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" Broyeur colloîdogéne centrifuge à frictions
On sait déjà que l'on utilise comme machines à broyerar friction des broyeurs colloîdogénes à fric- tions comportant des cylindres soumis à l'action de la force centrifuge . Dans ces broyeurs collol- dogènes, l'action de broyage est fondée sur le principe de l'écrasement. D'autre part, on sait que les machines à cylindres de friction utilisés à l'heure actuelle dans l'industrie du broyage exécu- tent également, en même temps qu'elles exercent une action rotative de broyage, un mouvement axial de va et vient qui, en combinaison avec l'action de broyage, est la cause première du broyage parfait par friction .
Les broyeurs colloîdogénes à friction existant l'heure actuelle n'exécutent pas un tel mouvement axial, car en raison du grand nom-
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bre de cylindres soumis à la force centrifuge et du mode de construction des broyeurs colloido- gènes, il n'était pas possible d'envisager l'appli- cation de tels mouvements de va et vient.
Conformément à la présente inven- tion, on arrive d'une manière simple à rendre pos- sibles non seulement des mouvements axiaux, mais encore et simultanément ou uniquement des mouvements radiaux des différents cylindres de friction du broyeur colloîdogéne à friction. On a constaté en effet que l'amplitude suffisante des mouvements axiaux des cylindres de friction pouvait dais les deux sens aller de 0,1 à 1 mm . environ et, dans des appareils plus grands mais tournant plus douce- ment, jusqu'à 5 mm. et même davantage.
Grâce à l'application de tels mouve- ments de va et vient des cylindres de friotion dans les broyeurs collodogeénes à friction, on peut ob- tenir avec ces machines des résultats nouveaux.
Les grandes vitesses de rotation auxquelles fonc- tionne le broyeur colloidogéne à friction (en ra- gard des machines à cylindres de friction connues et munies de cylindres de friction tournant lente- ment et en regard d'autres machines à frictions connues fonctionnant d'une manière satisfaisante) font apparaître, lors de l'application de mo uve- ments axiaux et (ou) radiaux rythmiques aux cylindres de frottement rotatifs des effets qui ne sont plus à comparer avec ceux que donnent les mouvements normaux de va et vient dans les machines à cylindres de friction tournant lentement, mais
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qui sont de véritables vibrations rythmiques se succédant rapidement.
Etant donné qu'à chaque tour de l'ar- bre, chaque cylindre de friction du broyeur collol- dogène à friction exécute à peu près cinq tours autour de son axe propre et étant donné qu'à chaque rotation de cylindre il se produit un déplacement axial vers la droite et un déplacement axial vers la gauche, lorsque l'arbre exécute mille tours à la minute, on obtient : 2 x 5 x 1.000 = 10. 000 vibra- tions du cylindre à friction rotatif par minute, ce qui donne lieu à 120.000 vibrations par minute lorsqu'il existe douze cylindres de friction dans le broyeur colloîdogéne.
Même dans des broyeurs colloîdogénes à friction tournant très lentement, par exemple à raison de cinq cents tours par minute, on obtient par minute : 8 x 5 x 500 x 12 = 60. 000 vibrations exercées par les cylindres de friction sur la matière à broyer.
En dehors de l'action de broyage , le nouveau broyeur colloîdogéne à friction permet d'ob- tenir un effet nouveau dû aux cylindres de friction vibrants , cylindres qui agissent gâce à des vibra- tions rythmiques uniformes et qui améliorent consi- dérablement l'action de broyage par frichtion. Si de plus, on applique encore aux cylindres de friction des vibrations radiales, on améliore davantage l'action du broyeur colloîdogéne à friction et l'on réalise un nouveau progrès industriel en regard de l'état actuel de la technique .
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Dans le nouveau broyeur colloîdogéne, on utilise avantageusement un joint-labyrinthe sans presse-étoupe, disposition grâce à laquelle il est possible de traiter ou de broyer dans l'appareil des produits alimentaires ou des vernis blancs ou clairs; ce résultat ne pouvait pas être atte int jusqu'à ce jour parce que des traces de graisses, de graphite ou d'huiles lubrifiantes rendaient les produits susvisés impropres à la oonsommation ou inutilisables . L'utilisation d'un joint-labyrinthe dans le broyeur colloîdogéne à friction conforme à l'invention supprime complètement l'inconvénient susvisé.
