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BREVET BELGE
EMI1.1
Broyeurs de pulv8I'isé;..cicr à r()LÁ1u;{ à CZS;:j;: u..vOI'1.tT.1 51+ BEVLT D'INVENTION
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La présente invention est relative à la pulvérisa- tion de matière particulaire dans des broyeurs du type à rou- leaux et vise, à la fois, à augmenter le rendement de la pul- vérisation, c'est-à-dire,à augmenter le taux de séparation de la matière particulaire pour la diviser plus finement, compte tenu de la consommation d'énergie du broyeur, ainsi qu'à per- mettre une pulvérisation plus fine que celle que l'on pouvait réaliser avec des broyeurs à boulets ou à rouleaux ordinaires.
On connait des broyeurs de pulvérisation présen- tant une chambre de broyage dotée d'un paroi formée par une surface de révolution et un certain nombre de masses de broya- ge formant des rouleaux constitués de disques agencés en piles et s'étendant dans le sens longitudinal de la chambre pour suivre des trajectoires circulaires sur la surface interne de la paroi, ces masses ayant une certaine liberté àe mouvement sur une certaine distance, radialement vers l'intérieur de la paroi. Le brevet allemand n 848.151 de Guido Wenzel révèle, par exemple, une telle structure. Cependant, avec un broyeur de ce type, le matériau à pulvériser tombe simplement d'une conduite d'alimentation dans une auge qui tourne en entraînant le support des rouleaux de broyage précités.
Il n'y a aucun courant positif de fluide qui achemine le matériau dans la chambre sous la forme d'un tourbillon, ce qui donne au pro- cédé de la présente invention ses avantages, comme décrit ci- dessous.
Conformément aux principes de la présente invention, le perfectionnement est réalisé en combinant les actions d'un'
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broyeur à rouleaux centrifuge conçu d'une manière convenable avec l'action de balayage d'un fluide véhiculaire qui transporte la matière particulaire à pulvériser d'une extrémité du broyeur à l'autre, de telle manière que cette matière particulaire soit, dans une certaine mesure, classée automatiquement au cours de sa pulvérisation. Conformément à ces principes, des parti- cules de dimensions analogues sont soumises à des pressions intenssqui sont le fait de surfaces coopérantes qui roulent l'une sur l'autre. Ces pressions intenses scindent les particules en particules de calibre plus faible.
Ces particu- les de calibre plus faible sont alors transportées sous l'ef- fet du balayage établi par le fluide véhiculaire vers d'autres surfaces coopérantes qui roulent l'une sur l'autre et qui scindent à nouveau les particules en particules encore plus petites. Ce processus est répété par autant de surfaces coopérantes supplémentaires roulant l'une sur l'autre qu'on le désire pour produire le deré de pulvérisation désiré du produit final.
Le matériau à pulvériser, qui se trouve déjà sous la forme particulaire ou divisée, peut être acheminé dans un courant d'air, un courant de gaz neutre ou inerte, ou dans un courant de liquide, ou même dans une écume de bulles de gaz dispersées dans un liquide.
La présente invention vise un procédé permettant de pulvériser une matière particulaire à l'aide d'un broyeur présentant une chambre de broyage dotée d'une paroi formée par une surface de révolution et un certain nombre de masses de broyage formant des rouleaux constitués de disques agencés en piles s'étendant longitudinalement à la chambre pour suivre des trajectoires circulaires sur la surface interne de la paroi précitée, ces masses ayant une certaine liberté de
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mouvement sur une certaine distance radialement vers l'inté- rieur de la paroi, ce procédé étant caractérisé en ce que la matière particulière est introduite à une extrémité de la d'un chambre,
puis gagne l'autre extrémité de cette dernièressouslaction tourbillon de fluide véhiculaire de telle manière qu'un courant de fluide chargé de particules suive une trajectoire hélicoïdale le long de la paroi et que les rouleaux de broyage interceptent cette trajectoire hélicoïdale du courant de fluide chargé de particules, l'écoulement de masse, la vitesse de l'écoulement et les directions instantanées d'écoulement du tourbillon de fluide véhiculaire étant proportionnésà l'écoulement de masse moyen et au calibre/initial de la matière particulaire de telle sorte que les particules de matériau, au fur et à mesure qu'elles sont pulvérisées par broyage entre les rouleaux de broyage et la paroi de la chambre, soient séparées,
les particules les plus finement pulvérisées tendant à se déplacer plus rapide- ment dans la direction parallèle à l'axe de la chambre de broyage que les particules moins finement pulvérisées, les dimensions des éléments roulants coopérants, leurs vitesses re- laaves de l'un parrapport à l'autre ainsi. que par rapport la au fluide chargé de particules,étant proportionnées pour maintenir t séparation des particules au fur et à mesure que celles-ci sont pulvérisées et s'assurer que les particules pulvérisées dans des trajectoires de roulement individuelles espacées dans la direction à l'axe de la chambre de broyage tendent à présen- ter une dimension moyenne similaire.
Dans une première forme de réalisation d'un broyeur à rouleaux qui réalise le classage automatique qui constitue le principe de la présente invention, les masses de broyage sont amenées à suivre une trajectoire orbital'e autour de l'axe
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central du broyeur par un dispositif giratoire, les masses étant soumisesà une rotation lorsqu'elles suivent cette tra- jectoire orbitale par contact de friction avec la périphérie interne d'une chambre de broyage immobile et sensiblement cy- lindrique ou, plus exactement, par contact avec la matière particulaire qui garnit la périphérie interr.e de la char..bre de broyage cylindrique, scindant et pulvérisant en même ten.ps la matière partiaulaire, du fait de la pression de broyage dérivant des fcrces centrifuges agissant sur les masses,
tandis que ces dernières interceptent la matière particulaire qui garnit la périphérie interne immobile de la chambre de broyage. Dans une forme de réalisation de ce type, le courant de fluide véhiculaire,acheminant la matière particulaire à pulvériser, est introduite une extrémité de la chambre de broyage immo- bile dans une direction qui est sensiblement tangentielle à la périphérie interne de la chambre. Cela a pour effet de donner au courant de fluide véhiculaire un mouvement tourbil- lonnant qui tend à projeter la matière particulaire que le courant transporte en contact avec la périphérie interne de lachambre de broyage immobile. Le mouvement tourbillonnant ainsi créé est maintenu par l'impulsion du dispositif giratoire et des rouleaux de broyage.
