Procédé et appareil de distribuffon de matières en particules
La présente invention concerne un procédé et un appareil de distribution de matières en particules.
Divers procédés connus permettent de distribuer plus facilement des matières en particules, telles que les poudres, ou matières en grains plus gros, telles que le sable, avec des éléments analogues à des trémies.
Un procédé antérieurement connu dans la technique consiste à agiter ou faire vibrer de toute autre manière périodiquement une trémie entière ou la partie inférieure d'une trémie. Ce procédé, quoique facilitant souvent l'écoulement, a tendance à aérer ou fluidiser la matière en diminuant la densité de la masse à distribuer. Cette diminution de densité n'est pas avantageuse, par exemple lorsque la matière à distribuer doit être emballée.
D'autres procédés connus dans la technique consistent à introduire de l'air dans la masse de la matière pour la faire couler plus facilement. Comme précédemment il en résulte que sa densité diminue, dans des conditions nuisibles dans certaines applications.
Dans certains cas, ni les vibrations ni l'aération n'empêchent la matière d'avoir tendance à se colmater ou à former des ponts et ne permettent pas d'obtenir un écoulement satisfaisant.
Compte tenu des défectuosités des procédés et dispositifs antérieurs de distribution des matières en particules, l'invention se propose de fournir un procédé et un appareil nouveaux: - permettant de distribuer des matières en particules
sans qu'elles risquent de se colmater ou de former des
ponts et sans que leur densité Diminue fâcheusement; - qui permettent de distribuer des matières en particules
sans les aérer ni les fluidiser pendant l'opération; - qui permettent de réaliser une forme de construction
simple, mais d'un fonctionnement sûr et donnant tou
jours les mêmes résultats; - qui s'adaptent remarquablement aux diverses caracté
ristiques des diverses matières en particules à dis
tribuer.
Le procédé de distribution de matières en particules selon l'invention est caractérisé en ce qu'on charge la matière en particules dans un récipient auquel on transmet une série de mouvements périodiques; pendant une première période de chaque phase, on transmet au récipient un mouvement de haut en bas, pendant une seconde période de chaque phase on transmet au récipient un mouvement de bas en haut, le mouvement de haut en bas du récipient pendant la première période étant suffisamment rapide pour que la masse de la matière en particules qu'il contient cesse d'être en contact avec lui, en restant à l'état sensiblement cohérent, ladite masse de matière venant brusquement en contact avec l'intérieur du récipient entre la première et la seconde période, en se tassant et progressant vers l'orifice de décharge du récipient.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, également objet de l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend un bâti, un récipient contenant la matière et un orifice de sortie vers lequel la matière se dirige par son propre poids, un dispositif de support du récipient sur le bâti, un dispositif provoquant son mouvement par rapport au bâti, un dispositif transmettant au récipient des efforts en provoquant des phases périodiques de mouvement et comportant des éléments qui transmettent au récipient un premier mouvement, et des éléments lui transmettant un second mouvement en sens inverse du premier, les premiers éléments faisant varier sélectivement et indépendamment la durée de chacun des premier et second mouvements et les seconds faisant varier sélectivement et indépendamment l'effort provoquant les mouvements du récipient.
Des formes préférées de réalisation du procédé et de l'appareil de l'invention sont décrites ci-après en détail avec le dessin ci-joint à l'appui sur lequel:
la fig. 1 est une élévation schématique d'un appareil de distribution d'une matière en particules, analogue à une trémie, qui reçoit alternativement un mouvement de rotation horizontal et un mouvement de translation vertical pendant une opération de distribution;
la fig. 2 est une coupe horizontale, schématique, à plus grande échelle de l'appareil de la fig. 1, suivant la ligne 2-2 de cette figure;
la fig. 3 est une coupe schématique à échelle encore plus grande d'une partie de la fig. 1 suivant la ligne 3-3 de la fig. 2, représentant des détails de construction d'un cylindre et piston à double action servant à transmettre des mouvements périodiques à la trémie contenant la matière;
la fig. 4 est une coupe transversale à plus grande échelle d'une partie de l'appareil de la fig. 1 suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, représentant des détails de construction d'une des bielles d'accouplement de la trémie contenant la matière avec le bâti correspondant, et
les fig. 5a et 5b indiquent schématiqument de quelle manière la trémie de l'appareil de la fig. 1 s'éloigne sensiblement de la masse de matière en particules qu'elle contient pendant qu'elle reçoit un mouvement de bas en haut.
Les principaux éléments de l'appareil de la fig. 1 sont un bâti 1, une trémie 2, un dispositif 3, de support et de suspension de la trémie et un dispositif 4 provoquant le mouvement ou commandant la trémie.
Le bâti 1 représenté schématiquement sur les fig. 1 et 2 se compose d'une portion de bâti 101 de forme générale triangulaire, supportée par trois pieds verticaux 102, qui peuvent être entretoisés par des éléments tels que l'élément de bâti 103 (fig. 1).
Le bâti 1 comporte encore trois cornières horizontales 104 disposées d'une manière générale comme l'indique la fig. 2, et réunies au bâti triangulaire 101 par des dispositifs de fixation courants, par exemple par soudure, séparées par des intervalles égaux de l'axe central 105 du bâti et faisant entre elles des angles égaux.
La trémie 2 est montée en position coaxiale à l'axe 103 et comporte une portion de corps 201 de forme générale tronconique, convergeant de haut en bas vers un orifice de sortie 202 de la matière. Si on le désire l'orifice 202 peut comporter un couvercle de fermeture ordinaire 203 en forme de plaque. Le couvercle 203 peut être monté de façon à recevoir un mouvement oscillant horizontal autour d'un axe d'oscillation 204.