Sur les figures 1 à 3 du dessin an- nexé , on a représenté plusieurs modes de réalisa- tion d'un broyeur colloîdogéne à friction comportant des cylindres rotatifs vibrants.
Dans un cartel cylindrique 4 se trou- ve un arbre rotatif 5 sur lequel est calé un pla- teau 10 comportant des évidements fraisés pour douze. cylindres 11 dont les tourillons d'extrémité 1 sont montés dans les évidements du plateau 10 et orientés de telle manière qu'ils ne puissent se mouvoir li- brement sous l'action de la force centrifuge qu'en direction de la surface de friction fixe, nais qu'ils soient maintenus latéralement par la paroi du plateau . Dans le carter 4 muni d'une chemise de refroidissement est ajusté un anneau de friction 6 en acier inoxydable ou en bronze dur.
Les cylindres @ de friction 11 sont appliqués avec une force plus ou moins grande contre l'anneau d'acier 6 sous
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l'action de la-force centrifuge engendrée par l'ar- bre rotatif et ces cylindres sont ainsi mis en ro- tation à leur tour, ce qui provoque un broyage dû à l'écrasement et partiellement à la friction. Sur l'arbre 5 est également disposé un cylindre inoxyda- ble 7. ,
La matière à broyer provenant de la trémie 31 munie du couvercle 32 arrive, par l'inter- mêdiaire du robinet obturateur 36, dans la cavité où se trouvent les cylindres de friction.
Le stator (partie fixe de la surface de broyage) comporte, dans la zone d'introduction, des fentes afin que les cylindres de friction rotatifs puissent glisser sur cette zone sans produire de projections; sur la figu- re 1, ces fentes sont orientées dans le sens du mou- vement de rotation . En pratique ces fentes sont dis- posées de manière à former avantageusement un angle par rapport au sens de rotation du broyeur,grâce à quoi on empêche (ou tout au moins on diminue sensible- ment) une usure indésirable de la surface des cylin- dres 11 ou des ponts existant entre les fentes en question.
La matière à broyer liquide est évacuée après broyage hors du broyeur colloîdogéne à fric- tion par la zone 57 (figure 2 ) qui est également munie de fentes , la matière en question étant ramenée dans la trémie 35 par l'intermédiaire de la oanalisation 33, grâce à la surpression engendrée par le broyeur colloîdogéne lui-même, cette matière par broyeur colloîdogéne lui-méme, cette matière pouvant en cas de nécessité être travaillée à plu- sieurs reprises dans le broyeur en question jusqu'à ce que l'on ait obtenu le résultat désiré . La canali- @
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de retour 33 ainsi que la trémie 31 comportant une chemise de refroidissement. La matière broyée peut être évacuée hors du moulin-par l'intermédiai- re de la canalisation 29, de la bride 37 et du robinet 36a.
La vibration horizontale ou axiale des cy- lindres de friction est obtenue à l'aide des moyens suivante qui vont être décrits plus en détail à l'appui des figures 1 et 3.
La figure 1 montre trois modes de réalisation A, B, C pour la production de vibra- tions des cylindres de friction . Conformément au mode de réalisation A, le tourillon 1 des cylin- dres de friction 11 reçoit par fraisage une rai- nure oblique 2 dans laquelle pénètre une saillie ou ergot 58 en forme de tige ou de coin fixédans le plateau 10. Lorsque les cylindres de friction soumisà la force centrifuge entrent en rotation autour de leur axe propre par suite de leur appli- cation contre la surface de broyage extérieure, ces cylindres sont obligés par l'ergot 58 se déplaçant dans la rainure oblique 2 d'exécuter en même temps que la rotation un mouvement de va et vient axial dont l'amplitude dépend de l'inclinaison de la rainure fraisée dans le tourillon 1 de chacun des cylindres de friction .