La matière particulaire est maintenue proche des parois de la chambre de broyage immobile uniquement aussi longtemps qu'elle continue à tourner en tour- billon et elle est en même temps soumise au déplacement axial du fluide véhiculaire qui se meut, selon des trajectoires hélicoïdales, d'une extrémité de broyeur à. l'autre, du fait de la différence àe pression existant entre l'entrée et la sortie du broyeur.
En général, les particules les plus fine- ment divisées présentent une surface spécifique plus importante
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au courant véhiculaire, du fait de leur masse, que les particu- les moins finement divisées et, comme les forces de centrifu- gation et de frottement tendant à retenir les particules sur la périphérie interne de la chambre de broyage, sont simi- laires, que les particules aient un calibre important ou faible, les particules les plus finement divisées seront plus aisément balayées le long du broyeur dans la direction axiale que les particules de calibre plus important.
Un dassage automatique se réalise donc, qui élimine les particules déjà polvérisées d'une trajectoire d'interception par les rouleaux de brreyage pour leur faire gagner d'autres trajectoires qui s'étende!..;:, encore le long du broyeur (dans le sens axial) et tend à pao- mouvoir un effet tel que les particules de calibre similaire soient pulvérisées conjointement dans n'importe quelle trajec- toire de broyage donnée dans le broyeur.
Si les rouleaux de broyage sont constitués de piles de disques co-axiaux, chaque disque étant libre de se déplacer radialement par rapport à l'axe central du broyeur, les groupes de particules classés (chaque groupe contenant des particules de calibre moyen dif- férent de celles contenues dans un autre groupe) auront ten- dance à se répartir sous l'action des disques individuels dans les trajectoires des rouleaux de broyage individuelles espacées le long de l'axe du broyeur.
Le rendement d'un broyeur conçu selon des prin- cipes qui promouvoient le classage automatique, qui est l'es- sence de la présente invention,est amélioré en ce sens que la pulvérisation de particules de grandes dimensions se trouvant dans une trajectoire de broyage progresse indépendamment,mais simultanément vis-à-vis de la pulvérisation des particules de calibre plus petit se trouvant dans d'autres trajectoires de broyage s'étendant également le long du broyeur.
Ce principe
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est à la base d'une scission efficace des particules de calibre similaire qui se trouvent dans chaque trajectoire de broyage individuelle (en raison des très fortes pressions de broyage résultant de la multiplication centrifuge des Masses de disques individuels qui roulent sur la matirère) et évite une attrition par glissement d'une particule sur l'autre, et plus particulièrement, d'une particule sur la paroi de la chambre de broyage ou d'une particule sur la périphérie des rouleaux de broyage ou sur la pile de disques.
Le fait d'évi- ter ce glissement qui provoque une trition réduit la produc- tion de chaleur par frottement, qui impliquerait une énergie supplémentaire pour entraîner le broyeur et, en même temps, réduit l'usure non nécessaire sur les surfaces coopérantes des éléments de broyage du broyeur.
Le classage automatique décrit ci-dessus est réalisé plus efficacement dans une forme de réalisation préférée de rouleaux de broyage, dans laquelle la chambre de broyage, ou plutôt une série de chambres de broyage, tournent en marne temps que les rouleaux de broyage.
Dans cette forme de réalisation, outre le fait que le classage automatique est plus efficace, la vitesse à laquelle le matériau peut être passé à travers uh broyeur de taille donnée et est pulvérisé au degré de finesse désiré, est supérieure à celle établie dans un broyeur de ca- libre similaire doté d'une chambre de broyage mobile unique, de fait que le nombre de trajectoires de broyage est accru et, même les forces de broyage peuvent être aussi gran- des,sinon supérieures,du fait des vitesses giratoires supé- rieures et des forces centrifuges qui agissent sur les rou- !eaux de broyage (c'est-à-dir sur les disques coaxiaux empilés).
Dans cette forme de réalisation préférée, une série de cham- bres de broyage sensiblement cylindriques est amenée à suivre
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une trajectoire orbitale autour de l'axe central du broyeur sous l'action d'un dispositif giratoire les chambres de broyage étant elles-mêmes soumises à une rotation lorsqu'elles suivent cette trajectoire orbitale par contact de frottement avec la périphérie interne d'anneaux fixes disposés à l'inté- rieur du corps immobile du broyeur. A l'intérieur de chaque chambre de broyage, se trouvent des rouleaux de broyage libres- qui seront, de préférence, constitués de disques coaxiaux séparés dont le diamètre est plus faible que le diamètre inter- de ne des chambras de broyage.
Ces rouleaux/broyage seront soumis à une rotation, dans le même sens que les chambres de broyage, par contact de frottement avec la matière particulaire qui garnit les périphéries internes des chambres de broyage et scindront et pulvériseront la matière particulaire du fait des forces centrifuges établies par leur mouvement orbital autour de l'axe central du broyeur, de la même façon que précédemment, Dans cette forme de réalisation, le courant de fluide véhicu- laire acheminant la matière particulaire à pulvériser peut être introduite dans le broyeur par un conduit dirigé le long de l'axe central de ce dernier, ce conduit tournant avec le dispositif giratoire qui entre,--ne les chambres de broyage (et les rouleaux de broyage que ces dern:
ères con- tiennent) pour leur paire suivre une trajectoire orbitale autour de l'axe central du broyeur. Le conduit se ramifie en tuyaux, c'est-à-dire, en conduits plus petits disposes radi- alement, chacun de ces tuyaux menant à une extrémité de chaque chambre de broyage, ces conduits de petite dimension fermant en fait les canaux d'une roue centrifuge et communiquant à la fois un mouvement radial et tangertiel; vis-à-vis de l'axe cen- tral du broyeur à la matière rarticulaire lorsqu'elle quitte les conduits ou canaux.