Le dispositif de support 3 de la trémie comporte plusieurs bielles mobiles 301. Une bielle 301 est combinée avec chacune des cornières de support 104 de la trémie et elles sont disposées chacune entre une cornière 104 et une console de montage 205 formée sur la paroi latérale 201 de la trémie 2 (fig. 3 et 4).
Les bielles 301 comportent chacune une portion de corps rigide 302. Un joint à rotule ordinaire 303 accouple l'extrémité supérieure de la portion de corps 302 de chacune des bielles à la cornière correspondante 104, comme rindique schématiquement la fig. 4. Un autre joint à rotule ordinaire 304 accouple l'extrémité inférieure de la portion de corps 302 de chacune des bielles à une console 205 de la trémie, comme l'indique aussi schématiquement la fig. 4.
La trémie 2 est stabilisée au moyen de trois ensembles de galets 305 portés par le bâti triangulaire 101.
Ces ensembles de galets (fig. 2) peuvent venir en contact avec une couronne annulaire de centrage 206 portée par la trémie 2 et dont l'axe coïncide avec l'axe 105. Les ensembles de galets 305 comportent chacun une console 306 qui porte un disque ou galet rotatif 307 supporté de la manière habituelle. Ainsi qu'on peut le voir, les galets 307 sont montés chacun sur sa console 306 de façon à tourner autour d'un axe incliné et à se trouver ainsi dans une position générale perpendiculaire au trajet du mouvement de la portion adjacente de la couronne 206 de la trémie.
Ainsi qu'on peut le voir, les galets 307 étant en contact avec la couronne 206 de la trémie, servent à stabiliser la trémie 2 pendant son mouvement de rotation autour de l'axe central 105 du bâti qui coïncide avec son axe central.
I1 est facile de voir que la trémie 2 étant supportée en combinaison par les bielles 302 et les joints à rotule 303, 304, peut recevoir des mouvements de rotation et des mouvements verticaux simultanés. En d'autres termes, lorsque la trémie 2 tourne autour de l'axe 105, le mouvement de déplacement des bielles 302 lui transmet obligatoirement un mouvement vertical simultané.
Le dispositif 4 qui provoque le mouvement de la trémie ou le commande, comporte un groupe à double action d'un cylindre 401 et d'un piston. Ce cylindre est articulé à une extrémité par un joint à rotule ordinaire 402 sur une console 106 dirigée de haut en bas à partir de la portion 101 du bâti triangulaire (fig. 1, 2 et 3). Un piston 403 reçoit un mouvement coulissant dans le cylindre 401 entre des tubulures d'admission d'un fluide sous pression, 404, 405. Une tige de piston 406 partant du piston 403 traverse la culasse 407 du cylindre et se termine par un joint à rotule ordinaire 408. Le joint à rotule 408 peut être fixé sur une des trois consoles 205 de la trémie (fig. 3), de façon à établir une liaison de fonctionnement entre le piston 403 et la trémie 2.
Un tuyau 409 d'arrivée d'un fluide sous pression partant de la tubulure 404 d'accouplement du cylindre aboutit à une soupape régulatrice de débit 410 fonctionnant périodiquement et d'une forme de construction courante dans le commerce. La soupape 410 peut être du type d'une soupape commandée électriquement par un solénoïde. Un autre tuyau de fluide sous pression 411 part de la tubulure d'accouplement 405 du cylindre et aboutit à une autre soupape régulatrice du débit 412 fonctionnant périodiquement et d'une forme de constmction courante dans le commerce. La soupape 412 peut aussi être du type à solénoïde. Les soupapes 410 et 412 sont combinées, ainsi que l'indique schématiquement la fig. 1, avec un dispositif de commande courant 413 qui détermine le fonctionnement périodique des soupapes 410 et 412 et peut être actionné électriquement.
Des éléments faisant partie du dispositif de commande 413 consistent en une minuterie courante 414, qui règle et commande le cycle d'ouverture et de fermeture de la soupape 410 et en une autre minuterie courante 415, qui règle et commande le cycle d'ouverture et de fermeture de la soupape 412.
On peut faire arriver un fluide sous pression tel que l'air dans la soupape 410 pour le faire arriver dans le tuyau 409 par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation 416. De même, on peut faire arriver l'air comprimé dans la soupape 412 pour le faire arriver dans le tuyau 411 par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation ordinaire 417. Les tuyaux 416 et 417 peuvent aboutir à une pompe ordinaire, non représentée, qui refoule de l'air comprimé.
La pression de l'air passant dans le tuyau 416 peut être réglée sélectivement et indépendamment par un régulateur de pression 418, d'une forme de construction courante, représenté schématiquement et pouvant être réglé à la main. De même, la pression de l'air passant dans le tuyau 417 peut être réglée indépendamment et sélectivement par un régulateur de pression 419 d'une forme de construction courante, réglable à la main.
Les éléments décrits ci-dessus permettent de régler la succession des mouvements alternatifs du piston 403 de façon à transmettre à la trémie 2 les séries de mouvements successifs qu'on désire.
Suivant le mode de fonctionnement envisagé de l'appareil, les séries successives des mouvements de la trémie sont déclenchées lorsque les bielles 301 occupent la position inclinée représentée en pointillé de la fig. 3.
Les bielles 301 étant dans cette position, la tige de piston 406 occupe sa position d'extension par rapport au cylindre 401.
