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Il Broyeur colloldogène " On connaît déjà des broyeurs colloidogénes dans les- quels une ou plusieurs roues dentées sont montées à l'inté- rieur d'un contre-batteur fixe comportant la même denture.
Dans tous ces broyeurs colloîdogénes l'épaisseur des dents est égalemen, ou sensiblement égale, aux vides, ou creux, séparant les différentes dents.
Dans une telle disposition, on observe les inoonvé- nients suivants :
Le broyeur colloidogéne laisse passer trop peu ou très peu de matière à broyer entre les roues dentées lorsque cet- te matière se déplace continuellement à travers le broyeur dans le sens de rotation de ce dernier. La possibilité de passage est en effet trop petite, même lorsque les dents du rotor sont situées en face des creux de dents du contre- batteur parce que l'épaisseur des dents du rotor déborde le creux de denture opposé, pour obvier à cet inconvénient on a déjà proposé de ménager des fraisures sur les roues den- tées, fraisures disposées transversalement par rapport au sens du mouvement.
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Une telle réalisation permet, il est vrai, le passage de grandes quantités de matière à broyer à travers le broyeur mais l'efficacité est trop faible parce qu'une partie du liquide peut traverser les creux de dents sans action de bat- tage.
Un autre inconvénient du mode de construction connu ré- side dans le fait que les oscillations, qui naissent au cours du broyage, ont des amplitudes trop petites pour que l'on puisse considérer que le principe du broyeur colloido- gène est fondé sur un principe vibratoire.
La présente invention a pour objet un nouveau type de broyeur colloldogène dans lequel l'action de broyage, ou de dispersion, est exercée, sur la matière à broyer traversant d'une manière périodiquement interrompue le broyeur colloi- dogène, non seulement par une action de frottement ou de battage, mais encore sous l'action de vibrations engendrées mécaniquement dans le broyeur colloidogéne lui-même, ces vibrations de nature homo-rythmique étant, de fréquence et d'amplitude élevées, organisation sur laquelle est fondé un principe entièrement nouveau du broyage colloïdal.
On a constaté qu'il se produit une action toute nouvel- le au cours du broyage colloïdal lorsque le rapport, entre l'épaisseur de dents et le creux de dents sur le rotor et sur le carter fixe agissant comme contre-batteur, n'est pas, comme c'était généralement le cas jusqu'à ce jour,de 1 : 1, mais environ de 1 : 2 ou, mieux encore, dans les grandes machines , d'environ 1 : 3 (Les chiffres 2 et 3 in- diquant les proportions des creux de dents fraisés entre les différentes dents) et lorsque la matière à broyer est introduite et évacuée dans le sens du mouvement ; rapport susvisé peut, lorsque le broyeur oolloldogène tourne à de
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J,très grandes vitesses, être porté , 1 : 4, 1: S et Même jusqu'à 1 : 6 environ.
Dans ce mode de réalisation il est possible que la matière à broyer se déplace entre le rotor et le oarter suivant une trajectoire libre en zigzag jus-
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qu'au point d'évacuation au moment où la dent du rotor se trouve au milieu du creux séparant deux dents du oarter. La rotation du rotor détermine l'acheminement de la matière à broyer depuis le point d'admission jusqu'au² point d'évacua- tion et il se produit alors un effet de pompage tellement intense que la matière à broyer peut, sans pompe auxiliaire, être ramenée depuis le point d'évacuation jusqunà la trémie de remplissage . Un pompage automatique ininterrompu et réi- téré de la matière à broyer est ainsi rendu possible à tra- vers le broyeur colloidogène et l'on produit des osoillations rythmiques et continues de la matière à broyer.
La matière à broyer peut être refoulée directement par une canalisa- tion spéciale dans un récipient de vidange. En pratique, on s'arrange de manière que la canalisation de circulation reste toujours plus ou moins ouverte, même lors du soutirage, afin que la pression intérieure sur les garnitures d'étanchéité soit modérée.
L'action du nouveau broyeur oolloldogène à vibrations est fondée sur le fait que, lorsqu'il existe par exemple un rapport de 1 cm : 3 cm entre les dents et les creux de dents (la profondeur des creux de dents étant sensiblement égale à la largeur des surfaces de dents aussi bien du rotor que du carter), deux phases se trouvent engendrées à chaque période . La première phase est engendrée lorsqu'une dent de carter se trouve en face d'une dent de rotor. Il se produit alors l'effet de pression et de broyage le plus grand. Le passage du courant de liquide est toutefois presque complè- tement arrêté. La deuxième phase se produit lorsque la surfa- ce de dents du rotor se trouve en face du milieu du creux de dents séparant deux dents du carter.