Ce mouvement radial et tangentiel
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combiné a pour effet de transporter la matière particulaire @ contre certaines parties des périphéries internes des chambres de broyage qui sont, momentanément, éloignées de l'axe central du broyeur. Lorsducontact avec les périphéries internes rota- tives des chambres de broyage, les forces de frottement ten- dent à entraîner la matière particulaire en même temps que les périphéries internes rotatives des chambres de broyage.
La-matière particulaire est,de ce fait,soumise à une série complexe de mouvements dans l'espace. Les composantes du mouvement tangentiel à la surface des chambres de broyage ont tendance à maintenir la matière particulaire contre les périphéries internes des chambres tournantes sous l'action de la force centrifuge du mouvement continu de déviation vers l'intérieur (c'est-à-dire, de l'accélération centripète). A ces composantes de mouvement se superposent des composantes dues à la trajectoire orbitale des chambres de broyage elles- mêmes autour de l'axe central du broyeur, ces dernières com- posantes tendant toujours à entraîner la matière particulaire de manière à l'éloigner de l'axe central du broyeur.
L'effet combiné des mouvements rotatif et orbital crée des forces qui se combinent elles-mêmes pour maintenir la matière particu- laire solidement contre les parties des périphéries internes des chambres de broyage qui se trouvent, momentanément, éloi- gnées de l'axe central du broyeur, mais crée également des forces qui s'opposent l'une à l'autre et maintiennent la ma- tière particulaire moins solidement contre les parties des périphéries internes des chambres de broyage qui sont, momen- tanément, les plus proches de l'axe central du broyeur.
Comme dans la fcrn.e de réalisation de broyeur décrite précédemment, où il n'y a qu'une seule chambre de broyage immobile, le courant véhiculaire d'air, de gaz, de liquide ou d'écume, se
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déplacera axialement de l'extrémité d'entrée du broyeur à son extrémité de sortie et, ce faisant, aura tendance à ba- layer la matière particulaire axialement de l'extrémité d'en-- trée à l'extrémité de sortie de chacune des.chambres de broyage.
Comme ci-dessus, les particules les plus finement divisées présentant une surface spécifique plus importante au courant véhiculaire,du fait de leur masse, auront tendance à être balayées de manière préférentielle dans la direction axiale vers différentes trajectoires de broyage présentées par des disques différents dans les piles coaxiales de disques qui constituent les masses de broyage.
Dans cette forme de réalisation, le classage automatique est réalisé de manière plus sûre, du fait que le frottement résistant des particules contre les rériféries internes des chambres de broyage a ten- dance à les retenir contre ces périphéries jusqu'à ce qu'elles aient été pulvérisées selon des dimensions suffisamment fai- bles pour présenter une surface spécifique assez importante, compte tenu de leur masse,pour être balayées axialement vers l'avant par le courant véhiculaire.
Par ailleurs, la pression variable des particules contre les périphéries internes des chambres de broyage en raison de le variation de la force centrifuge nette (due à l'action de la masse des particules elles-mêmes lorsqu'elles poursuivent leur mouvement complexe à la fois orbital et rotatif) a tendance à séparer les parti- cules de grand calibre des particules de calibre plus faible et à exposer les particules de calibre plus faible au courant véhiculaire de fluide qui présente toujours une forte compo- sante de mouvement dans la direction axiale et qui collecta plus rapidement et achemine d'autres particules de petit cali- bre présentant une surface spécifique plus importante en rai- son de leur masse que les particules de plus gros calibre.
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Dans les rouleaux de broyage fonctionnant selon les principes de classage automatique de la présente invention, qu'ils soient construits selon la première forme de réalisa- tion décrite avec une seule chambre de broyage immobile, ou selon la forme de réalisation décrite en dernier lieu avec une série de chambres de broyage rotatives, la vi.cesse de pulvérisation et le degré de finesse du produit final dépen- dront d'un grand nombre de facteurs.
Parmi ces derniers, on peut citer le calibre moyen initial et la nature de la matière particulaire, la nature et la vitesse du courant véhiculaire (ou encore la différence de pression de ce courant de l'extré- mité d'entrée à l'extrémité de sortie du broyeur), les dimen- sions et les vitesses rotative et orbitale des rouleaux de broyage (---.des rouleaux de broyage et, des chambres de broyage conjointement dans la dernière forme de réalisation décrite) ainsi que la longueur du broyeur ou le nombre de trajectoires de broyage individuelles, c'est-à-dire, le nombre de disques individuels de chaque pile de disques coaxiaux qui constituent un rouleau de broyage. Tous ces facteurs doivent être choisis de manière convenable de façon à réaliser une pulvérisation efficace selon le principe de classage automatique de la pré- sente invention.
Lorsque l'on a choisi convenablement ces facteurs, le broyeur se réglera largement de lui-même en service, du fait que la: matière particulaire fraîche intro- duite ne peut être admise dans le broyeur qu'à la vitesse à laquelle la matière pulvérisée plus finement divisée est ache- minée hors du broyeur par le courant de fluide véhiculaire et cette matière ne passera pas d'une trajectoire de broyage à la suivante tant qu'elle ne se trouve pas dans un état suf- fisamment finement divisÉ pour que le fluide véhiculaire puis- se la balayer en avant, axialement, à travers le broyeur.
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On a constaté qu'il était possible, avec les broyeurs à classage automatique conçus et mis en oeuvre selon le procédé de la présente invention, de pulvériser un matériau jusqu'à un calibre particulaire moyen de 0,1 micron seulement.