Pendant la première partie du mouvement de la trémie, la tige de piston 406 rentre dans le cylindre 401, c'est-à-dire se rapproche de l'axe d'oscillation 402, de façon à faire tourner la trémie 2 dans le sens des aiguilles d'une montre (fig. 3), et à la faire descendre en même temps. Pendant la seconde partie suivante de chacune des séries de mouvements, la tige de piston 406 sort de nouveau du cylindre de façon à provoquer le mouvement de la trémie en sens inverse du premier, c'est-à-dire en sens inverse des aiguilles d'une montre et vers le haut.
Ainsi qu'on peut le voir, on peut choisir la longueur des bielles 301 la longueur de la course du piston 403 et la position de montage du cylindre 401 par rapport au bâti 1 de façon à obtenir l'amplitude X qu'on désire du mouvement vertical et l'amplitude Y qu'on désire du mouvement de rotation horizontal de la trémie. On peut choisir pour une longueur donnée quelconque des bielles et de la course du piston la position de l'axe d'oscillation 402 pour obtenir les amplitudes qu'on désire des mouvements de la trémie et le rapport entre ces amplitudes.
En réglant le mécanisme régulateur de la pression 418, on peut régler la pression du fluide arrivant dans la tubulure 404 à la valeur qu'on désire. De même, on peut régler sélectivement la pression du fluide arrivant dans la tubulure 405 en réglant le mécanisme régulateur de la pression 417. On peut ainsi régler la force transmise par le piston 403 en mouvement dans un sens à la trémie à une valeur différente de celle de la force transmise par ce piston à la trémie pendant son mouvement dans l'au- tre sens.
Par exemple, il peut être avantageux de transmettre à la trémie 2 en mouvement ascendant une force plus grande que celle qui provoque son mouvement de descente pour compenser la résistance d'inertie de la trémie et de sa charge au mouvement de bas en haut. Mais il y a lieu de remarquer à ce propos qu'avec la disposition de la fig. 3, lorsque l'air comprimé arrive à la même pression dans les tubulures 404 et 405, la force transmise à la tige de piston 403 pour la faire sortir du cylindre 401 et faire monter la trémie 2 est supérieure à celle qui est transmise à la trémie lorsque le fluide arrive par la tubulure 405 pour la faire descendre. Cette différence entre les forces résulte évidemment de la présence de la tige de piston 406 qui fait diminuer la surface efficace du piston 403 du côté opposé à l'axe d'oscillation 402.
Il peut donc être inutile dans ces conditions d'augmenter la pression de l'air arrivant dans la tubulure 404 pour obtenir l'effort de levée de la trémie qui convient.
On peut régler les mécanismes de commande des cycles 414 et 415 de la manière habituelle suivant le type du dispositif du commerce dont on dispose, de façon à provoquer périodiquement l'ouverture de la soupape 410 et la fermeture simultanée de la soupape 412 et la fermeture périodique de la soupape 410 et l'ouverture simultanée de la soupape 412. La soupape 410 étant fermée et la soupape 412 ouverte, le piston 403 est poussé dans la direction de l'axe d'oscillation 402 pour provoquer la première phase du mouvement de la trémie, et lorsque la soupape 410 est ouverte et la soupape 412 fermée, le piston poussé dans la direction l'éloignant de l'axe d'oscillation provoque la seconde phase de ce mouvement de la trémie.
Ainsi qu'on peut le voir, lorsque les deux soupapes 410 et 412 sont en position de fermeture, Fécoulement du fluide sous pression provenant de la source et passant par ces soupapes est interrompu. Mais, comme d'habitude, lorsque la soupape 410 est fermée, le tuyau 409 peut être mis en communication avec l'atmosphère, par la chapelle de la soupape et le tuyau 411 par la chapelle de la soupape 412 lorsqu'elle est fermée. On a ainsi la certitude que lorsque l'air comprimé arrive sur une extrémité du piston 403, son autre extrémité est en communication avec l'atmosphère, de sorte qu'il peut fonctionner sans obstacle.
Ainsi qu'on le comprendra, les mécanismes de minuterie 414 et 415 peuvent être correctement réglés de façon à pouvoir régler individuellement la durée de chacune des séries de mouvements de la trémie et celle des intervalles ou périodes de repos entre ces mouvements. Pendant ces périodes de repos, le moyen de commande 413 maintient le piston 403 inopérant, c'est-à-dire au repos.
Les éléments de l'appareil ayant été décrits, on va décrire maintenant leur mode de fonctionnement pour distribuer la matière en particules.
Il est évident que les minuteries 414 et 415 et les régulateurs de pression ont été réglés de la façon qui convient, de façon habituelle. Ces réglages fourniront la suite nécessaire des mouvements du piston 403 de commande de la trémie et l'application à cette dernière des forces voulues pour lui inspirer ses mouvements.
Il est évident également qu'on peut régler à la demande la suite des mouvements du piston et les forces appliquées pour convenir aux caractéristiques de la matière à distribuer, ces facteurs étant déterminés par l'expérience et par observation.
Chaque suite de mouvements est amorcée par la première partie de mouvement au cours de laquelle la trémie 2 est abaissée et mise en rotation horizontalement.
Les éléments de l'appareil étant comme représenté aux dessins, on fera tourner la trémie 2 dans le sens des aiguilles d'une montre pendant son mouvement descendant. Ce mouvement résulte de ce que le piston 403 se déplace vers l'axe d'oscillation 402 de façon à amener les bielles 301 de support de la trémie de la position représentée en pointillés à celle représentée en traits pleins sur la fig. 3.
Pendant que la trémie descend, elle tourne et descend plus vite que la masse de matière en particules qu'elle contient et dont le mouvement est provoqué par celui de la trémie. Pendant ce mouvement rapide, la masse en particules M reste sensiblement sous forme de masse conique, cohérente ou monobloc, et le récipient reçoit un mouvement de rotation par rapport à cette masse. Ce mouvement différentiel 1, qui empêche les particules de s'accumuler sur les parois de la trémie, résulte de l'inertie de la masse de matière et de la rapidité du mouvement de la trémie 2.