La pression exercée sur le liquide de la matière à broyer est alors la plus fai- ble et le oourant de matière à broyer dispose, pour son pas- sage, d'une section transversale de 1 om, environ. Le passa- ge d'une phase à l'autre a lieu par périodes suooessives
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régulières. La matière à broyer doit alors s'écouler sui- vant un trajet en zigzag à travers l'espace existant momen- tanément entre le rotor et le carter et cette matière est ainsi soumise à des vibrations ou à des oscillations pério- diques de fréquence élevée, ces vibrations , ou oscillations, étant provoquées par des augmentations et des diminutions de pressions alternées régulièrement.
Déjà avec un nombre normal de ces périodes, ce broyeur oolloidogène agit comme un appareil à réaction et à disper- sion de grand rendement. Il est toutefois possible d'aug- menter le nombre des périodes d'oscillations à un degré tel que ce nombre s'approche des oscillations ultra-sonores.
Dans un tel mode de réalisation apparaissent les effets nou- veaux qui caractérisent l'invention et qui sont semblables aux effets dûs aux ultra-sons.
On connaît déjà un broyeur colloidogéne comportant un corps broyeur denté, cylindrique, ou légèrement tronconique, tournant concentriquement dans un carter comportant un nom- bre égal de dents. Ce broyeur colloidogéne connu rend im- possible l'action d'oscillations rythmiques agissant d'une manière ininterrompue sur la matière à broyer, marne lorsque les creux de dents sont plus larges que les dents car le passage de la matière à broyer est orienté axialement dans ce broyeur oolloldogène, ce qui fait que la matière en ques- tion est malaxée en hélice entre les creux de dents et les dents, toute action rythmique d'oscillations sur la matière à broyer étant toutefois exclue en raison de l'apparition des phénomènes d'interférence (battements) .
Contrairement à ce qui précède, le progrès essentiel caractérisant le broyeur colloidogéne oonforme à l'invention résulte de l'u- tilisation d'oscillations rythmiques agissant d'une manière continue sur la matière à broyer.
Dans le nouveau broyeur colloudogène, la matière à broyer est introduite dans le sens du mouvement et est évacuée après avoir parcouru environ les trois-quarts de la périphé-
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rie du carter; le dernier quart du carter ne oomporte pas de dents et est lisse . Grâce à cette disposition, le broyeur oollotdogène acquiert simultanément des propriétés de pompa- ge qui présentent un intérêt oapital pour une large applica- tion industrielle et qui ne peuvent pas être obtenues avec les broyeurs oollodogènes oonnus.
L'un des broyeurs colloidogénes connus présente en ou- tre une disposition différente des dents sur le rotor et sur le carter,ce qui fait que les oscillations rythmiques,telles qu'elles sont obtenues conformément à l'invention, sont in- terrompues par suite de l'apparition de phénomènes d'inter- férence ou battements.
Les exemples ci-après fournissent des indications de détail sur le nouveau broyeur colloidogéne : Exemple 1 : - Le rotor et le oarter oomportent, sur le sec- teur de travail, 25 dents ayant 1 cm. d'épaisseur et des 'creux de dents ayant 1 cm. de hauteur et 3 cm. de largeur. Un moteur à court-circuit, tournant à 3.000 tours par minute, est accouplé directement au broyeur colloidogéne.
Dans ce mode de réalisation, la matière à broyer est soumise à un effet d'oscillations périodiques de 25 x 3.000 - 75.000 périodes ou 150.000 demi-périodes. Une réaction ohimique ou une dispersion quelconque soumise à un tel nom- bre d'oscillations rythmiques, savoir à 2.500 demi-périodes ou 1.250 périodes par seconde, acquiert. sous l'aotion de cette force mécanique, une activité et une accélération éle- vées, ce qui tait que l'appareil conforme à 1.'invention travaille aussi bien comme machine à dispersion efficace que comme machine activant les réactions chimiques .
Si, à l'aide d'engrenages, on fait tourner ce broyeur colloidogéne à 6.000 tours par minute, on obtient déjà 150.000 périodes ou 300.000 demi-périodes par minute,par conséquent 2.500 périodes ou 5.000 demi-périodes vibratoires par seconde.
La limite supérieure n'est toutefois pas encore attein-@@
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te. Lorsque l'on actionne le broyeur colloidogéne à la vi- tesse de 9.000 tours par minute ou bien, en utilisant une turbine à grande vitesse, jusqu'à 12.000 tours par/minute, on obtient, dans ce dernier cas, 25 x 12.000 = 300.000 pério- des ou 600.000 demi-périodes par minute,c'est-à-dire un nom- bre extrêmement élevé d'oscillations par seconde . Il se pro- duit alors déjà des actions analogues à celles de la zone limite des ultra-sons; ainsi apparaissent de nouvelles possi- bilités et de nouvelles actions lorsque l'on procède à des dispersions et lorsque l'on active des réactions chimiques à l'aide d'énergie mécanique.