Lorsqu'une matière malléable est pulvérisée, par exemple,de l'aluminium, du tungstène ou des alliages tels que des aciers inoxydables, le matériau pulvérisé se présente sous la forme de très minces paillettes. Le rapport de la largeur à l'épais- seur de ces paillettes peut être aussi grand que 50 / 1 ou même 100 / 1, et l'épaisseur de la paillette peut être de 0,01 micron seulement. Lorsque l'on pulvérise un matériau plus cassant, par exemple, du calcaire, le produit poulévrisé se présentera sous la forme d'une poussière amorphe.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante réalisée en se référant aux dessins ci- annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une coupe en plan sché- matique d'un broyeur dans lequel deux piles de masses de broyage effectuent un mouvement rotatif et orbital en contact avec une seule chambre de broyage immobile ; - la figure 2 représente uhe section en plas :;ché- matique d'une variante du broyeur représenté ci-dessu!. ; - la figure 3 est une vue en élévation et en coupe d'un broyeur opérant suivant le principe des broyeurs de la figure 1 et de la figure 2, mais comportant, dans cet exemple, trois piles de masses de broyage ; - la figure 4 est une section er plan à travers le broyeur représenté dans la figure 3 ;
- la figure 5 représente une section en plan sché- matique d'un broyeur dans lequel deux chambres de broyage et deux piles de masses de broyage effectuent conjointement des
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mouvements rotatif et orbital à l'intérieur d'une seule cham- bre immobile ; - la figure 6 représente une section en plan sché- matique d'une variarte desbroyeurs représentés ci-dessus ; - la figure 7 est une vue en élévation et en coupe d'un broyeur opérant suivant le principe des broyeurs des figures 5 et 6, mais comportant, dans cet exemple, trois cham- bres de broyage et trois de piles de masses de broyage ;et - la figure 8 est une section en plan à travers le broyeur représenté dans la figure 7.
1 Figure 1 représente schématiquement un agencement simple d'une forme de réalisation de broyeur qui met en oeuvre le principe de classage automatique de la présente invention dans une certaine mesure. Cette figure 1 montre une chambre de broyage immobile 30. A l'intérieur de cette dernière se trouve des masses 31 qui se présentent sous la forme de rouleaux qui sont tourillonnés de manière lâche sur des arbres 32 formant les membres excentriques d'un dis- positif giratoire 33 dont l'axe de rotation est représenté en 34. Chaque rouleau est constitué d'une pile de disques coaxiaux présentant de multiples lignes (ou points) de con- tact avec la chambre de broyage immobile 30.
Le jeu entre les alésages de chacun des disques coaxiaux qui constituant la pile 31 et l'arbre 32 sur lequel ces disques sont touriilonnés confère aux disques individuels la liberté de mouvement radial requise, de telle manière que, au fur et à mesure que les masses sont pressées dans leur mouvement orbital autour de l'axe 34 par le dispositif giratcire 33 (entraîné par un moteur non représenté), les rouleaux soient pressés en contact avec la surface interne de la chambre immobile 30 par la
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force centrifuge et soinet soumis à une rotation autour de leur axe propre par frottement contre la chambre 30, si bien qu'ils roulent périphériquement autour de la surface interne de la chambre 30 avec laquelle ils sont en contact linéaire ou ponctuel.
La figure 2 représente schématiquement une forme modifiée des éléments de broyage coopérant du broyeur de la figure 1, dans laquelle les rouleauxde broyage 40 ont un pro- fil pclyédrique leurs surfaces de bioyage étant constituées par une série de surfaces convexes 42, partiellement cylin-- driques, qui coopèrent avec des surfaces concaves 43, partiel- lemenr, cylindriques, qui forment la circonférence interne de la chambre immobile 41, le rayon de courbure de chacune des surfaces concaves 43 étant supérieur à celui de la chambre 41 et étant également supérieur au rayon de courbure des surfaces de broyage convexes 42 des masses de broyai.
Les figures 3 et 4 illustrent une forme de réalisa- tion de broyeur fonctionnant selon les principes illustras schématiquement dans la figure 1, qui produira le classage automatique desiré selon la présente invention dans une cer- taine mesure. L'enveloppe 130 de ce broyeur fournit un sup- port pour un dispositif giratoire 131 qui est monté sur un arbre 132 qui est tourillonné dans des paliers 133. La cham- bre de broyage 134 est constituée d'un cylindre immobile monté dans l'enveloppe 130 et présentant une surface de broyage cylindrique 135.
Le dispositif giratoire est constitué de plaques terminales supérieure et inférieure 136 et 137 mainte- nues espacées l'une de l'autre , de manière rigide, par des boulons 138 et trois voies de glissement radiales 139 sont for- niées dans chaque plaque terminale (comme montré dans la figure 4). Trois arbres 140 sont tourillonnés dans des paliers 141 dans la partie supérieure et dans la partie inférieure, les
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logements 142 des paliers étant montés à glissement dans les voies 139 de telle manière que les arbres puissent se dépla- cer radialement sur une distance limitée le long des voies de glissement 139.
Chacun des arbres excentriques 140 est enfilé dans des ouvertures centrales surcalibrées 144 d'une pile de dis- ques circulaires 145 tous de même diamètre et, dans cet exem- ple, ces disques présentent des surfaces marginales convexes partiellement sphériques 146 qui constituent les surfaces de broyage. Les disques 145 ont, dans cet exemple, une épaisseur axiale qui se reduit progressivement de la partie supérieure à la partie inférieure de chaque pile.
Une canalisation d'entrée 150 mène tangent@ellement dans la partie supérieure de l'enveloppe 130 au-dessus de la chambre 134 pour admettre un écoulement de fluide véhiculaire (par exemple,un Ecoulement d'air ou de gaz) acheminant la matière particulaire qui doit âtre pulvérisée dans la chambre de broyage. Le fluide véhiculaire, portant à présent une matière pulvérisée, est déchargé à travers une ouverture de décharge centrale 151 disposée dans la partie inférieure de l'enveloppe précitée.