La trémie 2 occupant la position qui correspond au commencement de chacune des phases (fig. Sa), son mouvement de descente est assez rapide pour que sa paroi 201 s'éloigne d'une portion notable ou de la totalité de la masse conique M contenue dans la trémie 2, ainsi que l'indique schématiquement la fig. 5b. Au moment où la course de haut en bas de la trémie 2 est terminée, après ce moment ou éventuellement en un point quelconque de cette course, la masse M descend et vient en contact avec la paroi 201 de la trémie. Cette masse venant brusquement en contact avec la paroi de la trémie, la matière en particules a tendance à se tasser, sa densité à rester faible ou même à augmenter.
A la fin de la première phase du mouvement, les bielles 301 étant dans le prolongement vertical (fig. 3) la pression exercée sur le piston 403 est renversée à peu près instantanément, de sorte que le mouvement du piston change de sens rapidement et la seconde phase du mouvement de la trémie se déclenche. Ce renversement rapide a lieu de préférence pendant que la masse M est encore en mouvement de rotation sous l'effet de son inertie et de la poussée de rotation exercée au commencement sur la masse pendant la première partie de la première phase du mouvement de la trémie, lorsque la masse est complètement en contact avec la paroi 201. Il en résulte que l'effort tranchant entre la paroi 201 de la trémie et la masse M augmente et par suite la matière risque moins d'adhérer à la paroi de la trémie.
Le piston 403 s'éloignant de l'axe d'oscillation 402 pendant la seconde phase du mouvement du récipient, la trémie 2 reçoit un mouvement vertical de bas en haut et un mouvement de rotation. Les éléments occupant les positions relatives représentées, la trémie tourne en sens inverse des aiguilles d'un montre pendant qu'elle monte.
Ainsi qu'il a déjà été dit, lorsque le fluide arrive dans la tubulure 404 à la même pression que dans la tubulure 405, I'effort exercé sur le piston 403 I'éloignant de l'axe d'oscillation 402 est supérieur à celui qui s'exerce sur lui pendant la première phase du mouvement.
L'effort qui s'exerce sur la trémie 2 pendant sa course ascendante est donc supérieur à celui qui provoque son mouvement de haut en bas. Mais, malgré cette différence entre les efforts de commande, le mouvement de la trémie 2 pendant la seconde phase (ou mouvement de bas en haut) est moins rapide que pendant la première phase (ou mouvement de haut en bas) à cause de la résistance d'inertie de la masse M à un mouvement de levée.
Pendant la seconde phase du mouvement de la trémie, c'est-à-dire pendant qu'elle monte à une vitesse relativement faible, la durée de la seconde phase est relativement longue par rapport à celle de la première phase.
La durée de la période pendant laquelle la paroi 201 de la trémie et la masse M sont en contact de frottement a ainsi tendance à être plus longue que pendant la première phase du mouvement. Il en résulte que l'effort de rotation transmis à la masse M pendant la seconde phase a tendance à être supérieur à celui qui s'exerce pendant la première phase si la seconde phase se prolonge suffisamment.
A la fin de la seconde phase du mouvement de la trémie, lorsque les bielles 301 sont revenues dans leur position en ligne représentée en pointillé (fig. 3), le piston 403 reste immobile pendant une période de repos, de façon à immobiliser sensiblement la trémie 2. Cette durée de la période de repos doit être suffisante pour permettre au mouvement de rotation de la masse M provoqué par le mouvement de rotation de la trémie 2 de cesser. Dans la pratique, la durée de la période de repos est aussi longue ou plus longue que la durée combinée des deux phases de mouvements de chacune des séries de la trémie 2.
La succession des mouvements décrits ci-dessus a pour effet global de provoquer un écoulement régulier et ininterrompu de la matière en particules par l'orifice de sortie 202 de la trémie. On a constaté dans la pratique que les mouvements de la trémie se succédant de la manière décrite ci-dessus, la matière n'adhère sensiblement pas aux parois de la trémie et il ne se forme non plus de pont appréciable dans la trémie 2. Un point particulièrement important est que la densité de la matière a tendance à augmenter pendant l'opération de distribution, du fait que l'air s'en échappe, au lieu de diminuer ainsi qu'il arrive dans les distributeurs vibratoires qui provoquent l'aération ou fluidisation de la matière en particules.
Les mouvements de la trémie par rapport au bâti sont effectivement stabilisés par les dispositifs de support par les bielles articulées et de centrage par les galets.
Lorsque la trémie 2 reçoit, pendant la première phase du mouvement, un mouvment de rotation plus rapide que pendant la seconde phase, il peut arriver que la masse M de matière ait tendance à tourner en partie dans la trémie 2 dans la direction de son mouvement de rotation pendant la seconde phase. Ce résultat est dû, ainsi qu'il a déjà été dit, à l'effort de rotation plus considérable qui s'exerce sur la masse M pendant la seconde phase. Ce mouvement progressif de la masse de la matière peut encore avoir tendance à empêcher la matière d'adhérer éventuellement à la paroi de la trémie pendant l'opération de distribution.
L'invention a été appliquée efficacement à la distribution de matières difficiles à manipuler, telles que le noir de carbone en particules d'une grosseur de l'ordre de 3 à 5 microns.