Dans la pratique, une course de 1 à 3 mm. à droite et à gauche suffit dans la plupart des cas. Dans les machines plus petites, un mouvement dans les deux sens de 0,1 à 0,5 mm. suffit déjà; dans les machines de plus grandes dimensions, il convient de donner aux mouvements axiaux une amplitude comprise entre 1 à 5 mm.
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On a désigné par 3 une/rainures fraisées dans le plateau 10 , rainures qui ménagent l'es- pace nécessaire au gouvernent de va et vient des cylindres.
Conformément au mode de réalisation B (figure 1), on utilise à la place de l'ergot 58 un disque rotatif 59 monté à l'aide d'axes coniques dans le plateau 10. Le résultat est le même qu'avec le mode de réalisation A, mais dans ce cas, le disque tourne dans la rainure 2 et détermine ainsi un frot- tement moins important que celui dû à l'ergot.
Conformément au mode de réalisation C (figure 1) , on utilise à la place de l'ergot 58 ou du disque rotatif 59, une bille 60 qui pénètre par moitié, d'une part, dans un trou hémisphérique du plateau 10. et, d'autre part, dans la rainure oblique 2 qui, dans ce cas, a une section semi-circulaire.
Le résultat est de nouveau le même que celui du mode de réalisation A. Le mode de réalisation C est sim- ple et engendre une faible résistance .
La figure 3 représente un mode de réalisation de la machine avec production simultanée de vibrations axiales ou horizontales et radiales des cylindres de friction .
Comme dans le cas de la figure 1 , les cy- lindres de friction 11 sont munis de tourillons 1 montés dans le plateau 10 qui est muni, en vue de la production de vibrations horizontales, de l'ergot 58 pénétrant dans la rainure 2.
Les vibrations, également dans le sens
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radial, des cylindres de friction, sont produites, conformément à l'invention, par une plaque métal- lique élastique 61 fixée sur l'arbre, en forme de soufflet annulaire et d'épaisseur appropriée aux dimensions de la machine . Ce ressort spiral en for- me de disque porte à sa périphérie une saillie 62 en forme de téton à surface polie pour chaque cylindre de friction, saillie qui est soudée ou vissée en 64 et qui pénètre dans un logement ou évidement 63 ménagé dans l'axe du tourillon 1 aux deux extrémi- tés des cylindres de friction 11, ces évidements ayant une forme telle qu'il subsiste un espace li- bre pour les vibrations horizontales .
Les cylindres de friction,. 11 ne sont pas gênés par ce dispositif dans leur mouvement de rotation autour de leur axe propre; ils sont toutefois obligés de participer à toutes les vibrations qu'exécute leur ressort mé- tallique en spirale dans le sens radial . Etant donné que tous les cylindres de friction sont reliés de la même manière au bord extérieur du ressort mé- tallique en forme de disque, tandis que le centre de ce disque élastique est fixé à un anneau 65 rendu solidaire de l'arbre on obtient sous l'action de la force centrifuge de l'arbre rotatif et des cylindres de friction relié au ressort métallique des vibrations ou oscillations continues des cylindres précités, oscillations ou vibrations qui peuvent s'étendre principalement dans le sens radial.
On obtient ainsi , suivant la fréquence dioscillation propre de la plaque métallique élastique et sous l'action des différentes résistances sur les oy-
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lindres de friction individuels qui provoquent des effets de pression sur les autres cylindres de friction, une action de broyage par friction énergique sur la matière à broyer parce que, d'une part, les oscillations susvisées du ressort modi- fient périodiquement la pression de friction et que, d'autre part, la matière à broyer est mainte- nue sur les surfaces des cylindres (par suite d'un phénomène de viscosité) même lorsque ces surfaces sont lisses et que la matière en question est ainsi soumise, à une action de broyage améliorée.
Si l'on utilise simultanément l'ao- tion des vibrations radiales et axiales des cylin- dres de friction, on obtient au cours du mouve- ment de rotation et d'avancement des cylindres de fric- tion un phénomène de friction s'exerçant sur une tra- jeotoire moins ovale , autrement dit, la matière à broyer est soumise à une action de broyage par frictions circulaires plus ou moins ovales ren- dant possible un broyage et une division parfaits .
