à balourds. Un tel systeme est décrit dans les documents
FR-A-2681080 et
WO-A-9421380.
Dans une forme de réalisation décrite à titre d'exemple, le broyeur comporte
quatre arbres
à balourds verticaux disposés aux sommets d'un carré comme décrit dans le
document WO-A-
9421380. L'arbre à balourds diagonalement opposé à l'arbre à balourds 56
directement accouplé
à l'arbre moteur 60 est entraîné en rotation au moyen d'une courroie 63
passant sur des poulies
64 clavetées sur ces deux arbres à balourds et sur des poulies de renvoi
montées folles sur les
deux autres arbres à balourds. Ces derniers sont entraînés en rotation au
moyen d'une seconde
courroie 65 passant sur deux poulies clavetées sur ces arbres, sur une poulie
66 clavetée sur un
manchon 67 solidaire du corps d'un vérin rotatif 68 monté sur l'arbre 56, et
sur une poulie de
renvoi montée folle sur le quatrième arbre à balourd.
Le vérin rotatif représenté sur la figure 2 comporte un corps cylindrique 69
fermé à ses
extrémités par des fonds 70 et 71. Un arbre 72 est disposé coaxialement dans
le corps du vérin
il traverse le fond 70 dans lequel il est monté par l'intermédiaire d'un
palier qui est capable de
reprendre les efforts axiaux auxquels l'arbre peut être soumis pour interdire
ses déplacements
axiaux par rapport au corps du vérin.
Une douille 73 est clavetée sur l'arbre. Un piston 74 est monté dans le corps
du vérin ; il
comporte une jupe logée entre la paroi du corps du vérin et la douille 73. Un
galet 75 monté sur
un axe fixé sur le corps du vérin est reçu dans une rainure hélicoïdale 76
usinée sur le piston de
telle sorte que tout déplacement axial du piston dans le corps du vérin
s'accompagne d'une
rotation du piston par rapport à ce dernier. De même, un galet 77 monté sur un
axe fixé sur la
jupe du piston est logé dans une rainure hélicoïdale 78 usinée dans la
douille, de telle sorte que
tout déplacement axial du piston dans le corps du vérin provoque la rotation
de l'arbre 72. Les
sens des rainures 76 et 78 sont choisis pour que les rotations du piston et de
l'arbre s'ajoutent. En
admettant un fluide sous pression dans l'une ou l'autre chambre du vérin, on
provoque donc la
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rotation de l'arbre 72 dans un sens ou dans l'autre par rapporrt au corps du
vérin. Des joints
d'étanchéité sont montés sur le piston et sur l'arbre, à sa traversée du fond
70.
Au lieu d'utiliser un galet et une rainure hélicoïdale pour transformer les
mouvements de
translation du piston en mouvements de rotation, on pourrait usiner sur le
piston et l'arbre des
dentures hélicoïdales en prise avec des couronnes dentées fixées sur le corps
du vérin et la jupe
du piston, respectivement.
Le corps du vérin est fixé sur le manchon 67 et l'extrémité extérieure de
l'arbre est
emmanchée dans un alésage de l'arbre 56 et clavetée sur ce dernier.
Le vérin est alimenté en huile sous pression par l'intermédiaire d'un joint
rotatif et à
travers une vanne à trois positions qui permet d'alimenter l'une ou l'autre de
ses chambres, pour
faire tourner l'arbre 72 dans un sens ou dans l'autre, et.d'isoler les deux
chambres en y maintenant
de l'huile sous pression pour interdire toute rotation de l'arbre par rapport
au corps du vérin et le
rendre solidaire de ce dernier.
En marche, la vanne étant en position verrouillage (cham.bres du vérin
isolées), tous les
arbres à balourd sont entraînés en rotation à la même vitesse et l'amplitude
de la force de
vibration résultante dépend des positions angulaires relatives des arbres à
balourds. Pour
modifier cette amplitude on commande, au moyen de la vanne, la rotation de
l'arbre 72 du vérin
ce qui provoque une rotation relative des deux arbres d'un groupe par rapport
à ceux de l'autre
ce réglage peut être fait en marche.
Une trémie d'alimentation 62 est fixée sur la cuve 12.
Les différentes pièces du broyeur sont dimensionnées pour que le centre de
gravité de
l'ensemble constitué par le châssis 10 et les organes qu'il supporte,
notamment l'anneau 22 et les
arbres à balourds 56, et le centre de gravité du cône 24 et de son support 44
se trouvent dans le
plan des forces vibratoires P-P ou au voisinage immédiat de ce plan. C'est, en
particulier, en
choisissant convenablement les dimensions et la masse de la jupe 16, des
masselottes 79 et du
chapeau 32 que l'on réalise cette condition. Plus précisément, ces centres de
gravité restent à
l'intérieur d'une sphère virtuelle centrée sur le point 0 défini par
l'in.tersection de l'axe vertical du
cône avec le plan P-P quand l'appareil est au repos, et dont le diamètre est
égal à 15 % du
diamètre maximum D du cône, pour toutes conditions de marche du broyeur. Comme
on l'a
' 30 expliqué plus haut, cette disposition permet de supprimer les couples de
basculement et, par
conséquent, les vibrations verticales. Il faut noter que le diamètre maximum D
est celui de la
partie utile du cône, c'est-à-dire de la partie qui est effectivement utilisée
pour le broyage.
Comme on le voit sur la figure 1, le cône peut se prolonger vers Ie bas par
une partie de diamètre
supérieur à D qui ne doit pas être prise en considération.
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D'autres dispositions pourraient être adoptées pour supporter le broyeur. On
pourrait par
exemple faire reposer le support du cône sur le sol ou les fondations, par
l'intermédiaire de plots
élastiques amortisseurs, le châssis et sa charge reposant soit directement sur
le sol ou les
fondations, comme dans la formre de réalisation décrite ci-dessus, soit sur le
support du cône, par
l'intermédiaire de plots analogues aux plots 18 ou 55.
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