On s'est servi pour distribuer cette matière d'une trémie telle que celle qui est représentée d'une manière générale sur la fig. 1 et dans laquelle le diamètre intérieur de l'extrémité supérieure ouverte de la trémie est de l'ordre d'environ 0,60 m et la longueur axiale de l'ordre de 1,80 m. Le diamètre intérieur de l'orifice de sortie de l'extrémité inférieure de cette trémie est de l'ordre d'environ 50 à 75 mm.
Le piston de commande 403 est actionné de façon à faire durer pendant la première phase du mouvement, le mouvement de haut en bas et de rotation de la trémie pendant 3/4 de seconde. Pendant la seconde phase du mouvement de la trémie, et pendant qu'elle tourne en sens inverse de son mouvement pendant la première phase et reçoit simultanément un mouvement de bas en haut, la durée de cette phase du mouvement est d'environ une seconde et quart. Entre le moment où la seconde phase est terminée et celui où la première phase suivante commence, le piston de commande reste en position de repos pendant environ 3 secondes de même que la trémie, compte tenu évidemment des faibles vibrations qui résultent ordinairement de l'interruption du mouvement de la trémie.
La longueur de la portion de corps 302 de chacune des bielles, la position initiale de la bielle 302 représentée en pointillé sur la fig. 3 et de la course du piston 403, sont choisies de façon que l'amplitude du mouvement de rotation horizontal X de chacun des axes d'oscillation 304 soit d'environ 70mm et l'amplitude Y du mouvement vertical d'environ 25 mm. Pendant chacun des mouvements de la trémie, la longueur de la course de chacun des axes d'oscillation 304 est d'environ 75 mm.
Le distributeur décrit ci-dessus a permis de distribuer d'une manière efficace du noir de carbone à l'état de fine division, avec un débit précis et toujours le même, en empêchant effectivement cette matière de se colmater et de former des ponts dans la trémie. Le noir de carbone ne subit ni aération ni fluidisation au cours de l'opération de distribution et conserve ainsi la forte densité qu'on désire. On a constaté que la matière n'a pas tendance à adhérer ni à s'accumuler sur les parois de la trémie et par suite à ne pas s'écouler.
Bien que l'invention ait été décrite en tant que s'appliquant à une forme de réalisation d'un procédé et d'un appareil préférés, il est facile de voir que ses applications possibles sont très nombreuses. Par exemple, on peut transmettre à la totalité de la trémie ou à une partie inférieure de cette trémie une certaine partie ou la totalité des mouvements successifs décrits ci-dessus, pour mettre à profit les avantages de l'invention en partie ou en totalité. Il doit être bien entendu que lorsqu'on ne fait tourner qu'une partie de la trémie, la partie mobile doit être accouplée de la manière habituelle avec la partie immobile par des éléments de parois flexibles, pour éviter de transmettre les efforts à cette partie immobile.
REVENDICATIONS
I. Procédé de distribution de matières en particules, caractérisé en ce qu'on charge la matière en particules dans un récipient auquel on transmet une série de mouvements périodiques; pendant une première période de chaque phase, on transmet au récipient un mouvement de haut en bas, pendant une seconde période de chaque phase on transmet au récipient un mouvement de bas en haut, le mouvement de haut en bas du récipient pendant la première période étant suffisamment rapide pour que la masse de la matière en particules qu'il contient cesse d'être en contact avc lui en restant à l'état sensiblement cohérent, ladite masse de matière venant brusquement en contact avec l'intérieur du récipient entre la première et la seconde période, en se tassant et progressant vers l'orifice de décharge du récipient.
Method and apparatus for dispensing particulate matter
The present invention relates to a method and apparatus for dispensing particulate matter.
Various known methods make it possible to more easily distribute particulate materials, such as powders, or larger grain materials, such as sand, with hopper-like elements.
A method previously known in the art is to periodically agitate or otherwise vibrate an entire hopper or the bottom portion of a hopper. This process, although often facilitating the flow, tends to aerate or fluidize the material by reducing the density of the mass to be distributed. This decrease in density is not advantageous, for example when the material to be dispensed has to be packaged.
Other methods known in the art consist in introducing air into the mass of the material to make it flow more easily. As previously, it results in its density decreasing, under conditions that are harmful in certain applications.
In some cases, neither the vibrations nor the aeration prevent the material from tending to clog or form bridges and do not allow satisfactory flow to be obtained.
Taking into account the defects of the prior methods and devices for distributing particulate matter, the invention proposes to provide a new method and apparatus: making it possible to distribute particulate matter
without the risk of clogging or forming
bridges and without their density decreasing annoyingly; - which allow the distribution of particulate matter
without aerating or fluidizing them during the operation; - which allow a form of construction
simple, but reliable in operation and giving all
days the same results; - which adapt remarkably to the various characters
characteristics of the various particulate matter
tribute.
The method of distributing particulate matter according to the invention is characterized in that the particulate matter is loaded into a container to which a series of periodic movements is transmitted; during a first period of each phase, a movement from top to bottom is transmitted to the container, during a second period of each phase a movement from bottom to top is transmitted to the container, the movement from top to bottom of the container during the first period being sufficiently fast so that the mass of the particulate matter which it contains ceases to be in contact with it, remaining in a substantially coherent state, said mass of matter coming suddenly in contact with the interior of the container between the first and the second period, settling and progressing towards the discharge port of the container.
The apparatus for implementing this method, also object of the invention, is characterized in that it comprises a frame, a container containing the material and an outlet opening towards which the material is directed by its own weight. , a device for supporting the container on the frame, a device causing its movement relative to the frame, a device transmitting forces to the container by causing periodic phases of movement and comprising elements which transmit to the container a first movement, and elements transmitting to it a second movement in the opposite direction to the first, the first elements causing the duration of each of the first and second movements to vary selectively and independently and the second causing the force causing the movements of the container to vary selectively and independently.
