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Appareil pour faire avancer une colonne de matière vere le bas à une vitesse uniforme .
La présente invention concerne un appareil pour faire avancer une colonne de matière vers le bas à une vitesse uniforme.
Quand on utilise, dans des procédés de fabrication! des matières solides, par exemple des matières granuleuses ou fibreuses, ou de petites pièces, on les fait généralement avancer à partir de coffres d'emmagasinage ou de trémies
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jusqu'à l'appareil de traitement* Ces matières solides peuvent être fournies par gravité à partir des coffres d'emmagasinage ou des trémies,mais il est nécessaire qu'elles soient fournies avec un débit uniforme.
De nombreuses matières solides ne s'écoulent pas librement et il est alors très difficile de les fournir avec un débit uniforme à partir des trémies. Une matière,qui ne s'écoule pas librement, a tendance à former des ponts et à se tasser dans une trémie, et il est alors souvent difficile de la décharger à partir de la sortie deLa trémie sous une forme autre que celle de masses agglomérées. D'autre part, une matière finement divisée forme souvent des ponts temporaire- ment dans une trémie et débouche ensuite brusquement comme un liquide à travers la sortie de la trémie.
On a essayé de faire écouler des matières avec un débit uniforme à partir de trémies, et des dispositions diverses ont été imaginées pour faire vibrer ces trémies, comme par exemple les dispositions représentées dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique t
N 2 246 497 du 24 juin 1941, et N 3 078 015 du 19 février 1963 .
Cependant, il y a de nombreuses matières qu'il est impossible de faire écouler uniformément à partir d'une trémie au moyen d' une disposition simple quelconque connue actuellement, et il était nécessaire, dans le passé, de faire avancer ces matières à la main ou au moyen d'un dispositif coûteux d'alimentation jusqu'aux appareils de fabrication,
Le but principal de la présente invention est de réaliser un nouveau dispositif pour faire avancer vers le bas une colonne de matière avec un débit uniforme. D'autres
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buts et avantages particuliers de l'invention apparaîtront au coûte de la description suivante, se référant au dessin annexé qui représente plusieurs modes de réalisation préférés de l'invention..
Le dispositif conforme à la présente invention et destiné à faire avancer vers le bas une colonne de matière avec un débit uniforme, utilise un mouvement vibratoire hélicoïdal, qui comporte une composante verticale et une autre composante constituée par une oscillation autour d'un axe vertical.
Il / est bien connu de communiquer un mouvement vibratoire hélicoïdal constitué par une rigole hélicoïdale le long de laquelle on fait écouler la matière Dans un tel transporteur hélicoïdal) comportant une rigole hélicoïdale soumise à un mouvement vibratoire hélicoïdal, la matière est projetée tangentiellement dans la rigole, à l'extrémité de chaque course hélicoidale montante du mouvement vibratoire .De cette manière, toute matière, contenue dans la rigole hélicoïdale, est propulsée sur une courte distance le long de la rigole, à l'extrémité de chaque course hélicoïdale montante, de telle sorte,.que le mouvement vibratoire hélicoïdal fait avancer progressivement la matière le long de la rigole suivant une direction.
Si'la course montante hélicoïdale est un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre, 1 matière estentraînée dans ce ment le long de la rigole hélicoïdale Inversement, si la course hélicoïdale montante est un mouvement dans le sens Inverse de celui des aiguilles d'une montre, la matière est entraînée le long de la rigole hélicoïdale dans le sens inverse de celui dea aiguilles d'une montre.
Dans un tel transporteur hélicoïdal vibrant, le cens de l'enroulement de la rigole hélicoïdale est généralement
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choisi pour entraîner la matière vers le haut le long de la rigole. Cependant, dans quelques cas, la rigole hélicoïdale s'enroule dans le sens opposé, de manière à faire avancer la matière vers le bas, le long de la rigole hélicoïdale, comme on le voit sur les figures 4, 5 et 9 du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 658 609 du 10 novembre 1953 .
Dans l'utilisation d'un transporteur hélicoïdal quelconque de ce genre entraînant la matière vers le bas, il est cependant encore nécessaire de faire arriver la matière dans la rigole hélicoïdale à partir d'un coffre ou d'une trémie.
La figure 6 de ce brevet américain n 2 658 609 représente un dispositif au moyen duquel un mouvement vibratoire hélicoï- dal analogue, est transmis à un tambour, pendant le remplia- sage de celui-ci avec une matière solide, dans le but de tasser légèrement la matière pour permettre au tambour d'en contenir une quantité maximale* Dans un dispositif conforme à la présente invention, une colonne de matière est entraînée vers le bas, avec un débit uniforme, pendant qu'elle est contenue dans un récipient soumis à un mouvement vibratoire hélicoïdal Ce récipient, faisant partie du dispositif conforme à l'invention,
se rétrécit vers le bas et vers l'intérieur* four obtenir les meilleurs résultats, il faut que.!.'inclinaison moyenne des parois latérales de ce récipient, à partir de l'extrémité inférieure d'une colonne de matière remplissant le récipient jusqu'à l'extrémité supérieure de la colonne de matière, ne soit pas inférieure à 25 et ne dépasse pas 75 par rapport à la verticale.
L'effet principal du mouvement vibratoire hélicoïdal! du récipient, dans un dispositif conforme à l'invention, est de
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faire écouler la. matière en spirale vers le haut le long des parois latérales inclinées du récipient. On peut expliquer, comme suit, la raison pour laquelle se produit cet écoulement en spirale de la matière vers le haut, le long des parois latérales inclinées du récipient. Chaque fois que le récipient atteint l'extrémité inférieure de sa course vibratoire hélicoïdale, il inverse rapidement son mouvement et commence sa course hélicoïdale vers le haut.
L'effet de cette Inversion rapide du mouvement du récipient, à l'extrémité inférieure de sa course vibratoire hélicoïdale, est de propulser fortement dans une direction hélicoïdale, vers le haut, la matière se trouvant sur les parois latérales inclinées du récipient.
Ensuite, quand le récipient atteint l'extrémité supérieure de sa course vibratoire hélicoïdale, la matière, qui se trouve sur les parois latérales inclinées du récipient et qui a été propulsée dans une direction hélicoïdale montante est en réalité libérée ou projetée librement à partir des parois . latérales inclinées, pendant que le récipient termine son mouvement hélicoïdal vers le haut et commence son mouvement hélicoidal vers le bas. Les particules de matière, se trouvant sur les parois latérales inclinées du récipient, sont ainsi projetées tangentiellement vers'le haut, à l'extrémité du mouvement hélicoïdal du récipient vers le haut.
Le résultat général de ces mouvements successifs, dirigés vers le haut . et tangentiels, des particules de matière, se trouvant sur les parois latérales inclinées, mouvements qui se produisent à la fin des mouvements hélicoïdaux successifs du récipient vers' le haut, est un écoulement général en spirale de la matière remontant le long des parois latérales inclinées.
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Dans un dispositif conforme à l'invention, le récipient,qui. est soucia à un mouvement vibratoire hélicoïdal, comporte une sortie pour décharger la matière à l'extrémité inférieure de la colonne de matière contenue dans le récipient.
Par suite de la décharge de la matière à partir de la sortie du dispositif, à l'extrémité inférieure de la colonne de
Matière contenue dans le récipient, un écoulement secondaire de la matière vers le bas, c'est-à-dire vert le centre du récipient et vers sa sortie, se superpose à l'écoulement primaire en spirale de la matière remontant le long des parois latérales inclinées du récipient.
Ainsi, bien que l'écoulement primaire de la matières dans un dispositif conforme à l'invention, consiste en un écoulement en spirale montant le long des parois latérales inclinèes du récipient soumis à une vibration hélicoïdale, le dispositif a pour effet global de faire avancer vers le bas avec un débit uniforme la colonne de matière contenue dans le récipient, parce qu'un courant secondaire de la matière est produit vers le bas, c'est-à-dire vers le centre du récipient, par la présence de l'ouverture de sortie se trouvant à l'extré- mité Inférieure de la colonne de matière contenue dans le récipient.
Le courant primaire en spirale de matière, montant le long des parois latérales inclinées du récipient, dans un dispositif conforme à l'invention, joue un rôle très inportant, car il tend constamment à faire dilater les couches périphériques!' de la matière sur les côtés du récipient, puisque ces couches sont soumises à l'action du mouvement vibratoire hélicoïdal du récipient.
Ce mouvement constant en spirale et la dilatation des couches périphériques de la matière contenue dans le récipient
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empêchent la matière de se tasser ou de se bloquer, en partiou- lier au fond du récipient, où se produirait probablement un blocage en l'absence de ce mouvement en spirale* En même temps, il est impossible qu'un pont de matière se forme dans le montant récipient, parce que le mouvement en spirale de la matière sur les parois latérales inclinées du récipient ferait écrouler les fondations d'un tel pont quelconque,
La circulation systématique, que l'on vient dé décrire, et qui se produit dans une colonne de matière, contenue dans un dispositif conforme à l'invention, empêche toute agglo- mération de la matière et oblige celle-ci à se décharger avec un débit uniforme,
apartir de la sortie située à l'extrémité inférieure de la colonne de matière. Le résultat final obtenu est le mouvement de la colonne de macère vers lebas, avec un débit uniforme.