Le fonctionnement du broyeur décrit sous forme d'exemple dans les figures 3 et 4 est le suivant. Lorsque l'arbre 132 du dispositif 131 est entraîné par son moteur associé (non représenté), les trois arbres excentriques 140C de ce dispositif pressent les trois piles de disques dans une tra- jectoire orbitale autour de l'axe 15. du dispositif, de telle sorte que les disques soient pressés individuellement, vers l'extérieur, cansle sens radial, par la force centrifuge en contact avec la surface de broyage cylindrique 135 de la cham- bre immobile 134.
Les voies de glissement radia'es 139 et les ouvertures surcalibrées44 des disques permettent à cas derniers de
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de se déplacer librement dans le sens radial en contact indi- viduel avec la surface de broyage 135 sous l'action de la force centrifuge. Par ailleurs, le contact de frottement de chaque disque avec la surface de broyage 135 (ou, plus exactement,avec la matière véhiculaire projetée contre cette surface) sous la pression normale due à la force centrifuge, amènera les disques eux-mêmes à tourner autour de leurs pro- pres axes sur les arbres excentriques 140, si bien que les disques tourneront autour de la surface cylindrique interne
135 de la chambre lorsqu'ils sont pressés selon. un mouvement orbital autour de l'axe 152 sous l'action du dispositif giratoire.
Dans cet exemple, on a utilisé 21 disques dont l'épaisseur axiale diminue progressivement dans chaque pile, ce qui donne (dans cet exemple, où les disques sont représen- tés avec des surfaces marginales partiellement sphériques) 21 régions de contact ponctuel de chaque pile avec la surface de la chambre 135, ces points de contact se trouvant sur une ligne droite et (toujours dans cet exemple; leur espacement diminuant progressivement de la partie supérieure à la partie inférieure du broyeur (ce dernier étant décrit dans ce cas avec un axe vertical). Le broyage (ou, plus exactement, le clivage) de la matière particulaire a lieu au niveau des 21 points de contact de chaque pile, lorsque les trois piles de disques roulent sur la surface cylindrique 135.
Par suite, au fur et à mesure que les particules pulvérisées passent progressivement à travers la chambre de la partie supérieure à la partie inférieure (dans cet exemple), elle seront pro- gressivement réduite sous l'action des disques roulant succes- sifs, chacun des disques étant à même d'exercer sa pression
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de broyage ou de clivage individuelle sous l'action de la force centrifuge sur les particules qui roulent entre sa surface et la surface 135 de la chambre. Au fur et à mesure que les particules individuelles voient leur calibre progres- sivement réduit, elles nécessitent moins d'énergie pour leur réduction ultérieure par d'autres disques.
La matière particulaire est projetée contre la paroi interne 135 de la chambre de broyage par la force centrifuge résultant du mouvement tourbillonnant du fluide véhiculaire, ce mouvement étant imposé initialement par l'entrée tangentielle du fluide véhiculaire qui porte la matière particulaire dans l'enveloppe 130 du broyeur, ce mou- vement étant maintenu par la suite par pression continuelle giratoire de la part du dispositif et sous l'action du mouvement orbi- tal des rouleaux de broyage (les piles de disques 145).
Le courant de fluide véhiculaire, lorsqu'il poursuit son mouvement tourbillonnant, progressera axialement à travers le broyeur en raison de la différence de pression existant entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de ce dernier et tendra donc à entraîner la matière particulàire dans cette direction axiale (ainsi que dans une direction à peu près tangentielle de la paroi interne de la chambre 135). La matière particulaire qui est en contact avec la paroi interne de la chambre 136 aura tendance à être retardée vis-à-vis du mouvement tourbillonnant effectué par le courant véhicu- laire et retardera donc égaiement des particules voisines.
Les petites particules divisées auront une surface spéci- fique supérieure, compte tenu de leur masse,à celle des parti- cules de calibre plus important qui n'ont pas été encore aussi finement divisées. Ces petites particules seront collectées et
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entraînées préférentiellement à la fois dans la direction tan- axiale par rapport gentielle et dans la direction/ à l'axe de la chambre 135, par le fluide véhiculaire.
Les particules plus importantes,qui n'ont pas encore été aussi finement divisées, ont tendance à être interceptées par les disques des piles qui constituent les rouleaux de broyage 145, qui se trouvent le plus près de l'orifice d'entrée du broyeur, tandis que les particules déjà divisées seront entraînées dans la direction axiale (ainsi que dans la direction tangentielle) vers les trajec- toires d'intersception des disques des piles 145 qui se ::-trouvent plus éloignées de l'extrémité d'entrée du broyeur.
Ainsi, il se produit un classage automatique de la matière particulaire qui promouvoit la pulvérisation de particules qui ent, dans l'ensemble,un calibre similaire dans' n'importe quelle trajectoire particulière d'interception des disques individuels des piles 145. Cela a pour effet de provoquer un clivage pur des particules par roulement sous une pression normale localisée intense plutôt qu'une attrition par frotte- ment glissant qui se produit lorsque des particules de cali- bres largement différentssont pulvérisées ensemble.
Ce clas- sage automatique constitue la substance de la présente invention.-
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Les surfaces marginales 146 des disques. indi- viduels qui constituent les rouleaux de broyage 145 ont été illustrées dans cet exemple particulier comme ayant une forme partiellement sphérique, de manière à réaliser un contact ponc- tuel avec la surface de broyage interne cylindrique 135 de la chambre de broyage 134. Cette forme partiellement sphérique peut être souhaitable, lorsque l'on procède à la pulvérisa- tion de matériaux durs,lorsqu'une pression normale très élevée est requise pour procéder à un clivage efficace (c'est-à-dire, complet) des particules.
Lorsqu'il s'agit de matériaux qui sont moins durs, les surfaces marginales 146 des disques individuels peuvent être plus cylindriques, réalisant ainsi un contact li- néaire avec la surface de broyage cylindrique 135 et permet- tant un contact instantané avec plus d'une ra rticule par disque, /sousune pression normale inférieure (mais encore très élevée).