Preferred embodiments of the method and apparatus of the invention are described below in detail with the accompanying drawing on which:
fig. 1 is a schematic elevation of a hopper-like particulate material dispensing apparatus which alternately receives horizontal rotational motion and vertical translational motion during a dispensing operation;
fig. 2 is a horizontal section, schematic, on a larger scale of the apparatus of FIG. 1, taken on line 2-2 of this figure;
fig. 3 is a schematic section on an even larger scale of part of FIG. 1 along line 3-3 of fig. 2, showing constructional details of a double-acting cylinder and piston for transmitting periodic movements to the material hopper;
fig. 4 is a cross section on a larger scale of part of the apparatus of FIG. 1 along line 4-4 of fig. 3, showing construction details of one of the connecting rods of the hopper containing the material with the corresponding frame, and
figs. 5a and 5b indicate schematically in which manner the hopper of the apparatus of FIG. 1 moves away substantially from the mass of particulate matter it contains as it receives upward movement.
The main elements of the apparatus of FIG. 1 are a frame 1, a hopper 2, a device 3 for supporting and suspending the hopper and a device 4 causing movement or controlling the hopper.
The frame 1 shown schematically in FIGS. 1 and 2 consists of a frame portion 101 of generally triangular shape, supported by three vertical legs 102, which can be braced by elements such as the frame element 103 (FIG. 1).
The frame 1 further comprises three horizontal angles 104 arranged in a general manner as shown in FIG. 2, and joined to the triangular frame 101 by current fixing devices, for example by welding, separated by equal intervals from the central axis 105 of the frame and forming equal angles between them.
The hopper 2 is mounted in a position coaxial with the axis 103 and comprises a body portion 201 of generally frustoconical shape, converging from top to bottom towards an outlet orifice 202 of the material. If desired, the orifice 202 may have an ordinary closure cover 203 in the form of a plate. The cover 203 can be mounted so as to receive a horizontal oscillating movement about an axis of oscillation 204.
The support device 3 of the hopper comprises several movable connecting rods 301. A connecting rod 301 is combined with each of the supporting angles 104 of the hopper and they are each disposed between an angle iron 104 and a mounting bracket 205 formed on the side wall 201. of hopper 2 (fig. 3 and 4).
The connecting rods 301 each have a rigid body portion 302. An ordinary ball joint 303 couples the upper end of the body portion 302 of each of the connecting rods to the corresponding angle 104, as shown schematically in FIG. 4. Another ordinary ball joint 304 couples the lower end of the body portion 302 of each of the connecting rods to a console 205 of the hopper, as also shown schematically in FIG. 4.
The hopper 2 is stabilized by means of three sets of rollers 305 carried by the triangular frame 101.
These sets of rollers (FIG. 2) can come into contact with an annular centering ring 206 carried by the hopper 2 and whose axis coincides with the axis 105. The sets of rollers 305 each comprise a console 306 which carries a rotating disc or roller 307 supported in the usual manner. As can be seen, the rollers 307 are each mounted on its console 306 so as to rotate about an inclined axis and thus to be in a general position perpendicular to the path of movement of the adjacent portion of the crown 206. of the hopper.
As can be seen, the rollers 307 being in contact with the crown 206 of the hopper, serve to stabilize the hopper 2 during its rotational movement around the central axis 105 of the frame which coincides with its central axis.
It is easy to see that the hopper 2, being supported in combination by the connecting rods 302 and the ball joints 303, 304, can accommodate simultaneous rotational and vertical movements. In other words, when the hopper 2 rotates around the axis 105, the movement of displacement of the connecting rods 302 necessarily transmits to it a simultaneous vertical movement.
The device 4 which causes the movement of the hopper or the control, comprises a double action group of a cylinder 401 and a piston. This cylinder is articulated at one end by an ordinary ball joint 402 on a bracket 106 directed up and down from the portion 101 of the triangular frame (Figs. 1, 2 and 3). A piston 403 receives a sliding movement in the cylinder 401 between inlet pipes of a pressurized fluid, 404, 405. A piston rod 406 starting from the piston 403 passes through the cylinder head 407 and terminates in a gasket. ordinary ball joint 408. The ball joint 408 can be fixed on one of the three consoles 205 of the hopper (fig. 3), so as to establish an operating connection between the piston 403 and the hopper 2.
A pressurized fluid inlet pipe 409 from the cylinder coupling manifold 404 terminates in a periodically operated flow control valve 410 of a common form of construction in commerce. The valve 410 may be of the type of a valve controlled electrically by a solenoid. Another pressurized fluid pipe 411 exits from the cylinder coupling manifold 405 and terminates at another periodically operated flow control valve 412 of a common form of construction. The valve 412 can also be of the solenoid type. The valves 410 and 412 are combined, as shown schematically in fig. 1, with a current controller 413 which determines the periodic operation of valves 410 and 412 and can be operated electrically.
Elements forming part of the controller 413 consist of a running timer 414, which sets and controls the opening and closing cycle of valve 410, and another running timer 415, which sets and controls the opening and closing cycle. valve 412.
A pressurized fluid such as air can be made to arrive in the valve 410 to make it arrive in the pipe 409 via a supply pipe 416. Likewise, the compressed air can be made to arrive in. the valve 412 to make it arrive in the pipe 411 through an ordinary supply pipe 417. The pipes 416 and 417 can lead to an ordinary pump, not shown, which delivers compressed air.
The pressure of the air passing through the pipe 416 can be selectively and independently adjusted by a pressure regulator 418, of a common form of construction, shown schematically and capable of being adjusted by hand. Likewise, the pressure of the air passing through the pipe 417 can be independently and selectively regulated by a pressure regulator 419 of a conventional form of hand-adjustable construction.