La circulation, produite ainsi pour la matière dans un dispositif conforme à l'invention, est tout à fait différente du mouvement communiqué à lamatière dans les trémies vibrantes connues, comme par exemple dans la trémie conique vibrante représentée dans le brevet américain n 2 246 497 mentionné plus haut. La vibration de la trémie conique, représentée dans ce brevet américain n 2 246 497, oblige simplement la matière de la trémie à se déposer progressivement vers l'ouverture de sortie se trouvant au fond de la trémie.
Pendant que la matière se dépose dans la trémie conique vibrante conforme à ce brevet, elle a tendance à se comprimer, puisque la largeur de la trémie va en diminuant vers le fond de celle-ci
Ainsi, des troubles de fonctionnement se produisent du fait que la matière se bloque au fond de la trémie conique vibrante représentée dans ce brevet américain N 2 246 497
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déjà mentionné. D'autres trémies vibrantes ont été construites avec des parois latérales verticales, comme par exemple cille représentée dans le brevet amencain ne 3 078 015 déjà mentionné, mais elles n'ont pas résolu le.problème de la décharge de la matière, sans blocage, à partir d'une ouverture de sortie relativement petite.
Ce problème est résolu par le dispositif conforme à la présente invention, car ce dispositif utilise un récipient, qui se rétrécit vers une ouverture de sortie, formée au fond, et qui crée un courant primaire en spirale de la matière vers le haut des parois latérales inclinées du récipient,
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 827 062 du 18 mars 1 9 5 8 , décrit un transporteur hélicoïdal, qui est soumis à un mouvement vibratoire hélicoïdal et qui comprend un récipient central d'alimentation participant à ce mouvement vibratoire hélicoïdal. Cependant, le récipient central d'alimentation, représen é dans ce brevet américain n 2 827 062, a essentiellement la forme d'une longue conduite verticale.
Malgré le mouvement vibratoire hélicoïdal de cette longue conduite verticale, la matière ne reçoit qu'un mouvement de rotation faible ou non progressif par rapport à la conduite , en particulier dans le cas d'une matière ne s'écoulant pas librement et que concerne précisément la présente invention.
En réalité, le mouvement de la matière, dans le récipient central d'alimentation représenté dans oe brevet américain n 2 827 062, consiste essentiellement en un dépôt progressif de la matière, comme dans les trémies vibrantes connues.
Sur le dessin annexé t
La figure 1 représente en plan un mode de réalisation préféré du dispositif de la présente invention,
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La figure 2 est une vue en élévation du dispositif représenté sur la figure 1.
La figure 3 est un graphique montrant le mouvement qui peut être communiqué à une particule de matière dans le dispositif.
La figure 4 représente en perspective un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention.
La figure 5 représente en plan la base du dispositif représente sur la figure 4.
La figure 6 est une vue partielle en élévation à une échelle réduite et avec une coupe partielle,du dispositif représenté sur la figure 4.
La figure 7 est une coupe verticale partielle d'un autre modo de réalisation*
Le dessin annexé et la description qui va suivre ne sont que des exemples et ne limitent en aucune manière le domaine d@ l'invention.
Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 comprend une trémie 10, se présentant sous la forme d'un tronc de cône et comportant quatre consoles de montage 11. Chaque console 11 est montée sur un support fixe 12 par l'intermédiaire d'un sac flexible en caoutchouc 13, contenant del'air et un liquide sous pression. Ces sacs flexibles en caoutchouc supportent, élastiquement la trémie et lui donnent un degré limité de liberté dans toute les directions.
Il est possible d'utiliser, à la placedes sacs flexibles 13 en caoutchouc, un autre type quelconque de montage laissant à la trémie un degré limité de liberté. On peut par exemple suspendre ou supporter la trémie sur des ressorts. Les sacs en caoutchouc 13 sont avantageux, parce
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qu'ils fournissent une,action d'isolation et d'amortissement, qui réduit au maximum la transmission des forces vibratoires à un bâtiment ou à une autre structure contenant la trémie.
La trémie, représentée sur la figure 2, comporte à son extrémité inférieure une courte partie cylindrique 14, qui est ouverte dans son fond pour permettre la décharge de la matière. Pour, permettre de régler le débit d'écoulement de la matière en dehors de la trémie, on monte un déflecteur conique 15 sur une tige filetée 16, qui passe à travers un support 17 en forme d'U, fixé sur la partie cylindrique 14, et qui est fixée sur ce support d'une manière réglable.
La trémie tronconique 10 constitue un mode de réalisation préféré du récipient mobile, qui doit contenir une colonne de matière entraînée vers le bas( cependant, on peut utiliser des récipients mobiles d'un autre type. En tout cas, les parois latérales du récipient mobile convergent vers le bar et vers l'intérieur.
Il n'est pas nécessaire que les parois latérales du comme récipient mobile possèdent une inclinaisonn uniforme,/dans la trémie représentée sur la figure 21 elles peuvent avoir au contraire une inclinaison variable, comme par exemple celles des trémies décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 071 297 du ler janvier 1963 .
Dans un dispositif conforme à la présente invention, le récipient mobile est muni d'un mécanisme destiné à lui donner un mouvement vibratoire hélicoïdal, comportant une composante verticale et une autre composante consistant en un mouvement oscillant du récipient autour de son axe vertical. Dans le dispositif représenté sur les figures 1 et 2, ce mécanisme comprend deux moteurs électriques 18, qui sont fixés sur les
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cotés opposés de la trémie 10, et dont chacun est renfermé dans un carter 19 hermétique. L'arbre 20 de chacun des deux moteurs 18 est chargé excentriquement, à ses deux extrémités par deux masses 21, fixées sur cet arbre.
Les moteurs 18 tournent dans le même sens; ils sont entraînés par exemple tous les deux dans le sens des aiguilles d'une montre (si on les regarde par le dessus). Dès que les moteurs 18 ont démarré, ils se verrouillent mutuellement en synchronisme, de manière que toutes les masses 21 soient en phase, c'est-à-dire qu'elles soient dirigées toutes vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe vertical de la trémie, à un même instant, et qu'elles soient dirigées toutes vers l'extérieur, du coté opposé à l'axe vertical de la trémie, à un même instant. Les masses 21 étant @insi en phase, elles produisent pendant chaque tour complet des arbres 20, d'abord un couple tendant à faire tourner la trémie dans un premier mens* puis un autre couple tendant à faire tourner la trémie dans le sens opposé.
Ainsi, pendant chaque tour complet des arbres 20 des moteurs, la trémie 10 exécute une oscillation complète sur son axe vertical.
Les arbres 20 des moteurs sont inclinés suivant des angles égaux et opposés par rapport à un plan passant par l'axe vertical de la trémie et par les points médians des deux arbres des moteurs, A cause de cette Inclinaison des arbres des moteurs, chaque rotation complète de ces arbres ne produit pas seulement une oscillation complète de la trémie, autour de son axe vertical, mais aussi une course alternative verticale complète de la trémie.
La résultante de cette combinaison d'un mouvement oscillant et d'un mouvement vertical alternatif de la trémie est un mouvement vibratoire hélicoïdal de celle-ci ,
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On peut utiliser, à la place du mécanisme représenté sur les figures 1 et 2, un autre mécanisme désiré quelconque, pour donner un mouvement vibratoire hélicoïdal au récipient mobile du dispositif conforme à l'invention. D'autres mécanismes variés et connus peuvent communiquer un tel mouvement et sont d'ailleurs utilisés pour entratner les transporteurs à mouvement vibrant hélicoïdal.
Pour que les sacs flexibles 13 en caoutchouc puissent accomplir leur fonction, consistant à réduire le plus possible la transmission des forces vibratoires à la fondation de support du dispositif, il faut de préférence que la fréquence naturelle' du système, constitué par le, sacs flexibles 13 en caoutchouc et par la masse que supportent ces sacs, soit sensiblement inférieure à la fréquence suivant laquelle vibre la trémie 10 sous l'action des moteurs 18.
La figure 3 montre comment une particule, reposant sur la paroi latérale inclinée de la trémie 10, est propulsée pendant le mouvement hélicoïdal montant de la trémie. La ligne PL-PR représente le trajet du mouvement vibratoire d'un point, situé sur la pardi latérale, intérieure et inclinée de la trémie 10.
Bien que le trajet du mouvement vibratoire soit en réalité hélicoïdal, ce trajet est représenté sur la figure 3 en projec - tion sur un plan vertical, de telle sorte qu'il se présente comme une ligne droite sur cette figure,
Puisqu'un point de la paroi latérale inclinée de la trémie 10 se déplace sur le trajet PL-PR de la gauche vers la droite, pendant le mouvement vibratoire de la trémie, une particule de matière, reposant en ce point sur la paroi latérale de la trémie, a tendance à se déplacer sur le même trajet.