Le rapport entre le diamètre des disques qui cons- tituent les rouleaux de broyage 145 et le diamètre interne de la surface de broyage cylindrique immobile 135 doit être fixé compte tenu de la nature et du calibre initial moyen de la matière particulaire qui pénètre dans le broyeur pour être pulvérisée de telle manière que l'angle de pinçage (l'angle compris entre la tangente à la circonférence des disques et la tangente à la circonférence interne de la paroi de la chambre cylindrique)soit assez fin pour permettre un roulement pur plu- tèt eu'un roulement et un glissement des éléments de broyage coopérants.
La variante de la forme de réalisation de ces élé- ments de broyage coopérant représentée schématiquement dans la figure 2 donne un choix plus large dans la sélection de cet angle pour un broyeur de dimensions données, que cela n'est possible avec la forme d'éléments de broyage coopérants représentée schématiquement dans la figure 1.
Les considérations développées ci-dessus sur le rapport des diamètres des éléments de broyage coopérants,
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conjointement à la possibilité de réaliser le classage automatique essentiel dans une mesure supérieure et à l'éven- tualité de réaliser à l'intérieur d'un broyeur de taille donnée plusieurs trajectoires de broyage, donne la préférence à un broyeur conçu de manière légèrement plus complexe, qui est il- lustré dans les schémas des dessins et qui est décrit dans les formes de réalisation dont il sera question dès à présent.
La figure 5 représente schématiquement cette forme préférée plus développée du broyeur. Deux (ou plusieurs) chambres de broyage cylindriques creuses 10 sont tourillonnées de manière lâche avec les membres excentriques séparés d'un dispositif giratoire désigné en pointillé en 11; le dispositif giratoire est monté de manière à pouvoir tourner autour de son axe 12 à l'aide d'un moteur de commande(non re- présenté). Ainsi, au cours de la rotation du dispositif gira- toire par le moteur de commande, chaque chambre de broyage 10 sera mise dans une trajectoire orbitale autour de l'axe 12 du dispositif giratoire .
Le tourillonnage lâche de chaque chambre de broyage 10 avec le membre du dispositil giratoire est destiné à permettre à la chambre une liberté limitée de mouvement radial tout en transmettant la commande pour presser la chambre dans sa trajectoire orbitale autour de l'axe 12 . Les deux chambres de broyage 10 enserrées à l'in- térieur d'une enceinte immobile 14 fixée à l'enveloppe du broyeur .de manière que, lorsque les deux chambres 10 sont pressées dans leur mouvement orbital autour de l'axe 12, la force centrifuge les presse radialent vers l'ex- térieur en contact de friction avec l'enceint? immobile 14,
le couple de friction produit que fait subir l'enceinte à chaque chambre 10 amene chacune de ces chambres 10 à tour- ner autour de son propre axe, les deux chambres roulant sur la périphérie interne de l'enceinte immobile 14, tout en pour-
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suivant leur trajectoire orbitale autour de l'axe 12.
Le sens de rotation du système giratoire et le sens de la trajectoire orbitale poursuiv par les chambres ce broyage sont illustrés par la flèche 15, le sens de rotation des chambres de broyage autour de leur axe propre étant illustré par la flèche 16. pasn chacune des chambres de broyage 10 flotte librement un rouleau de broyage constitué d'une pile de dis- ques co-axiaux circulaires 20, ces disques ayant un diamètre , plus faible que le diamètre interne des chambres de broyage 10.
Au fur et à mesure que chaque chambre est pressée dans sa tra- jectoire orbitale autour de l'axe 12 par le dispositif gira- toire et au fur et à mesure que chaque chambre roule sur la pé- riphérie de l'enceinte immobile 14, les piles de disques 20 seront pressées radialement vers l'extérieur de l'axe 12 par la force centrifuge en direction de la surface interne coopé- rante de leuis chambres de broyage associées 10.
Par ailleurs, comme les chambres 10 tournent elles-même autour de leurs axes propres, cette rotation a pour effet d'appliquer un couple de frottement aux piles de disques co-axiaux 20 pressées contre les surfaces rotatives internes des chambres de broyage 10, si bien que les piles de disques 20 seront également soumises à une rotation autour de leurs centres propres et rouleront sur les surfaces interne3 des chambres rotatives 10.
La matière particulaire introduite dans chaque chambre de broyage 10 dans un courant de fluide véhiculaire sera projetée contre les pa- rois internes des chambres de broyage et auront tendance à être entraînées sur la périphérie au fur et à mesure que ces chambres tournent, la matière étant maintenue sur les parois internes des chambres par les forces centrifuge:. dues au mouve- ment imparti aux particules, formant une couche de matière intermédiaire entre les surfaces de broyage coopérantes pré- sentéeu , respectivement, par les surfaces internes des cham-
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bres 10 et les surfaces marginafes des disques circulaires qui constituent les piles 20.
Dans les régions de contact ponctuel (ou linéai- re)multiple entre les disques individuels qui constituent les piles ou rouleaux de broyage 20 et les surfaces internes des chambres de broyage cylindriques 10, une pression normale éle- vée sera appliques aux parti.iules de matériau dans la couche intermédiaire entre ces surfaces de broyages respectives, ce qui aura pour effet de cliver et de pulvériser la matière par- ticulaire du fait du roulement des éléments de broyage coopérants 20 et 10.
Dans ces mêmes régions, la force qui applique la ma- tière particulaire sur les parois internas des chambres de bro- yage 10 aura sa valeur la plus élevée du fait que les forces centrifuges dues la fois 19 rotation . des chambres 10 au- tour deleurs axesonroores et au @@suvement orbital de ces mêmes chambres autour de l'axe central 12du broyeur agiront dans le même sens.