The elements described above make it possible to adjust the succession of reciprocating movements of the piston 403 so as to transmit to the hopper 2 the series of successive movements that are desired.
Depending on the intended mode of operation of the device, the successive series of movements of the hopper are triggered when the connecting rods 301 occupy the inclined position shown in dotted lines in FIG. 3.
The connecting rods 301 being in this position, the piston rod 406 occupies its extended position with respect to the cylinder 401.
During the first part of the movement of the hopper, the piston rod 406 enters the cylinder 401, that is to say approaches the axis of oscillation 402, so as to rotate the hopper 2 in the direction clockwise (fig. 3), and lower it at the same time. During the second following part of each of the series of movements, the piston rod 406 again exits the cylinder so as to cause the movement of the hopper in the opposite direction to the first, that is to say in the counterclockwise direction. 'a watch and up.
As can be seen, one can choose the length of the connecting rods 301 the length of the stroke of the piston 403 and the mounting position of the cylinder 401 relative to the frame 1 so as to obtain the desired amplitude X of vertical movement and the desired amplitude Y of the horizontal rotational movement of the hopper. The position of the axis of oscillation 402 can be chosen for any given length of the connecting rods and of the piston stroke to obtain the desired amplitudes of the movements of the hopper and the ratio between these amplitudes.
By adjusting the pressure regulating mechanism 418, the pressure of the fluid entering the tubing 404 can be adjusted to the desired value. Likewise, the pressure of the fluid arriving in the tubing 405 can be selectively adjusted by adjusting the pressure regulating mechanism 417. The force transmitted by the piston 403 moving in one direction to the hopper can thus be adjusted to a value different from that of the force transmitted by this piston to the hopper during its movement in the other direction.
For example, it may be advantageous to transmit to the hopper 2 in upward movement a force greater than that which causes its downward movement to compensate for the inertia resistance of the hopper and its load to the upward movement. But it should be noted in this connection that with the arrangement of FIG. 3, when the compressed air arrives at the same pressure in the pipes 404 and 405, the force transmitted to the piston rod 403 to force it out of the cylinder 401 and raise the hopper 2 is greater than that transmitted to the hopper when the fluid arrives through the tubing 405 to lower it. This difference between the forces obviously results from the presence of the piston rod 406 which reduces the effective area of the piston 403 on the side opposite to the axis of oscillation 402.
It may therefore be unnecessary under these conditions to increase the pressure of the air arriving in the pipe 404 in order to obtain the appropriate hopper lifting force.
The control mechanisms of cycles 414 and 415 can be adjusted in the usual way depending on the type of commercial device available, so as to periodically cause the opening of the valve 410 and the simultaneous closing of the valve 412 and the closing. periodically of the valve 410 and the simultaneous opening of the valve 412. With the valve 410 being closed and the valve 412 open, the piston 403 is pushed in the direction of the axis of oscillation 402 to cause the first phase of the movement of hopper, and when valve 410 is open and valve 412 closed, the piston pushed in the direction away from the axis of oscillation causes the second phase of this movement of the hopper.
As can be seen, when the two valves 410 and 412 are in the closed position, the flow of pressurized fluid from the source through these valves is interrupted. But, as usual, when the valve 410 is closed, the pipe 409 can be communicated with the atmosphere, through the valve chapel and the pipe 411 through the valve chapel 412 when it is closed. It is thus certain that when the compressed air arrives at one end of the piston 403, its other end is in communication with the atmosphere, so that it can operate without obstacle.
As will be understood, the timer mechanisms 414 and 415 may be properly adjusted so that the duration of each series of movements of the hopper and that of the intervals or periods of rest between these movements can be individually adjusted. During these periods of rest, the control means 413 keeps the piston 403 inoperative, that is to say at rest.
The elements of the apparatus having been described, we will now describe their mode of operation for distributing the particulate matter.
It is evident that the timers 414 and 415 and the pressure regulators have been set appropriately in the usual manner. These adjustments will provide the necessary sequence of movements of the control piston 403 of the hopper and the application to the latter of the forces required to inspire it to move.
It is also evident that the sequence of movements of the piston and the forces applied can be adjusted on demand to suit the characteristics of the material to be dispensed, these factors being determined by experience and observation.
Each series of movements is initiated by the first part of the movement during which the hopper 2 is lowered and rotated horizontally.
The elements of the apparatus being as shown in the drawings, the hopper 2 will be rotated in the direction of clockwise during its downward movement. This movement results from the piston 403 moving towards the axis of oscillation 402 so as to bring the hopper support rods 301 from the position shown in dotted lines to that shown in solid lines in FIG. 3.
As the hopper descends, it spins and descends faster than the mass of particulate matter it contains, the movement of which is caused by that of the hopper. During this rapid movement, the mass of particles M remains substantially in the form of a conical, coherent or monobloc mass, and the container receives a rotational movement with respect to this mass. This differential movement 1, which prevents particles from accumulating on the walls of the hopper, results from the inertia of the mass of material and the rapidity of movement of the hopper 2.
The hopper 2 occupying the position which corresponds to the beginning of each of the phases (fig. Sa), its downward movement is fast enough for its wall 201 to move away from a significant portion or all of the conical mass M contained. in the hopper 2, as shown schematically in fig. 5b. When the top-to-bottom stroke of the hopper 2 is over, after this moment or possibly at any point of this stroke, the mass M descends and comes into contact with the wall 201 of the hopper. As this mass suddenly comes into contact with the wall of the hopper, the particulate matter tends to settle, its density to remain low or even to increase.