Cepen- dant, quand la trémie se rapproche de l'extrémité supérieure de
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on mouvement; vibratoire, son mouvement vers le haut est soumis à une décélération, Si la décélération du mouvement .
. de la trémie vert le haut est assez importante, par rapport à l'accélération vers le bas imposée par la pesanteur 'une particule reposant sur la paroi latérale de la trémie, celle-ci.
N'arrête si rapidement, à l'extrémité supérieure de son mouvement vibratoire, que la force de pesanteur, agissant sur " la.particule, ne peut pas la maintenir eh contact avec la paroi latérale de la trémie, et que la particule devient en réalité un projectile se déplaçant sur une trajectoire telle que celle indiquée en T sur la figure 3.
Bien que le trajet PL-PR du mouvement vibratoire. soit en réalité un trajet hélicoïdal, la trajectoire T est tangentielle, en ce sens qu'elle se trouve dans un plan vertical tangent à l'hélice PL-PR au point PI (point où la particule quitte la surface de la paroi latérale inclinée de la trémie pendant le mouvementhélicoidal montant de celle-ci).
La figure 3 est un graphique de vecteurs dans lequel le vecteur d représente la décélération de la trémie à l'instant: où un point de la paroi latérale de la trémie se trouve dans la position PI. Ce vecteur d peut être décomposé en une composante verticale dv et en une composante horizontale dh.
L'inertie d'une particule de matière, reposant en PI sur la paroi latérale de la trémie, tend à maintenir la particule en mouvement sur une ligne droite dans le sens et avec la vitesse du déplacement de la particule au point PI. Ainsi, la composante horizontale dh est la composante de la décelé* ration d , qui permet à l'inertie de la particule de'faire glisser celle-ci vers l'avant le long de la paroi latérale de la trémie, tandis que la composante verticale dv est la
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composante de la décélération d ,qui permet à l'inertie de v j la particule de soulever celle-ci enl'éloignant de la paroi latérale de la trémie.
Dans le cas représenté sur la figure 3, la composante verticale dv de la décélération d de la trémie, à l'instant où la particule se trouve dans la position PI, est égale à l'accélération g produite vers le bas par la pesanteur sur la particule En d'autres termes, d sinx est égal à g. Ainsi, lu pression exercée par la particule contre la paroi latérale de la trémie est nulle dans la position PI, Ensuite, quand la trémie continue à se déplacer vers le haut dans.son mouvement vibratoire, sa décélération augmente jusqu'au moment où elleatteint une valeur maximale, quand la trémie atteint l'extrémité supérieure de sa course.
En conséquence, quand la particule a dépassé la position PI, l'accélération produite vers le bas par la pesanteur n'oblige pas la particule à rester en contact avec la paroi latérale de la trémie.
Dans le cas représenté sur la figure 3, les conditions sont telles que la particule, après avoir dépassé la position PI, se déplace suivant la trajectoire T et l'impact de la particule sur la paroi latérale de la trémie, dans la position QL, se produit à l'instant où la trémie, dans laosition QL, se produit à l'intant où la trémie atteint l'extrémité inférieure de son mouvement inverse.
Immédiatement après que la particule a frappé la paroi latérale de la trémie , dans la position QL, elle reste sur cette paroi latérale, pendant que la trémie exécute la partie initiale de son mouvement ascendant suivant, et elle est soumise.à des forces analogues à celles auxquelles elle était soumise pendant la course précédente, de telle sorte qu'elle suit un trajet
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indiqué sur la figure 3 et analogue au trajet qu'elle suivait précédemment à partir de la position PL jusqu'à la position
QL. Dans le cas représenté sur la figure 3, on suppose qu'il n'y a ni rebondissement, ni glissement de la particule sur la paroi latérale de la trémie.
La composante verticale de la décélération maximale, qui est atteinte à l'instant où. la trémie arrive à l'extrémité supérieure de sa course, peut être calculée en cm/sec/sec à partir de l'expression dvmax = 19,74 f2. sv dans laquelle f est la fréquence des vibrations en cycles par seconde et sv est la composante verticale en cm de la course (égale par exemple à PL-F sinx)
L'explication précédente du graphique de vecteurs représenté sur la, figure 3 montre qu'une particule, reposant sur la paroi latérale de la trémie, ne quitte pas cette paroi ' pendant le mouvement vibratoire de la trémie vers le haut, à moins que dvmax soit plus grand que g.
D'ailleurs il ' n'est pas nécessaire qu'une particule, reposant sur la paroi latérale de la trémie, quitte réellement cette paroi, quand la trémie Se rapproche de l'extrémité supérieure de son mouve- ment vibratoire, parce que les particules , reposant sur la paroi latérale de la trémie, glissent quand la décélération de la trémie .se rapproche de sa valeur maximale, près de l'extrémité supérieure de son mouvement vibratoire,. Ce glissement se produit quand la trémie se rapproche de l'extrémité supé- rieure de son mouvement vibratoire, du fait que l'inertie des - particules a tendance à les maintenir en mouvement avec une vitesse constante.
Quand la trémie se rapproche de l'extré- mité supérieure de son mouvement vibratoire, sa vitesse décrof
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rapidement, et les particules ont tendance à conserver leur vitesse et leur sens de déplacement, et par conséquent à glisser vers l'avant, pendant la décélération du mouvement de la trémie.
Il faut remarquer aussi que la décélération de la trémie, quand celle-ci se rapproche de l'extrémité supérieure de sa course, tend à contrebalancer la pesanteur et par conséquent à réduire la pression des particules contre la paroi latérale de la trémie, en diminuant ainsi le frottement et en permettant aux particules de glisser vers l'avant le long de la paroi latérale de la trémie.
D'autre part, pendant la seconde moitié de la course descendante de la trémie, la décélération de celle-ci s'effectue dans le sens opposé et augmente par conséquent la pression exercée par le poids des particules contre la paroi latérale de latrémie. Ainsi, les particules qui peuvent glisser vers l'avant, au voisinage de l'extrémité de la course montante de la trémie, sont maintenues fortement' contre la paroi latérale de la trémie, au voisinage de l'ex- trémité inférieure de la course, et ne peuvent pas glisser vers l'arrière sous l'action des forces auxquelles elles sont soumises à ce moment.
Le glissement des particules vers l'avant auquel elles sont soumises sur la paroi latérale de la trémie, au voisinage de l'extrémité de la course montante, est permis, tandis que le glissementvers l'arrière est empêché, au voisinage de l'extrémité inférieure de la course, et il est obtenu même quand la décdération de la trémie n'est pas assez grande pour permettre aux particules de se déplacer dans l'air sur une trajectoire telle que la trajectoire T représentée sur la figure 3.
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Pour obtenir les meilleurs résultats, l'angle x doit être égal au moins à 5 . La marge préférée pour cet angle x est comprise entre 10 et 30 . Cependant, cet angle x peut atteindre 40 , et même dans certaine cas 80 . En tout cas, l'angle x est un angle aigu.
La fréquence des vibrations de la trémie ne dépasse pas de préférence 2 000 cycles par minute, c'est-à-
1 dire 33 3 cycles par seconde. Dès que la fréquence des vibrations et l'angle x ont été établis, la longueur de course nécessaire pour réaliser l'accélération maximale désirée peut être déterminée par l'expression mathématique indiquée plus haut. On peut obtenir la longueur désirée de la course en aisant varier les dimensions et l'excentricité des masses 21, Cependant, pour produire le mouvement vibratoire hélicoïdal désiré, il faut que les quatre masses 21 aient toutes les marnes dimensions et la même excentricité.
Pour obtenir les meilleurs résultats, dans la mise en, .oeuvre pratique de l'invention, il est désirable que la composante verticale de l'accélération maximale de la trémie soit au moins aussi grande que l'accélération de la pesanteur, qui est égale normalement à environ 981 cm/sec./ sec. La longueur de course, nécessaire pour .réaliser une, accélération maximale donnée de la trémie, augmente quand la fréquence des vibrations diminue.
La trémie d'un dispositif conforme à l'invention vibre de préférence à une fréquence relativement faible, avec une course relativement longue. Cette course, mesurée sur le bord supérieur de la trémie, est comprise entre 4,8 mm et 25,4 mm. Par exemple, la trémie peut vibrer avec une course de 9,5 mm, à une fréquence pouvant s'élever
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jusqu'à 1 200 cycles par minute et pouvant s'abaisser jusqu'à 400 cycles par minute. Avec des moteurs électrique* tournant à une 'Vitesse de 900 t/mn, la Course est comprise de préférence entre 4,8 mm, 6,35 mm
L'effet primaire du mouvement vibratoire hélicoïdal de la.
trémie 10, mouvement représenté sur la figure 3, est de produire un écoulement général en spirale de la matière vers le haut, sur les parois latérales inclinées de la trémie. Cet écoulement montant en spirale de la matière, sur les parois latérales Inclinées de la trémie, tend à élever le niveau de la matière, près des parois latérales, sensiblement au-dessus du niveau de la matière se trouvant dans la partie centrale de la trémie 10, comme le montre la.ligne en pointillé de la figure 2. En même temps* le niveau de la matière, dans la partie centrale* de la trémie, est encore abaissé par la décharge de la matière au fond de la trémie.