Dans les régions désignées par la notation de référence 17, ou les espaces compris entre les piles de dis- ques 20 et les périphéries interncs des chambres de broyage 10 sont les plus importants , la force qui anplique la ma- tière particulaire aux parois des chambres de broyage sera affaiblie du fait que les forces centrifuges dues à la rota- tion des chambres 10 autour de leurs axes propres s'opposèrent aux forces centrifuges dues au mouvement obritla de ces mêmes chambres autour de l'axe central 12 du broyeur.
La figure 6 représenta schématiquement une forme modifiée des éléments de broyage coopérantsdu broyeur de la figure 5, dans laquelle chacun des rouleaux de broyage 21 8 une forme ,polyédrique et présente une série (dans ce cas 5) de surfaces de broyage convexes partiellement cylindriques 22 , chacune de ces surfaces présentant un rayon de courbure supé- rieur à celui des rouleaux de broyage 21.
La surface périphé- rique interne de chaque chambre de broyage 10 est, dans ce cas, formée par un nombre supérieur de surfaces de broyage concaves 24 partiellement cylindriques (dans ce cas 6), chacune de ces surfaces ayant un rayon de courbure supérieure à celui des sur-
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faces 22 des rouleaux de broyage surface arquée égale à celle de chacune des cinq surfaces de broyage convexes 22 des rouleaux 21.Ainsi, chaque rouleau de broyage 21 neut rouler uniformément sur la surface interne de sa chambre de broyage associée 10, de telle manière que ses surfaces de broyage convexes roulent ou s'engrènent sur lessurfaces de bro- yage concaves 24 ce la chambre 10, une liane de contact étant établie entre les surfaces en regard 22 et 24 qui coopèrent momentanément entre elles.
Cet agencement peut être utilisé lorsqu'un grand rayon de courbure des surfaces de broyage est nécessaire sans que l'on veuille augmenter de manière corres- pondante les dimensions du broyeur.,
Les figures7 et 9 illustrent une forme de réa- lisation préférée d'un broyeur de pulvérisation à rouleaux formenionant selon les principes illustrés schématiquement dans la figure 5, ce broyeur permettant le classage automa- tique désiré selon la présente invention dans une mesure plus élevée que cela n' 'tait possible avec las broyeurs fonction- nant selon le principe illustré schématiquement dans la figure 1 ; ce broyeur permet une vitesse de pulvérisation supérieure , pour un calibre donné du broyeur, à celle mentionnée précé- demment et illustrée par les figure 3 et 4.
Dans cette structure, le dispositif giratoire 100 est constitué d'une partie supérieure 101 présentant un arbre creux venu de matière 102 tourillonné dans l'envelop- pe fixe 103 par l'intermédiaire de paliers 104 et d'une partie inférieure 105 démunie d'arbre et fixée à distance de la partie supérieure précitée psr l'intermédiaire de boulons à embase 106.
Les parties supérieure et inférieure 101 et 105 précitées fournis- sent des voies de glissement radiales 107 dans lesquelles sont montés à glissement les logements de palieis 108 des trois en- sembles de broyage 109. Chaque ensemble de chambre de broyage cylindrique 109 comporte un manchot/allongé 110 fermé dans sa partie su- périeure et dans sa partie inférieure par une partie terminale
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à emboîturo 111, ce manchon fournissant une surface de broyage interne cylindrique 112.les machons 110 coopèrentavec une paire de couronnes immobiles 113 montées dans l'enveloppe fixe 103, les manchons 110 étant pressés en contact de frottement avec les couronnes immobiles 113 par la force centrifuge,
lorsque le dispositif giratoire les presse dans une trajectoire orbi- tale autour de l'axe central du broyeur par rotation sous l'ac- tion de son arbre 102. Ce dernier présente un conduit central 114 à partir duquel s'étendent trois tuyaux ou conduits d'em- branchement 115 qui mènent dans les parties à emboîture su- périeures 111 des trois ensembles de chambre de broyage 109 dans le but d'introduire le courant de fluide véhiculaire por- tant la matière particulaire à pulvériser dans chacune des cham- bres de broyage. Les rouleaux de broyage de chaque chambre sont constitués de piles de disques co-axiaux 118 ( dans cet exemple particulier, on a représenté 12 disques identiques par pile).
Dans l'exemple particulier en question, chaque disque comporte une arête convexe partiellement sphérique 119 pressée en con- tact ponctuel avec la surface de broyage cylindrique 112 par les forces centrifuges lorsque le dispositif giratoire tourne (et les chambres de broyage poursuivent avec les piles de dis- ques 118 une trajectoire orbitale autour de l'axe central du broyeur), si bien que, dans ce casle processus de broyage de chaque chambre a lieu dans douze régions de contact ponc- tuel.
Les piles de disques 118 tournent autour de leur-centres propres par contact de frottement avec les surfaces internes des manchons 110(ou, plus exactement, par contact de frotte- ment avec la matière particulaire qui garnit les surfaces internes de ces manchons), si bien que les disques roulent sur les surfaces internes des manchons actifs 110 de chaque ensemble de chambre, ce mouvement roulant produisant le clivage et la pulvérisation désirés dans les douze régions de contact pontuel par chambre sous la pression de broyage fournie par la force centrifuge agissant sur les piles de disques 118..
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La matière particulaire à pulvériser, transportée par un courant de fluide, est introduite ,dans le broyeur par leconduit central 114 de l'arbre 102 dusispositif giratoire,puis passe dans les tuyaux d'embranchement 115. Dans l'exemple particulier illustré dans la figure 7, les proportions du con- duit central 114 et des conduits d'embranchement 115 sont ap- propriées à un broyeur conçu pour recevoir la matière parti- culaire à pulvériser acheminée par un courant de liquide plu- tôt que par un courant d'air , de gaz ou de mousse.
Lors- qu'il s'agit de broyeurs dans lesquels la matière particulaire est acheminée dans un courant d'air, de gaz ou de mousse, les proportions du conduit central 114 et des tuyaux d'embranche- ment 115 seront plus importantes par rapport aux dimensions globales du broyeur que celles illustrées dans la figure 7.