Exemple 2 : - Pour provoquer, dans certains buts particu- liers, avec le nouveau broyeur colloldogène fondé sur le principe des oscillations, des actions analogues à celles des ultra-sons, on donne aux dents du rotor et du carter une épaisseur de 5 mm. seulement et l'on donne aux creux séparant les différentes dents une largeur de 1 cm et une hauteur de 1 cm. environ. Lorsque l'on utilise un rotor de 300 mm. de diamètre, ce qui correspond à une périphérie de 943 mm., on obtient 63 périodes à chaque tour. Pour 6.000 tours par minute on obtient ainsi 378.000 périodes par minu- te, c'est-à-dire 6.300 périodes ou 12. 600 demi-périodes par seconde. Lorsque l'on utilise une vitesse de rotation de 18.000 tours par minute, on obtient 63 x lE.000 = 1.134.000 périodes et 2.208.000 demi-périodes par minute, soit 37.800 demi-périodes par seconde .
Si l'on porte le diamètre à 500 mm. et que l'on entrai- ne la machine à 18.000 tours, on obtient 104 x 18.000 = 1.872.000 périodes ou 3.744.000 demi-périodes par minute, soit 62.400 demi- périodes par seconde . On arrive ainsi dé-' jà dans la zone d'action des oscillations ultra-sonores.
En pratique on obtient toutefois d'excellents résultats industriels déjà avec des fréquences sensiblement plus bas- ses.
Le broyeur colloidogéne comporte avantageusement au-
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dessus du carter muni de la chemise de refroidissement un entonnoir ou trémie aveo un robinet de réglage. Après la mise en marche de la machine, la matière à broyer s'écoule à travers le robinet de réglage dans le secteur de broyage efficace vers l'orifice d'évacuation. Dans un mode de réali- sation conforme à l'exemple 1, la matière à broyer est soumise directement et successivement à 25 actions de pres- sion et de détente, c'est-à-dire à 25 périodes. Un peu avant le dernier quart de la périphérie du carter, la matière à broyer est refoulée par centrifugation sous l'action de pom- page de la roue dentée et elle est ramenée par l'intermédiai- re d'une tubulure dans l'entonnoir de remplissage tant que doit' être répété le processus.
En vue du soutirage, on a prévu un point de soutirage approprié sur la canalisation de retour. La paroi interne du oarter comporte, sur les trois quarts de sa périphérie, une denture analogue à celle du rotor. Le quart de carter qui se trouve en aval du point d'évacuation est lisse pour rendre possible l'action de pom- page ou pour augmenter l'efficacité. Pour améliorer encore l'évacuation complète par pompage de la matière à broyer, on a avantageusement disposé, en amont du corps de carter lisse, une rackette en acier, ayant par exemple la forme d'un couteau, raclette qui, grâce à une vis, permet d'obtu- rer plus ou moins l'intervalle entre le rotor et le carter en aval du point d'évacuation.
Une telle disposition n'est pas absolument indispensa- ble mais elle est toutefois recommandable, notamment dans le cas d'une matière à broyage fluide.
Le broyeur colloidogéne comporte, disposée dans le car- ter, une chemise de refroidissement, ou de chauffage,dans la- quelle on peut faire circuler de la vapeur ou de l'eau chaude, par exemple lorsque l'on traite une matière pâteuse.
La denture du broyeur colloidogéne peut également être établie de manière que les creux des dents du rotor descen- dent, dans le sens du courant de liquide, perpendiculairement
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au bord du creux, ou tout au moins en pente raide par rapport à ce bord, en direction au fond du creux pour remonter doucement, suivant une courbe, vers l'autre bora du creux, tandis que les creux des dents du carter s'abaissent, dans le sens du courant de liquide, en forme de courbe douce depuis le bord du creux en direc- tion du fond du creux pour remonter d'une manière raide ou perpen- diculaire à l'autre bord du creux ou inversement pour les creux du rotor et du carter.
On obtient ainsi une rupture brutale des oscillations. De plus, suivant l'inclinaison et la courbe des creux de aents, on peut modifier les périodes d'oscillations et leur amplitude. D'autre part, le passage de la matière à broyer se trouve facilité dans le sens du pompage.
Jusqu'à ce jour, on ne connaissait pas de broyeur colloido- gène dont l'action est fondée sur le principe des oscillations.