Cette décharge de la matière superpose à l'écoulement primaire en spirale, sur les parois latérales de la trémie, un écoulement secondaire descendant de la matière, vers le centre de la trémie.
L'écoulement de matière, produit conformément à la présente invention par la superposition d'un courant secondaire descendant au courant primaire montant en spirale est d'un type unique, indiqué par des flèches sur la figure 1;
ce courant combiné est sans précédent dans la technique du transport des matières solides ou de la décharge des matières solides à partir d'unetrémie. Ce courant unique en songenre, réalisé conformément l'invention peut être considéré comme un courant tourbill onnaire Induit Le tourbillon Induit, produit par le dispositif conforme à
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l'invention, ressemble au tourbillon naturel qui se produit souvent spontanément dans un réservoir de liquide, quand le liquide est déchargé par gravité à travers une ouverture de sortie, Cependant, un tel tourbillon naturel ne se produit pas spontanément dans une matière solide, déchargée par gravité à travers un orifice de sortie, La formation d'un tourbillon dans un liquide,
déchargé par un orifice de sortie, est désavantageuse en ce sens qu'elle retarde en réalité la 4 décharge du liquide. Au contraire, le tourbillon Induit, réalisé dans la mise en oeuvre pratique de l'invention, est extrêmement avantageux, car il permet de réaliser avec un débit uniforme le mouvement de différentes matières, qu'il était difficile jusqu'à présent de déplacer et qu'il étai impossible de déplacer avec un .'ébit uniforme. Comme on l'a expliqué précédemment, le mouvement tourbillonnaire, engendré dans le dispositif conforme à l'invention, permet de décharger une matière par gravité, régulièrement et rapidement, sans que cette matière se tasse, se bloque, forme des ponts on s'agglomère.
Les matières, que l'on peut déplacer avec succès grâce à la présente invention, comprennent en particulier les matières collantes, qui tendent à. les matières plastiques à consistance de Mastic, l'argile, le sable humide les copeaux, les fibres et les tiges relativement longues.
Le mouvement tourbillonnaire Induit de la matière, dans un dispositif confirme à l'invention, présente un autre avantage du fait qu'il exerce une action très efficace de nettoyage et que le dispositif se nettoie donc lui-même automatiquement.
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Pour régler le débit de l'écoulement de la matière, à travers l'orifice de sortie du récipient du dispositif de l'invention, on peut utiliser un type désiré quelconque de vanne ou de distributeur, Cependant, il est préférable d'utiliser un déflecteur central conique, comme celui indiqué sur la figure 2. Ce déflecteur central conique 15 contribue à maintenir la matière en circulation dans la partie inférieure de la trémie 10. Le mouvement vibratoire hélicoïdal du cône 15 tend à induire un écoulement en spirale delà matière reposant sur oe cône, mais, dans ce cas, l'écoulement en spir ale, induit par le mouvement vibratoire hélicoïdal, est un écoulement des- cendant et non un écoulement montant sur la surface inclinée du cône.
En tout cas, l'action combinée du cône 15 et de la trémie 10 a pour effet de maintenir un écoulement circulaire de la matière autour du cône. On a obtenu ainsi d'excellents résultats au point de vue du maintien à une valeur constante du débit de décharge de la matière à partir de la trémie.
Le volume de la trémie, représentée sur les figures 1 et 2, est compris normalement à peu près entre 0,4 et 17 m3.
Le dispositif, représenté sur les figures 4, 5 et
6, comprend une trémie 22, supportée sur des montants verticaux
23 qui s'étendent à partir d'une plate-forme circulaire 24, Une série de blocs 25, dont chacun comporte un support coudé et incliné 26, sent'fixés sur la face supérieure de la plate-forme 24 et s'étendent autour de celle-ci, Les extrémités supérieures de deux lames-ressorte 27 sont serrées sur chaque support incliné 26 au moyen de deux plaques de serrage 28, Les extrémités infé- rieures de chaque paire de lames-ressorts sont serrées, au moyen de deux autres plaqu.s analogues de serrage 29, sur un autre
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support incliné 30, fixé sur la base 31 de la machine.
Les lames-ressorts 27, qui peuvent être constituée* par une matière élastique appropriée, par exemple par de l'acier ou par un stratifié de fibres de Terre, constituent l'unique support de la plate-forme circulaire 24 et dela trémie 22.
Deux paliers 32 sont montée sur la base 31 et supportent un arbre rotatif d'entraînement 33. Cet arbre est entraîne par une poulie 34 fixée sur lui et entraînée elle- même au moyen d'un moteur 35, entraînant une courroie 36 et monté sur la base 31. Chaque extrémité de l'arbre d'entraînement 33 comporte un prolongement excentré 37 à diamètre réduits sur lequel tourillonne une extrémité d'une bielle 38.L'autre extrémité de chacune des bielles 38 est articulée sur une tige 39, fixée dans deux plaques 40. Chaque paire de plaques 40 est fixée sur un support 41, fixé lui-même sur le dessous de la plate-forme circulaire 24.
Les bialles 38 transforment le mouvement rotatif de l'arbre d'entraînement 33 en un mouvement vibratoire de la plate-forme circulaire 24 et de la trémie 22. Les lames-ressorts 27, qui supportent la plate-forme 24,fléchissent pendant ce mouvement vibratoire et déterminent le trajet de ce mouvement vibratoire de la plate-forme 24 et de la trémie 22. Du fait que , les lames-ressorts 27 sont inclinées par rapport à la verticale, le mouvement communiqué à la plate-forme 24 et à la trémie 22 est un mouvement vibratoire hélicoïdal, analogue au mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie 10 représentée sur les figures 1 et 2.
Ainsi, le fonctionnement du dispositif représente sur la figure 4 est analogue à celui du dispositif représenté sur la figure 2, bien que ce premier dispositif utilise, pour
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produire le mouvement vibratoire hélicoïdal, un mécanisme différent de celui du second dispositif de la figure 2.
Pour réduire le plus possible la transmission des forces vibratoires à un bâtiment, dans lequel est monté le dispositif de la figure 4, on munit la base 31 de supporte de montage 42 reposant sur des blocs flexibles 43 en caoutchouc, qui sont montés eux-mêmes sur de plaques 44, supportées par un plancher en béton ou par une autre fondation*
Le dispositif de la figure 4 comporte un appareil supplémentaire pour faciliter la décharge de la matière. Cet appareil supplémentaire comprend une sorte de bassine 45, qui est fixée sur des manchons 46 entourant les montants 23. Des vis 47 fixent les manchons 46 et la bassine 45 à une hauteur réglable sur les montants 23.
Pour contribuer à guider la matière déchargée à partir de la trémie 22, le fond de la bassine 45 comporte une convexité conique centrale 48, sur laquelle est fixé un montant central 49. Un manchon 51 est fixé à une hauteur réglable sur le montant 49 au moyen d'une vis 50; sur ce manchon est fixé un disque 52, dont le rôle correspond à celui du déflecteur conique 15 représenté sur la figure 2.
La matière déchargée en dehors de la trémie 22 est entraînée vers le haut au moyen d'une étagère 53, qui est sensiblement perpendiculaire à la paroi latérale inclinée de la bassine 45 et qui s'étend en spirale vers le haut à partir du fond de celle-ci. Le mouvement vibratoire hélicoïdal de l'assemblage oblige la matière déchargée en dehors de la trémie 22, à se déplacer en spirale vers le haut le long de l'étagère 53,jusqu'à ce qu'elle s'écoule à travers un couloir de décharge 54 .
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Le disque central 52 contribue, comme le déflecteur conique 15 de'la figure 2, à maintenir la matière en circula- tion dans la partie inférieure de la trémie. Sous l'action du mouvement vibratoire hélicoïdal du disque 52, les particules. reposant sur ce disque, se déplacent en spirale vers l'extérieure dans la direction de la périphérie du disque,
La partie saillante conique 48 du fond de la bassine 45 participe aussi au mouvement vibratoire hélicoïdal et exerce par conséquent une action analogue à celle du déflecteur conique 1$ de la figure 2.
Les particules de la \ matière se déplacent en spirale vers le bas de la surface de la ! ' partie conique 48 et sont ainsi guidées jusquesur l'étagère 53.
Le mouvement vibratoire hélicoïdal de la bassine 45 oblige la matière, se trouvant en dessous de la partie la plus basse de l'étagère en spirale 53, à se déplacer dans levons inverse de celui des aiguilles d'une montre autour de la partie conique '
48, jusqu'à ce qu'elle pénètre dans la partie la plus basse de l'étagère 53.
Puisque les blocs en caoutchouc 43 du dispositif de la figure 4 correspondent, an point de vue du fonctionnement$ aux sacs flexibles 13 en caoutchouc du dispositif de la fig.2, lafréquence naturelle du système, constituée par les blocs flexibles 43 en caoutchouc etpar la masse supportée par ces blocs, est de préférence sensiblement inférieure à la fréquence des vibrations de la trémie 22.