En dehors des modes de réalisation représentés sur les dessins pour provoquer des vibrations axia- les, on peut également provoquer, sans utilisa- tion de rainures dans les tourillons d'extrémi- té des différents cylindres de friction , des mouvements de va et vient des cylindres en question lorsque l'on prévoit des surfaces parallèles plus ou moins obliques sur les deux extrémités des cy- lindres de friction et lorsque l'on fixe le coin ou la roue, etc... de telle manière dans le'plateau que les cylindres de friction soient obligés
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d'exécuter des mouvements de va et vient au cours de leur rotation et lorsqu'ils sont maintenus la- téralement par les surfaces considérées.
L'étanchéité de l'arbre du broyeur colloi- dogène à friction est obtenue conformément à l'invention grâce à un système spécial de laby- rinthe réalisé de la manière suivante :
Contre le carter 4 est appliquée une pièce en fonte 12 destinée à recevoir le joint-la- byrinthe et à laquelle est fixé le palier 14; l'êorou de serrage 17 et la tôle de sûreté 19 servent à maintenir la bague de serrage conique 55 du palier à rouleaux . Le roulement à rouleaux 18 est monté dans le palier 14. Les paliers 14 disposés de cha- que côté sont fermés respectivement par les couvercles 15 et 16 avec interposition des bagues d'étanchéité en feutre 51 et 52. A la suite du pa- lier se trouvent l'accouplement 53 puis le moteur M.
Le joint-labyrinthe est formé de bagues d'é- tanchéité métalliques successives 25 ( sur l'arbre rotatif ) et 26 (dans la partie fixe du carter ) et de disques en forme de cuvette conique susceptible de vibrer 21 (sur l'arbre rotatif ) et 22 (dans le carter) maintenus à l'aide de bagues d'écartement 23 (sur l'arbre rotatif) et 20 (dans le carter),ces disques et bagues étant serrés élastiquement, d'une part à l'aide d'un écrou 47 sur l'arbre rotatif et, d'autre part, à l'aide d'un écrou 27 dans le car- ter . Entre les bagues d'écartement et les bagues du joint-labyrinthe se trouvent des bagues élas- tiques 28 en caoutchouc par exemple rendant possi- ble un serrage élastique du joint.
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Dans ce qui suit, on va décrire avec plus de détails encore les organes du joint :
Sur l'arbre 5 et succédant au pla- teau 10 se trouvent des bagues de serrage 8 et 9 munies de dentures afin que pendant la rotation une aotion de "contre-pompage " soit exercée sur la ma- tière à broyer afin que celle-ci soit déjà en par- tie maintenue écartée du joint-labyrinthe . A la suite de cette bague munie d'une denture se trouve sur le rotor le premier disque 21 en forme de cuvette conique en tôle métallique mince susceptible de vibrer auquel font suite , toujours sur le rotor et en alternant sur celui-oi , des baguer d'écartement 23 et' des bagues d'étanchéité 25 avec interposition de bagues d'étanchéité en caoutchouc 28.
Dans le carter se trouve , en regard de la première bague d'écarte- ment du rotor, la première bague d'étanchéité
26 à laquelle succèdent , sur le stator et en al- ternant , un disque 22 en forme de cuvette sus- ceptible de vibrer , une bague d'écartement 20, une bague d'étanchéité en caoutohouc 28 puis de nouveau une bague d'étanchéité 26, etc.. jus- qu'à l'écrou final 27 sur le stator et 47 sur le rotor . Les bagues filetées ou écrous 27 et 47 sont serrées à tel point qu'il ne subsiste entre les bords des cuvettes métalliques vibrantes et les ba-
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igues du join(ç-labtrnthe qu'une fente extrêmement faible et même aucun espace dans le cas d'une ma- tière particulièrement liquide.
En raison de l'in- corporation de bagues élastiques en caoutchouc,le joint-labyrinthe peut être resserré aussi bien sur
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le stator que sur le rotor jusqu'à ce que s'arrête l'écoulement pour le cas où l'on observerait une fuite de matière à travers le joint lorsque cette matière est très lipide.