Par ailleurs, pour un tel fonctionnement, les parties supé- rieures à emboîture 111 des ensembles de chambre 109 ne présenteront pas l'étranglement illustré dans la figure 7, mais s'évaseront plus directement en direction des surfaces de broyage internes cylindriques 112 des chambres de broyage 110. Que le broyeur soit destiné à fonctionner avec un cou- rant véhiculaire liquide ou avec un courant d'air, de gaz ou de mousse, les tuyaux ou conduits d'embranchement 115 forment, en fait, les canaux d'une roue centrifuge qui projette la matière particulaire à pulvériser contre les surfaces de broya- ge internes 112, cette matière particulaire étant alors entraî- née par contact de friction avec ces mêmes surfaces, lorsqu'el- les tournent.
La matière particulaire se classe automatiquement au fur et à mesure qu'elle est pulvérisée,de la manière décrite précédemment, sous le balayage du ccurant véhiculaire et pro- gresse axialement à travers les chambres de broyage 110 par pulvérisation séparée dans des trajectoires de roulement
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individuelles des disques empilés 118 et éventuellement sort par les parties terminales inférieures 11 à emboîture des chambres
110 pour gagner une partie de sortie convergente 120 du corps immobile du broyeur.
Dans cet exemple particulier) les disques empilés
118 qui forment les rouleaux de broyage présentent des surfaces marginales partiellement sphériques 119 et ont une épaisseur axiale identique. comme décrit ci-dessus, les surfaces mar- ginales de ces disques peuvent avoir une forme sensiblement plus cylindrique, selon le matériau à pulvériser, et les dis- ques peuvent présenter différentes largeurs axiales individuel- les, ces largeurs diminuant ( ou même augmentant) dans la direction axiale le long de laquelle le matériau à pulvériser progresse, selon la nature du matériau à pulvériser, le degré désiré de finesse de pulvérisation et la vitesse à laquelle le processus de pulvérisation doit avoir lieu.
Avec le modèle de broyeur illustré dans les figu- res 7 et 8, l'angle de pinçage compris entre les surfaces de broyage coopérantes sera plus faible que cela n'est généralement possible avec le modèle de broyeur illustré dans les figures 3 et 4. Une variation supplémentaire de l'angle de pinçage peut être réalisé en adoptant la forme polyédrique des élé- ments de broyage coopérants qui est illustrée schématiquement dans la figure 6.
On prévoit une variante supplémentaire dans laquelle les surfaces marginales 119 dès disques coaxiaux empilés 118 peuvent présenter des rainures ou des fentes espacées sur leur périphérie, les rainures formant un certain angle vis--à-vis de l'axe de rotation des disques 118 (ou vis-à-vis de l'axe des chambres de broyage cylindriques 110) de telle manière qu'elles favorisent le passage de la matière particulaire d'une
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trajectoire d'interception des rouleaux de broyage à la tra- , jectoire suivante dans le sens axialde déplacement de la ma- tière particulaire.
Cette variante peut également être appli- quée à des broyeurs fonctionnant selon le principe illustré schématiquement dans la figure 1(ou dans les figures 3 et 4) ainsi qu'à des broyeurs fonctionnant selon le principe illustré schématiquement dans la figure 5 ( ainsi que dans les fig. 7 et 8).
Quel que soit le principe ou la variante que l'on adopte, au moins deux piles de disques de broyage - de préfé- rence 3 ou davantage- (ou de jeux de rouleaux de broyage et de chambres de broyage cylindriques associées) seront réparties symétriquement sur la péripérle autour de l'axe principal de rotation du broyeur quou assurer un bon équilibre mécanique.
Dans les illustrations représentées dans les figures 5 ou 7, l'axe central du broyeur a été représenté verticalement. Il est bien entendu que les broyeurs conçus selon ces formes de réalisation, ou selon n'importe quelle autre forme de réalisation, peuvent également être mis en marche avec leurs axes centraux disposés selon l'horizontale ou selon une autre direction.
Le courant de fluide véhiculaire (air, gaz, liquide ou mousse) dans son passage à travers la chambre de broyage (ou les chambres de broyage) du broyeur apporte une contri- bution au refroidissement de la chambre ( ou des chambres) et au refroidissement des rouleaux de broyage en chassant la cha- leur engendrée par le broyage ou le clivage (ainsi que par l'attrition provoquée par un frottement glissant, bien que cette attrition soit évitée dans le mesure du possible dans des broyeurs fonctionnant sur le principe du classage automatique selon l'invention). Selon la taille du broyeur et les pro- priété du matériau à pulvériser, notamment la sensibilité
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thermique de ce matériau, il neuf être souhaitable de prévoir un refroidissement supplémentaire d'unemanière classique quelconque.
Il est à observer que les broyaurs conçus selon les formes de réalisation illustrées dans les dessins ci-annexés et décrites ci-dessus sont extrêmement diversifiées, en ce sens que des rouleaux de broyage ou des séries de rouleaux de broya- ge de calibres,àe poids, de nombre et/ou de formes et de profils marginank différents, peuvent être interchangés aisément, tout comme les chambres de broyage complètes pour s'adapter aux circonstances et à la nature du matériau à pulvériser.
Cette éventualité associée au ccntrôle de la nature du fluide véhi- culaire, à la vitesse axiale à travers le broyeur et au rap- port de la masse de fluide véhiculaire!, la .tasse de matière particulaire qu'il transporte par un- !e volume, permet de réaliser le principe du classage automatique de la présente invention à divers degrés. Plus le degré de classage automa - tique est élevé, plus le roulement des éléments de broyage coopérants a pour effet de réellement cliver la matière parti- culaire; moindre sera l'usure subie par les éléments de broyage sous l'effet de l'attrition non souhaitée par frottement glis- sant, et plus importena sera le rendement du broyeur du point de vue de la consommation d'énergie compte tenu de la matière à pulvériser selon le degré de finesse désiré.
REVENDICATIONS.
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