D'autre part, 11 est désirable que la fréquence naturelle du système, constitué par les lames-ressorts 27 et par la masse qu'elles supportent (y compris une charge normale de matière contenue dans la trémie 22), soit la même que la fréquence avec laquelle la trémie 22 vibre quand le moteur 35
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tourne à sa vitesse normale, de façon que le dispositif puisse fonctionner avec une consommation minimale d'énergie.
La trémie 22 vibre d'une manière positive sous l'action des bielles 38, de telle sorte que l'amplitude de ses vibrations est fixe et n'est pas affectée par une variation quelconque de la quantité de matière qu'elle contient.
On a fait fonctionner avec succès un dispositif du type représenté sur la figure 4; dans oe dispositif, la trémie avait un volume de 0,6 m'et ses vibrations s'effectuaient avec une amplitude de 9,5 mm et une fréquence comprise entre 525 et 1 000 cycles/un. On a utilisé ce dispositif pour faire avancer une matière fibreuse à grande teneur en humidité, avec un débit constant qui atteignait 0,14 m3 par minute.
Le débit de décharge de la matière parte couloir 54 reste constant tant que la vitesse du moteur 35 est elle-même constante; on peut faire varier ce débit, pendant le fonctionnement du dispositif, en modifiant la vitesse de rotation du moteur 35. On obtient le rendement maximal, quand la vitesse du moteur.35 en tours/mn est égale à la fréquence naturelle du système constitué par les ressorts 27 et par la masse qu'ils supportent, Même quand la matière est déchargée par le couloir 54 avec un débit relativement faible, la matière, contenue dans la trémie 22, continue à circuler pendant .les vibrations de la trémie et ne se tasse pas dans celle-ci.
La figure 7 représente une variante, dans laquelle la trémie 55,soumise à des vibrations hélicoïdales, constitue le fond d'un réservoir 56 disposé au-dessus. Dans ce cas, la trémie 55 comporte une partie supérieure cylindrique 57, qui se télescope sur l'extrémité inférieure du réservoir 56.
Pour réaliser un joint étanohe à la.poussière, on serre
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l'extrémité inférieure d'un manchen flexible 58, au moyen d'une bande 59, contre l'extérieur de la partie cylindrique 57 et. on serre son extrémité supérieure, au moyen d'une bande analogue 60, contre un rebord 61 formé sur la paroi extérieure du réservoir 56,
Dans le dispositif de la figure 7, la trémie 55 et le réservoir 56 sont remplis avec la matière que l'on veut déplacer vers le bas. Le mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie 55 fait monter une partie 62 de la matière dans l'espaoe compris entre la partie cylindrique 57 et l'extrémité Inférieure du réservoir 56.
La matière entourée par le réservoir 56, n'est pas soumise à l'action du mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie 55, de telle sorte que la surface de la matière 62, entre la partie cylindrique 57 et l'extrémité Inférieure du réservoir 56, peut être considérée comme l'extrémité supérieure d'une colonne de matière remplissant la trémie mobile 55.
Pendant le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 7, l'écoulement de la matière dans la trémie 55 est sensiblement le même que l'écoulement de la matière dans la trémie 10 des figures 1 et 2, et la matière descend constamment du réservoir 56 dans la trémie 55. Ainsi, dans le dispositif de la figure 7, la trémie 55 est maintenue constam- ment pleine de matière.
Dans le dispositif de la figure 7, la matière, descendant à partir du réservoir 56, exerce une certaine pression sur la matière remplissant la trémie 55. Cette pression additionnelle peut provoquer une dépense additionnelle d'énergie pour produire le mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie 55. Il est désirable que le mouvement vibra-
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toire hélicoïdal, communiqué à la trémie 55, possède une amplitude relativement grande et une accélération maximale); dont la composante verticale est plus grande que l'accéléra- tion de la pesanteur, afin d'imprimer un mouvement relative- ment vigoureux à la matière contenue dans la trémie.
Quand le mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie 55 possède une accélération maximale, dont la composante verticale est plus grande que l'accélération de la pesanteur, la trémie 55 est en réalité secouée librement, comme si elle 1 était vide de matière, chaque fois qu'elle inverse rapidement la direction de son mouvement à l'extrémité supérieure de sa course. Cette action est facilitée par le fait que les parois latérales de la trémie 55 sont inclinées, et non 'verticales.
Ces secousses libres de la trémie 55, à l'extré- mité supérieure de chaque course de vibration, permettent à la trémie d'exercer une nouvelle action de préhension sur la matière, à l'extrémité inférieure de chaque course, de telle sorte que le mouvement vibratoire hélicoïdal de la trémie maintient en rotation la matière qu'elle contient.
Une caractéristique Importante du dispositif de la figure 7 réside dans le fait que les parois latérales du récipient, soumis à des vibrations hélicoïdales, présentent une Inclinaison notable à partir de l'extrémité intérieure de la colonne de matière, remplissant le récipients jusqu'à l'extrémité supérieure de cette colonne en 62.
Grâce à cette caractéristique, il est possible d'utiliser la puissance disponible pour donner le mouvement désiré à la masse tout entière de la matière remplissant la trémie 55, Au contraire, le récipient, auquel un mouvement vibratoire helicoïdal est communiqué dans le dispositif du brevet des Etats-Unis
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d'Amérique n 2 827 062 déjà mentionné, est un récipient pris dans la masse et constitué essentiellement par une colonne relativement haute, dont les parois latérales sont verticales. Dans ce dispositif, le mouvement vibratoire hélicoïdal ne produit qu'une rotation réduite ou non progressive de la masse de matière à laquelle il est appliqué.
Dans ledispositif représenté sur la figure 7, le réservoir 56 n'est pas soumis à un mouvement vibratoire, et son diamètre doit être assez grand pour que la matière qu'il contient ne risque pas de former un pont en descendant progressivement sous l'influence de la pesanteur pour renouveler la matière de la trémie 55.
On peut imaginer de nombreux autres modes de réalisation de l'invention pour sarisfaire à des exigences variées.
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Apparatus for advancing a column of material downward at a uniform speed.
The present invention relates to an apparatus for advancing a column of material downward at a uniform speed.
When we use, in manufacturing processes! solids, for example granular or fibrous materials, or small parts, are usually fed from storage chests or hoppers
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to processor * These solids can be supplied by gravity from storage bins or hoppers, but it is necessary that they be supplied at a uniform rate.
Many solids do not flow freely and it is therefore very difficult to deliver them with a uniform flow rate from the hoppers. Material, which does not flow freely, tends to form bridges and settle in a hopper, and then it is often difficult to discharge it from the outlet of the hopper in a form other than that of clumped masses. . On the other hand, finely divided material often forms temporary bridges in a hopper and then emerges abruptly like a liquid through the outlet of the hopper.
Attempts have been made to flow materials with a uniform rate from hoppers, and various arrangements have been devised to vibrate these hoppers, such as, for example, the arrangements shown in the patents of the United States of America t
No. 2,246,497 of June 24, 1941, and No. 3,078,015 of February 19, 1963.
However, there are many materials which cannot be uniformly flowed from a hopper by any simple arrangement known today, and it was necessary in the past to advance these materials at the same time. hand or by means of an expensive device for feeding to the manufacturing devices,
The main object of the present invention is to provide a new device for advancing downward a column of material with a uniform flow rate. Others
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particular objects and advantages of the invention will become apparent at the cost of the following description, with reference to the appended drawing which represents several preferred embodiments of the invention.
The device according to the present invention and intended to advance a column of material downward with a uniform flow rate, uses a helical vibratory movement, which has a vertical component and another component consisting of an oscillation around a vertical axis.
It / is well known to communicate a helical vibratory movement constituted by a helical channel along which the material is made to flow In such a helical conveyor) comprising a helical channel subjected to a helical vibratory movement, the material is projected tangentially in the channel , at the end of each upward helical stroke of the vibratory movement. In this way, any material, contained in the helical channel, is propelled a short distance along the channel, at the end of each upward helical stroke, from such that the helical vibratory movement progressively advances the material along the channel in one direction.
If the helical upstroke is a clockwise movement, 1 material is drawn in this along the helical channel Conversely, if the upward helical stroke is a counterclockwise movement. On a clockwise basis, the material is driven along the helical channel in a counterclockwise direction.
In such a vibrating helical conveyor, the cost of winding the helical channel is usually
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chosen to drive the material upward along the channel. However, in a few cases, the helical channel winds in the opposite direction, so as to advance the material downward, along the helical channel, as seen in Figures 4, 5 and 9 of the United States patent. United States of America No. 2,658,609 of November 10, 1953.
In the use of any such helical conveyor driving the material downwards, however, it is still necessary to feed the material into the helical channel from a box or hopper.