Le rotor est monté sans jeu longi- tudinal, ce qui rend possible un réglage très pré- cis des bords des cuvettes coniques par rapport aux bagues du joint-labyrinthe.
Sur± le dessin annexé, on a représenté douze cylindres de friction individuels soumis à la force centrifuge. Cette disposition convient pour une matière à broyer liquide. Pour une matière se présentant sous la forme pâteuse ou épaisse, il est préférable de prévoir un intervalle plus graid entre les différents cylindres de friction et ceci par l'utilisation d'un plus petit nombre de ces cy- lindres. Dans la pratique on peut déjà obtenir de bons résultats avec deux ou trois cylindres de fric- tion. En moyenne on utilise environ six à huit cy- lindres de friction pour des masses pâteuses épais- ses. Le nombre de cylindres de friction utilisés et soumis à la force centrifuge ne modifie pas l'ac- tion fondamentale du broyeur colloldogène conforme 4 la présente invention.
Une augmentation du nombre de cy- lindres de friction a pour conséquence une augmen- tation du rendement horaire pour des matières de mê- me type. Pour cette raison, il est avantageux d'uti- liser un nombre aussi grand que possible de oylindres de friction lorsque la matière à broyer n'est pas trop visqueuse.
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Le broyeur colloîdogéne centrifuge à friction peut fonctionner par accouplement direct avec un moteur tournant à une vitesse de neuf cents à mille tours par minute par exemple. Pour tirer pra- tiquement par ti de la machine, il est avantageux de prévoir un dispositif pour le réglage de la vi- tesse de rotation; o'est ainsi qu'il convient avec certains typas de matières à broyer de commencer l'opération de broyage avec une vitesse de rotation basse pour passer à des vitesses de rotation plus élevées après un broyage préalable.
Jusqu'à ce jour on ne connaissait pas de broyeurs colloldogènes à frictions comportant des cylindres de friction vibrants et la possibilité de réaliser de tels broyeurs colloîdogénes a été une surprise, car le grand nombre de cylindres de broyage ne permettait notamment pas d'envisager un tel mode de réalisation pratique.
D'autre part, on ne pouvait pas s'attendre à ce que les cylindres de friction animés d'un mouvement de rotation pro- pre puissent engendrer des vibrations à la suite d'un mouvement de va et vient et que l'action de telles vibrations ( même de faible amplitude) pouvait considérablement améliorer l'effet de broyage par friction ( en regard des broyeurs oolloldogènes à cylindres de friction fonctionnant sans vibrations de ce genre), ce qui fait que le nouveau broyeur colloîdogéne à friction constitue un progrès tech- nique particulier.
On ne connaissait pas non plus et on ne pouvait pas prévoir la possibilité d'engendrer des
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des oscillations verticales ( seules ou en combinai- son avec des vibrations axiales) des cylindres de friction. Grâce à l'action des vibrations radiales et (ou) axiales des cylindres de friction, il est possible d'utiliser des cylindres polis dans les broyeurs colloidogènes à friction, car en raison des vibrations des cylindres en question, la matière à broyer est mieux exposée à l'action des surfaces de friction par suite de la viscosité, de la pres- sion variable et du mouvement de va et vient.
Con- formément à la présente invention, on peut également utiliser des cylindres de friction mats ou compor- tant des creux sous forme de rainures de 0,01 à
0,1 mm. de profondeur, cylindres dont l'action d'adhérence augmente encore l'effet de broyage par friction.
Grâce à l'utilisation de cylindres de friction exerçant une action centrifuge, la circulation de la matière à broyer peut être assurée d'une manière efficace par le broyeur colloidogène à friction lui-même sans utilisation d'une pompe, à tel point que les cylindres précités exercent, pour une vitesse de rotation suffisamment grande, une action de pompage suffisante pour obliger la matière à broyer dans la trémie de remplissage lorsque la cana- lisation de retour a une hauteur modérée. Pour sur- monter des pressions dues à des hauteurs relative- ment grandes ou lorsque l'on traite des pâtes très, / visqueuses, on dispose dans la canalisation de retour une petite pompe auxiliaire appropriée rendant possi- ble dans tous les cas la circulation ou la vidange de la matière à broyer.