On ne pouvait pas supposer qu'il était possible de provoquer, sous des actions mécaniques, des actions vibratoires analogues aux ultra-sons sur les liquides, les gaz ou les vapeurs.
Lorsque l'on fait usage ae grands nombres de périodes, il n'est pas nécessaire de prévoir une denture de carter conforme à l'invention sur tout le trajet que parcourt la matière à broyer depuis son introduction jusqu'à son évacuation. On peut, au con- traire, prévoir une denture, par exemple, sur une moitié seulement de la partie de carter à denter ou certaines parties de ce carter.
On peut, par exemple, fraiser un groupe de 10 dents à peu près immédiatement en aval du point d'introduction et fraiser, en amont du point d'évacuation, un autre groupe de 10 dents. Les groupes de dents peuvent toutefois être prévus également en trois ou quatre endroits de la paroi du carter. Un tel mode de réalisation est avantageux lorsque l'on fait usage de nombres de périodes élevés pour régler le débit. l'appui des figures 1 à 4 du dessin annexé on va décrire plus en détail le broyeur colloidegène établi conformément à la présente invention :
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La figure-1 est une coupe transversale du broyeur colloidogéne.
La matière à traiter est introduite dans la machine à partir de l'en- tonnoir ou trémie 1 et par l'intermédiaire du robinet 2. Le robinet 2 permet de régler l'admission. La matière à broyer arrive par ltin- termédiaire du canal 3 dans la cavité à vibrations. Les Vibrations sont produites par la rotation du rotor denté 4 dans le carter fixe également denté 5. Les dentures sont établies de manière , par exemple, qu'à une épaisseur de dents de 1 cm. succède un creux de dents ô ayant une largeur de 3 cm.
Le carter immobile 5 ne comporte une denture que sur les trois- quarts de sa périphérie. En aval du point d'évacuation ou de sou- tirage 7 jusqu'au point d'introduction 3, la paroi du carter ne comporte aucune denture ; au contraire, les espaces intermédiaires comportent une garniture métallique.
Une canalisation 8 part du point de soutirage 7, cette canali- sation comportant un robinet de soutirage 9 et aboutissant à l'en- tonnoir ou trémie 1, ce qui fait que la matière à broyer peut être traitée d'une manière continue jusqutà ce que soit atteint le ré- sultat escompté.
La machine comporte un compartiment enveloppant 10, muni de tubulures 10 d'admission 11 et d'échappement 12; la machine repose, par son bâti 13, sur une plaque de fondation ou socle 14.
La figure 2 représente une coupe longitudinale du broyeur cooloidogène dans le sens de l'axe avec l'entonnoir ou trémie 1, le robinet de réglage d'admission 2 et la tubulure d'admission 3. On a désigné par 6 les vides intermédiaires ( creux de dents) entre les dentures du rotor et dú carter fixe. La denture est représentée par son contour dans l'arrière/plan. On a désigné par 15 la masse du rotor et par 16 l'axe de ce dernier; le compartiment de refroi- dissement par eau ou de chauffage est également désigné par 10 et la tubulure d'admission est désignée par 11.
L'axe 16 comporte, aux points de passage du compartiment à vibrations, des garnitures d'étanchéité métal-graphite 17. Cet axe s'arrête d'une part, derrière le palier à graissage sous pression
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séparé de la machine et traverse, d'autre part, un autre palier à graissage sous pression pour se terminer par le plateau d'accou- plement l. On a désigné par 18 et 19 les paliers à graissage sous pression et par .30 la pompe à huile actionnée par l'axe, pompe qui assure constamment la lubrification automatique sous pression.
L@ machine est reliée par l'intermédiaire du plateau d'accouplement, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un mécanisme multiplicateur, au moteur.
Les figures 3 et 4 représentent chacune une organisation des dents et des creux de dents au rotor et du carter, organisations dans lesquelles les creux de dents du rotor descendent,, dans le sens da courant de liquide, perpendiculairement au bord du creux, ou du moins en pente raide par rapport à ce bord, en direction du fond du creux pour remonter ensuite lentement, suivant une courbe, vers l'autre bord du creux, tandis que les creux de dents du carter s'abaissent suivant une courbe douce, dans le sens du courant de liquide, depuis le bord du creux vers le fond du creux pour remonter, d'une manière presque perpendiculaire à l'autre bord du creux ou inversement pour les creux de dents du rotor et du carter.
Sur les figures 3 et 4 également, le rotor est désigné par 4, le carter par 5 et la cavité annulaire par 10; les creux de dents portent également le chiffre de référence 6.
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