Figure 6 of US Pat. No. 2,658,609 shows a device by means of which a similar helical vibratory motion is imparted to a drum, during the filling thereof with a solid material, for the purpose of packing. lightly to allow the drum to contain a maximum amount * In a device according to the present invention, a column of material is driven downward, with a uniform flow, while it is contained in a container subjected to a helical vibratory movement This container, forming part of the device according to the invention,
In the oven to obtain the best results, it is necessary that.!. the average inclination of the side walls of this container, from the lower end of a column of material filling the container to 'at the upper end of the column of material, is not less than 25 and does not exceed 75 from the vertical.
The main effect of helical vibratory movement! of the container, in a device according to the invention, is
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make it flow. material spiraling upwardly along the inclined side walls of the container. The reason why this spiral upward flow of material occurs along the inclined side walls of the container can be explained as follows. Each time the container reaches the lower end of its helical vibratory stroke, it quickly reverses its motion and begins its upward helical stroke.
The effect of this rapid reversal of movement of the container, at the lower end of its helical vibratory stroke, is to strongly propel in a helical direction, upward, the material on the inclined side walls of the container.
Then, when the container reaches the upper end of its helical vibratory stroke, the material which is on the inclined side walls of the container and which has been propelled in an upward helical direction is actually released or thrown freely from the walls. . inclined sides, while the container completes its upward helical movement and begins its downward helical movement. The particles of material, on the inclined side walls of the container, are thus projected tangentially upwards, at the end of the helical movement of the container upwards.
The general result of these successive upward movements. tangential and tangential particles of material lying on the inclined side walls, movements which occur at the end of successive upward helical movements of the container, is a general spiral flow of material up along the inclined side walls .
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In a device according to the invention, the container, which. is concerned with a helical vibratory movement, has an outlet for discharging the material at the lower end of the column of material contained in the container.
As a result of the discharge of the material from the outlet of the device, at the lower end of the column of
Material contained in the container, a secondary flow of material downward, i.e. green the center of the container and towards its outlet, is superimposed on the primary spiral flow of material up the walls inclined sides of the container.
Thus, although the primary flow of material in a device according to the invention consists of a spiral flow ascending along the inclined side walls of the container subjected to helical vibration, the device has the overall effect of advancing downward with a uniform flow the column of material contained in the container, because a secondary flow of the material is produced downward, i.e. towards the center of the container, by the presence of the outlet opening located at the lower end of the column of material contained in the receptacle.
The primary spiral stream of material, rising along the inclined side walls of the container, in a device according to the invention, plays a very important role, because it constantly tends to expand the peripheral layers! ' material on the sides of the container, since these layers are subjected to the action of the helical vibratory movement of the container.
This constant spiraling movement and expansion of the peripheral layers of the material contained in the container
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prevent the material from settling or jamming, particularly at the bottom of the container, where a jamming would probably occur in the absence of this spiral movement. shape in the container post, because the spiraling movement of material on the inclined side walls of the container would cause the foundation of any such bridge to collapse,
The systematic circulation, which has just been described, and which occurs in a column of material contained in a device in accordance with the invention, prevents any agglomeration of the material and forces it to discharge with a uniform flow,
from the outlet located at the lower end of the material column. The final result obtained is the movement of the maceration column downwards, with a uniform flow.
The circulation thus produced for the material in a device according to the invention is quite different from the movement imparted to the material in known vibrating hoppers, as for example in the vibrating conical hopper shown in U.S. Patent No. 2,246,497. mentioned above. The vibration of the conical hopper, shown in U.S. Patent No. 2,246,497, simply causes the material in the hopper to gradually settle toward the outlet opening at the bottom of the hopper.
As the material settles in the vibrating conical hopper according to this patent, it tends to compress, since the width of the hopper decreases towards the bottom of it.
Thus, operational disturbances occur due to material getting stuck at the bottom of the vibrating conical hopper shown in U.S. Patent No. 2,246,497.
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already mentioned. Other vibrating hoppers have been constructed with vertical side walls, such as for example the cille shown in US Pat. No. 3,078,015 already mentioned, but they have not solved the problem of discharging the material without blocking. from a relatively small outlet opening.
This problem is solved by the device according to the present invention, since this device uses a container, which tapers towards an outlet opening, formed at the bottom, and which creates a primary spiral flow of the material up the side walls. inclined from the container,
US Pat. No. 2,827,062, March 18, 1958, discloses a helical conveyor, which is subjected to helical vibratory motion and which includes a central feed container participating in this helical vibratory motion. However, the central supply vessel, shown in US Pat. No. 2,827,062, is essentially in the form of a long vertical pipe.
Despite the helical vibratory movement of this long vertical pipe, the material receives only a weak or non-progressive rotational movement with respect to the pipe, in particular in the case of a material that does not flow freely and that concerns precisely the present invention.
In fact, the movement of material in the central feed container shown in US Patent No. 2,827,062 consists essentially of a gradual deposition of material, as in known vibrating hoppers.
On the attached drawing t
Figure 1 shows a plan of a preferred embodiment of the device of the present invention,
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Figure 2 is an elevational view of the device shown in Figure 1.
Fig. 3 is a graph showing the motion which can be imparted to a particle of matter in the device.
FIG. 4 represents in perspective another embodiment of the device of the invention.
Figure 5 shows in plan the base of the device shown in Figure 4.
Figure 6 is a partial elevational view on a reduced scale and in partial section, of the device shown in Figure 4.
Figure 7 is a partial vertical section of another embodiment *
The appended drawing and the description which will follow are only examples and in no way limit the scope of the invention.
The device shown in Figures 1 and 2 comprises a hopper 10, in the form of a truncated cone and comprising four mounting consoles 11. Each console 11 is mounted on a fixed support 12 by means of a flexible rubber bag 13, containing air and liquid under pressure. These flexible rubber bags elastically support the hopper and give it a limited degree of freedom in all directions.
It is possible to use, in place of the flexible rubber bags 13, some other type of arrangement which allows the hopper a limited degree of freedom. One can for example suspend or support the hopper on springs. The rubber bags 13 are advantageous, because
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that they provide an insulating and damping action which minimizes the transmission of vibratory forces to a building or other structure containing the hopper.
The hopper, shown in Figure 2, has at its lower end a short cylindrical part 14, which is open at its bottom to allow discharge of the material. In order to allow the flow rate of the material to be adjusted outside the hopper, a conical deflector 15 is mounted on a threaded rod 16, which passes through a U-shaped support 17, fixed on the cylindrical part 14 , and which is fixed on this support in an adjustable manner.
The frustoconical hopper 10 constitutes a preferred embodiment of the movable container, which should contain a column of material entrained downward (however, movable containers of another type can be used. In any case, the side walls of the movable container converge towards the bar and towards the interior.
It is not necessary that the side walls of the movable container have a uniform inclination, / in the hopper shown in Fig. 21 they may instead have a variable inclination, as for example those of the hoppers described in the US patent. United States of America No. 3,071,297 of January 1, 1963.
In a device according to the present invention, the mobile container is provided with a mechanism intended to give it a helical vibratory movement, comprising a vertical component and another component consisting of an oscillating movement of the container around its vertical axis. In the device shown in Figures 1 and 2, this mechanism comprises two electric motors 18, which are fixed on the
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opposite sides of the hopper 10, and each of which is enclosed in a hermetic casing 19. The shaft 20 of each of the two motors 18 is loaded eccentrically, at its two ends, by two masses 21, fixed on this shaft.
The motors 18 rotate in the same direction; they are driven for example both clockwise (if you look at them from above). As soon as the motors 18 have started, they lock each other in synchronism, so that all the masses 21 are in phase, that is to say that they are all directed inwards, that is to say. say towards the vertical axis of the hopper, at the same instant, and that they are all directed outwards, on the side opposite to the vertical axis of the hopper, at the same instant. The masses 21 being thus in phase, they produce during each complete revolution of the shafts 20, firstly a torque tending to rotate the hopper in a first mens * then another torque tending to rotate the hopper in the opposite direction.
Thus, during each complete revolution of the shafts 20 of the motors, the hopper 10 performs a complete oscillation on its vertical axis.
The shafts 20 of the motors are inclined at equal and opposite angles with respect to a plane passing through the vertical axis of the hopper and through the midpoints of the two motor shafts, Because of this inclination of the motor shafts, each rotation complete of these shafts not only produces a complete oscillation of the hopper, around its vertical axis, but also a complete vertical reciprocating stroke of the hopper.
The result of this combination of an oscillating movement and an alternating vertical movement of the hopper is a helical vibratory movement of the latter,
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It is possible to use, instead of the mechanism shown in FIGS. 1 and 2, any other desired mechanism, to give a helical vibratory movement to the movable container of the device according to the invention. Other various and known mechanisms can communicate such a movement and are moreover used to drive conveyors with helical vibrating movement.
In order for the flexible rubber bags 13 to be able to perform their function of reducing as much as possible the transmission of vibratory forces to the supporting foundation of the device, it is preferable that the natural frequency of the system, consisting of the flexible bags 13 rubber and by the mass that these bags support, is significantly less than the frequency with which the hopper 10 vibrates under the action of the motors 18.
Figure 3 shows how a particle, resting on the inclined side wall of the hopper 10, is propelled during the upward helical movement of the hopper. The PL-PR line represents the path of the vibratory movement of a point, located on the lateral, interior and inclined pardi of the hopper 10.
Although the path of the vibratory movement is actually helical, this path is shown in Figure 3 in projection on a vertical plane, so that it appears as a straight line in this figure,
Since a point of the inclined side wall of the hopper 10 moves on the PL-PR path from left to right, during the vibratory movement of the hopper, a particle of material, resting at that point on the side wall of the hopper, tends to move on the same path.
However, when the hopper approaches the upper end of the
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we move; vibratory, its upward movement is subject to deceleration, If the deceleration of movement.
. of the green hopper upwards is quite large, compared to the downward acceleration imposed by gravity of a particle resting on the side wall of the hopper, the latter.
Does not stop so rapidly, at the upper extremity of its vibratory movement, that the force of gravity, acting on the particle, cannot maintain it in contact with the side wall of the hopper, and the particle becomes actually a projectile moving on a trajectory such as that indicated at T in figure 3.
Although the PL-PR path of vibratory movement. or in reality a helical path, the path T is tangential, in the sense that it is in a vertical plane tangent to the helix PL-PR at point PI (point where the particle leaves the surface of the inclined side wall of hopper during the upward helical movement).
Fig. 3 is a vector graph in which the vector d represents the deceleration of the hopper at the instant: when a point on the side wall of the hopper is in the position PI. This vector d can be decomposed into a vertical component dv and a horizontal component dh.
The inertia of a particle of matter, resting at PI on the side wall of the hopper, tends to keep the particle moving in a straight line in the direction and with the speed of the particle's displacement at point PI. Thus, the horizontal component dh is the component of the detection d, which allows the inertia of the particle to slide it forward along the side wall of the hopper, while the component vertical dv is the
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component of the deceleration d, which allows the inertia of v j the particle to lift it away from the side wall of the hopper.
In the case shown in figure 3, the vertical component dv of the deceleration d of the hopper, at the instant when the particle is in the position PI, is equal to the acceleration g produced downwards by gravity on the particle In other words, d sinx is equal to g. Thus, the pressure exerted by the particle against the side wall of the hopper is zero in the PI position. Then, when the hopper continues to move upward in its vibratory movement, its deceleration increases until the moment when it reaches a maximum value, when the hopper reaches the upper end of its stroke.
Therefore, when the particle has passed the PI position, the acceleration produced downward by gravity does not cause the particle to remain in contact with the side wall of the hopper.
In the case shown in Figure 3, the conditions are such that the particle, after having passed the position PI, moves along the trajectory T and the impact of the particle on the side wall of the hopper, in the position QL, occurs at the instant when the hopper, in the QL position, occurs at the instant when the hopper reaches the lower end of its reverse movement.
Immediately after the particle hits the side wall of the hopper, in the QL position, it remains on that side wall, while the hopper performs the initial part of its next upward motion, and is subjected to forces analogous to those to which it was subjected during the preceding race, so that it follows a route
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indicated in figure 3 and similar to the path that it followed previously from the position PL to the position
QL. In the case shown in Figure 3, it is assumed that there is neither rebound nor sliding of the particle on the side wall of the hopper.
The vertical component of the maximum deceleration, which is reached at the instant when. the hopper reaches the upper end of its stroke, can be calculated in cm / sec / sec from the expression dvmax = 19.74 f2. sv where f is the vibration frequency in cycles per second and sv is the vertical component in cm of the stroke (equal for example to PL-F sinx)
The preceding explanation of the vector graph shown in Figure 3 shows that a particle, resting on the side wall of the hopper, does not leave this wall during the vibratory movement of the hopper upward, unless dvmax is greater than g.
Moreover, it is not necessary for a particle, resting on the side wall of the hopper, to actually leave this wall, when the hopper approaches the upper end of its vibratory movement, because the particles , resting on the side wall of the hopper, slide when the deceleration of the hopper approaches its maximum value, near the upper end of its vibratory movement. This slippage occurs as the hopper approaches the upper end of its vibratory motion, because the inertia of the particles tends to keep them moving at a constant speed.
As the hopper approaches the upper end of its vibratory movement, its speed decays
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rapidly, and the particles tend to maintain their speed and direction of travel, and therefore slide forward, during deceleration of the movement of the hopper.
It should also be noted that the deceleration of the hopper, when it approaches the upper end of its stroke, tends to counterbalance the gravity and consequently to reduce the pressure of the particles against the side wall of the hopper, decreasing thus friction and allowing particles to slide forward along the side wall of the hopper.
On the other hand, during the second half of the downward stroke of the hopper, the deceleration thereof takes place in the opposite direction and consequently increases the pressure exerted by the weight of the particles against the side wall of the hopper. Thus, particles which can slide forward near the end of the upstroke of the hopper are held tightly against the side wall of the hopper near the lower end of the hopper. , and cannot slide backwards under the action of the forces to which they are subjected at that moment.
Sliding of the particles forwards to which they are subjected on the side wall of the hopper, in the vicinity of the end of the upstroke, is allowed, while the sliding backward is prevented, in the vicinity of the end. lower stroke, and it is achieved even when the hopper deceleration is not large enough to allow particles to move through the air on a path such as the T path shown in Figure 3.
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For best results, the x angle should be at least 5. The preferred margin for this angle x is between 10 and 30. However, this angle x can reach 40, and in some cases even 80. In any case, the angle x is an acute angle.
The frequency of the vibrations of the hopper preferably does not exceed 2000 cycles per minute, that is
1 say 33 3 cycles per second. Once the vibration frequency and angle x have been established, the length of stroke necessary to achieve the desired maximum acceleration can be determined by the mathematical expression given above. The desired length of stroke can be obtained by easily varying the dimensions and eccentricity of the masses 21. However, to produce the desired helical vibratory motion, the four masses 21 must have all the dimensions and the same eccentricity.
For best results, in the practical implementation of the invention, it is desirable that the vertical component of the maximum acceleration of the hopper be at least as large as the acceleration of gravity, which is equal to normally around 981 cm / sec. / sec. The stroke length necessary to achieve a given maximum acceleration of the hopper increases as the frequency of the vibrations decreases.
The hopper of a device according to the invention preferably vibrates at a relatively low frequency, with a relatively long stroke. This stroke, measured on the upper edge of the hopper, is between 4.8 mm and 25.4 mm. For example, the hopper can vibrate with a stroke of 9.5mm, at a frequency that can rise
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up to 1200 cycles per minute and can drop down to 400 cycles per minute. With electric motors * running at a speed of 900 rpm, the stroke is preferably between 4.8 mm, 6.35 mm
The primary effect of the helical vibratory movement of the.
Hopper 10, the movement shown in Figure 3, is to produce a generally spiral flow of material upward over the inclined side walls of the hopper. This spiraling flow of material over the sloping side walls of the hopper tends to raise the level of the material near the side walls substantially above the level of the material in the central part of the hopper. 10, as shown by the dotted line in Fig. 2. At the same time * the level of the material in the central part * of the hopper is further lowered by the discharge of the material at the bottom of the hopper.
This discharge of the material superimposes on the primary spiral flow on the side walls of the hopper a secondary downward flow of the material towards the center of the hopper.
The flow of material produced in accordance with the present invention by the superposition of a downward secondary stream to the spiral upward primary stream is of a unique type, indicated by arrows in Figure 1;
this combined stream is unprecedented in the art of transporting solids or discharging solids from a hopper. This unique current, produced in accordance with the invention, can be considered as an Induced vortex current The induced vortex, produced by the device in accordance with
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the invention, resembles the natural vortex which often occurs spontaneously in a liquid tank, when the liquid is discharged by gravity through an outlet opening, However, such a natural vortex does not occur spontaneously in a solid, discharged by gravity through an outlet, The formation of a vortex in a liquid,
discharged through an outlet, is disadvantageous in that it actually delays the discharge of the liquid. On the contrary, the induced vortex, produced in the practical implementation of the invention, is extremely advantageous, since it makes it possible to achieve with a uniform flow the movement of different materials, which it was difficult until now to move and which it was impossible to move with a uniform flow. As explained above, the vortex movement, generated in the device according to the invention, makes it possible to unload a material by gravity, regularly and quickly, without this material settling, jamming, forming bridges. agglomerate.
Materials which can be successfully moved by the present invention particularly include sticky materials, which tend to be. Putty-like plastics, clay, wet sand chips, fibers and relatively long rods.
The induced swirl movement of the material, in a device confirming the invention, has another advantage owing to the fact that it exerts a very effective cleaning action and that the device therefore cleans itself automatically.
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To control the rate of flow of the material, through the outlet of the container of the device of the invention, any desired type of valve or distributor can be used. However, it is preferable to use a Conical central baffle, like that shown in Figure 2. This conical central baffle 15 helps keep material circulating in the lower portion of hopper 10. The helical vibratory movement of cone 15 tends to induce a spiral flow of the resting material. on this cone, but, in this case, the spir al flow, induced by the helical vibratory movement, is a downward flow and not an upward flow on the inclined surface of the cone.
In any case, the combined action of the cone 15 and the hopper 10 has the effect of maintaining a circular flow of the material around the cone. Excellent results have thus been obtained from the point of view of maintaining a constant value of the discharge rate of the material from the hopper.
The volume of the hopper, shown in Figures 1 and 2, is normally approximately between 0.4 and 17 m3.
The device, shown in Figures 4, 5 and
6, includes a hopper 22, supported on vertical posts
23 which extend from a circular platform 24, A series of blocks 25, each of which has an angled and inclined support 26, attached to the upper face of the platform 24 and extend around thereof, The upper ends of two leaf springs 27 are clamped on each inclined support 26 by means of two clamping plates 28, The lower ends of each pair of leaf springs are clamped by means of two other analogous clamping plates 29, on another
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inclined support 30, fixed on the base 31 of the machine.
The leaf springs 27, which may be made of a suitable resilient material, for example steel or a laminate of earth fibers, constitute the sole support of the circular platform 24 and of the hopper 22.
Two bearings 32 are mounted on the base 31 and support a rotary drive shaft 33. This shaft is driven by a pulley 34 fixed to it and itself driven by means of a motor 35, driving a belt 36 and mounted on it. the base 31. Each end of the drive shaft 33 comprises an eccentric extension 37 of reduced diameter on which one end of a connecting rod 38 is journaled. The other end of each of the connecting rods 38 is articulated on a rod 39, fixed in two plates 40. Each pair of plates 40 is fixed on a support 41, itself fixed on the underside of the circular platform 24.
The connecting rods 38 transform the rotary motion of the drive shaft 33 into a vibratory motion of the circular platform 24 and the hopper 22. The leaf springs 27, which support the platform 24, flex during this movement. vibratory and determine the path of this vibratory movement of the platform 24 and of the hopper 22. Because the leaf springs 27 are inclined relative to the vertical, the movement communicated to the platform 24 and to the hopper 22 is a helical vibratory movement, analogous to the helical vibratory movement of hopper 10 shown in Figures 1 and 2.
Thus, the operation of the device shown in Figure 4 is analogous to that of the device shown in Figure 2, although this first device uses, for
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produce the helical vibratory movement, a mechanism different from that of the second device in figure 2.
To reduce as much as possible the transmission of vibratory forces to a building, in which the device of FIG. 4 is mounted, the base 31 is provided with a mounting support 42 resting on flexible rubber blocks 43, which are themselves mounted. on plates 44, supported by a concrete floor or other foundation *
The device of FIG. 4 has an additional apparatus to facilitate the discharge of the material. This additional apparatus comprises a kind of basin 45, which is fixed on sleeves 46 surrounding the uprights 23. Screws 47 fix the sleeves 46 and the basin 45 at an adjustable height on the uprights 23.
To help guide the material discharged from the hopper 22, the bottom of the basin 45 has a central conical convexity 48, on which is fixed a central post 49. A sleeve 51 is fixed at an adjustable height on the post 49 at the bottom. by means of a screw 50; on this sleeve is fixed a disc 52, the role of which corresponds to that of the conical deflector 15 shown in FIG. 2.
The material discharged out of the hopper 22 is entrained upwards by means of a shelf 53, which is substantially perpendicular to the inclined side wall of the basin 45 and which extends spirally upward from the bottom of the tank. this one. The helical vibratory movement of the assembly forces the material discharged outside of hopper 22 to spiral upwardly along shelf 53 until it flows through a corridor of discharge 54.
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The central disc 52 helps, like the conical deflector 15 of Figure 2, to keep the material circulating in the lower part of the hopper. Under the action of the helical vibratory movement of the disc 52, the particles. resting on this disc, move in an outward spiral in the direction of the periphery of the disc,
The conical protruding part 48 of the bottom of the basin 45 also participates in the helical vibratory movement and consequently exerts an action similar to that of the conical deflector 1 $ of FIG. 2.
The particles of matter move in a spiral downward from the surface of the! 'conical part 48 and are thus guided to the shelf 53.
The helical vibratory movement of the basin 45 forces the material, lying below the lowest part of the spiral shelf 53, to move in a counterclockwise direction around the conical part.
48, until it enters the lowest part of shelf 53.
Since the rubber blocks 43 of the device of FIG. 4 correspond, in terms of operation, to the flexible rubber bags 13 of the device of FIG. 2, the natural frequency of the system, constituted by the flexible rubber blocks 43 and by the mass supported by these blocks is preferably substantially less than the frequency of vibrations of the hopper 22.
On the other hand, it is desirable that the natural frequency of the system, constituted by the leaf springs 27 and by the mass which they support (including a normal load of material contained in the hopper 22), be the same as the frequency with which the hopper 22 vibrates when the motor 35
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runs at its normal speed, so that the device can operate with minimum energy consumption.
The hopper 22 vibrates in a positive manner under the action of the connecting rods 38, so that the amplitude of its vibrations is fixed and is not affected by any variation in the amount of material it contains.
A device of the type shown in Fig. 4 has been successfully operated; in this device, the hopper had a volume of 0.6 m and its vibrations were carried out with an amplitude of 9.5 mm and a frequency between 525 and 1000 cycles / un. This device was used to advance high moisture fiber material with a constant rate of up to 0.14 m 3 per minute.
The discharge rate of the material from the passage 54 remains constant as long as the speed of the motor 35 is itself constant; this flow rate can be varied, during operation of the device, by modifying the speed of rotation of the motor 35. The maximum efficiency is obtained when the speed of the motor. 35 in revolutions / min is equal to the natural frequency of the system constituted by the springs 27 and by the mass which they support, Even when the material is discharged through the passage 54 with a relatively low flow rate, the material contained in the hopper 22 continues to circulate during the vibrations of the hopper and is not cup not in this one.
FIG. 7 represents a variant, in which the hopper 55, subjected to helical vibrations, constitutes the bottom of a reservoir 56 disposed above. In this case, the hopper 55 has a cylindrical upper part 57, which telescopes on the lower end of the tank 56.
To achieve a dust seal, we tighten
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the lower end of a flexible sleeve 58, by means of a strip 59, against the outside of the cylindrical part 57 and. its upper end is clamped, by means of a similar strip 60, against a rim 61 formed on the outer wall of the reservoir 56,
In the device of FIG. 7, the hopper 55 and the reservoir 56 are filled with the material which is to be moved downwards. The helical vibratory movement of the hopper 55 causes a part 62 of the material to rise in the space between the cylindrical part 57 and the lower end of the reservoir 56.
The material surrounded by the reservoir 56, is not subjected to the action of the helical vibratory movement of the hopper 55, so that the surface of the material 62, between the cylindrical part 57 and the lower end of the reservoir 56 , can be considered as the upper end of a column of material filling the mobile hopper 55.
During the operation of the device shown in Figure 7, the flow of material in hopper 55 is substantially the same as the flow of material in hopper 10 of Figures 1 and 2, and material constantly descends from tank 56 in the hopper 55. Thus, in the device of FIG. 7, the hopper 55 is kept constantly full of material.
In the device of figure 7, the material, descending from the reservoir 56, exerts a certain pressure on the material filling the hopper 55. This additional pressure can cause an additional expenditure of energy to produce the helical vibratory movement of the hopper. 55. It is desirable that the vibrating movement
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helical roof, communicated to the hopper 55, has a relatively large amplitude and a maximum acceleration); the vertical component of which is greater than the acceleration of gravity, in order to impart a relatively vigorous movement to the material contained in the hopper.
When the helical vibratory movement of the hopper 55 has a maximum acceleration, the vertical component of which is greater than the acceleration of gravity, the hopper 55 is actually shaken freely, as if it were empty of material, whenever 'she quickly reverses the direction of her movement at the upper end of her stroke. This action is facilitated by the fact that the side walls of the hopper 55 are inclined, and not vertical.
These free jerks of the hopper 55, at the upper end of each vibration stroke, allow the hopper to exert a new gripping action on the material at the lower end of each stroke, so that the helical vibratory movement of the hopper keeps the material it contains rotating.
An important feature of the device of figure 7 is that the side walls of the container, subjected to helical vibrations, present a notable inclination from the inner end of the column of material, filling the container up to the upper end of this column at 62.
Thanks to this feature, it is possible to use the available power to give the desired movement to the entire mass of the material filling the hopper 55, on the contrary, the container, to which a helical vibratory movement is communicated in the device of the patent the United States
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America No. 2,827,062 already mentioned, is a container taken in the mass and consisting essentially of a relatively high column, the side walls of which are vertical. In this device, the helical vibratory movement produces only a reduced or non-progressive rotation of the mass of material to which it is applied.
In the device shown in Figure 7, the reservoir 56 is not subjected to a vibratory movement, and its diameter must be large enough so that the material it contains does not risk forming a bridge while descending gradually under the influence. of gravity to renew the material of the hopper 55.
One can imagine many other embodiments of the invention to meet various requirements.