At the end of the first phase of the movement, the connecting rods 301 being in the vertical extension (fig. 3) the pressure exerted on the piston 403 is reversed almost instantly, so that the movement of the piston changes direction rapidly and second phase of the movement of the hopper starts. This rapid reversal preferably takes place while the mass M is still in rotational motion under the effect of its inertia and the rotational thrust initially exerted on the mass during the first part of the first phase of the movement of the hopper. , when the mass is completely in contact with the wall 201. The result is that the shearing force between the wall 201 of the hopper and the mass M increases and therefore the material is less likely to adhere to the wall of the hopper.
The piston 403 moving away from the axis of oscillation 402 during the second phase of the movement of the container, the hopper 2 receives a vertical movement from bottom to top and a rotational movement. With the elements occupying the relative positions shown, the hopper rotates counterclockwise as it rises.
As has already been said, when the fluid arrives in the pipe 404 at the same pressure as in the pipe 405, the force exerted on the piston 403 moving it away from the axis of oscillation 402 is greater than that which is exerted on him during the first phase of the movement.
The force exerted on the hopper 2 during its upstroke is therefore greater than that which causes its movement from top to bottom. But, despite this difference between the control forces, the movement of hopper 2 during the second phase (or movement from bottom to top) is less rapid than during the first phase (or movement from top to bottom) because of the resistance. of inertia of the mass M to a lifting movement.
During the second phase of the movement of the hopper, that is, while it is rising at a relatively low speed, the duration of the second phase is relatively long compared to that of the first phase.
The duration of the period during which the wall 201 of the hopper and the mass M are in frictional contact thus tends to be longer than during the first phase of the movement. As a result, the rotational force transmitted to the mass M during the second phase tends to be greater than that which is exerted during the first phase if the second phase is sufficiently prolonged.
At the end of the second phase of the movement of the hopper, when the connecting rods 301 have returned to their in-line position shown in dotted lines (FIG. 3), the piston 403 remains stationary during a period of rest, so as to substantially immobilize the hopper 2. This duration of the rest period must be sufficient to allow the rotational movement of the mass M caused by the rotational movement of the hopper 2 to cease. In practice, the duration of the rest period is as long or longer than the combined duration of the two phases of movements of each of the series of hopper 2.
The succession of movements described above has the overall effect of causing a regular and uninterrupted flow of the particulate material through the outlet orifice 202 of the hopper. It has been found in practice that with the movements of the hopper succeeding one another in the manner described above, the material does not substantially adhere to the walls of the hopper and neither does an appreciable bridge form in the hopper 2. A particularly important point is that the density of the material tends to increase during the dispensing operation, because the air escapes from it, instead of decreasing as happens in the vibratory distributors which cause the aeration or fluidization of the particulate material.
The movements of the hopper relative to the frame are effectively stabilized by the support devices by the articulated rods and centering by the rollers.
When the hopper 2 receives, during the first phase of the movement, a faster rotational movement than during the second phase, it may happen that the mass M of material tends to partially rotate in the hopper 2 in the direction of its movement. of rotation during the second phase. This result is due, as has already been said, to the greater rotational force exerted on the mass M during the second phase. This gradual movement of the mass of the material may still tend to prevent the material from possibly adhering to the wall of the hopper during the dispensing operation.
The invention has been applied effectively to the distribution of difficult to handle materials, such as carbon black in particles of the order of 3 to 5 microns.
To distribute this material, a hopper such as that shown generally in FIG. 1 and wherein the inside diameter of the open upper end of the hopper is of the order of about 0.60 m and the axial length of the order of 1.80 m. The inside diameter of the outlet of the lower end of this hopper is of the order of about 50 to 75 mm.
The control piston 403 is actuated so as to extend during the first phase of the movement, the up and down movement and rotation of the hopper for 3/4 of a second. During the second phase of the movement of the hopper, and as it rotates in the opposite direction of its movement during the first phase and simultaneously receives a movement from the bottom up, the duration of this phase of the movement is approximately one second and quarter. Between the moment when the second phase is finished and when the first following phase begins, the control piston remains in the rest position for about 3 seconds as does the hopper, obviously taking into account the slight vibrations which usually result from the interruption. movement of the hopper.
The length of the body portion 302 of each of the connecting rods, the initial position of the connecting rod 302 shown in dotted lines in FIG. 3 and the stroke of the piston 403, are chosen so that the amplitude of the horizontal rotational movement X of each of the oscillation axes 304 is about 70mm and the amplitude Y of the vertical movement is about 25mm. During each of the movements of the hopper, the length of the stroke of each of the oscillation axes 304 is about 75 mm.
The dispenser described above has made it possible to efficiently distribute carbon black in the finely divided state, at a precise and always the same rate, effectively preventing this material from clogging and forming bridges in it. the hopper. The carbon black undergoes neither aeration nor fluidization during the dispensing operation and thus retains the high density which is desired. It has been found that the material does not tend to adhere to or accumulate on the walls of the hopper and therefore not flow.
Although the invention has been described as applying to one embodiment of a preferred method and apparatus, it is easy to see that its possible applications are very numerous. For example, it is possible to transmit to the whole of the hopper or to a lower part of this hopper a certain part or all of the successive movements described above, in order to take advantage of the advantages of the invention in part or in whole. It must be understood that when only part of the hopper is rotated, the movable part must be coupled in the usual way with the stationary part by flexible wall elements, to avoid transmitting forces to this part. motionless.
CLAIMS
I. A method of distributing particulate matter, characterized in that the particulate matter is loaded into a container to which a series of periodic movements is transmitted; during a first period of each phase, a movement from top to bottom is transmitted to the container, during a second period of each phase a movement from bottom to top is transmitted to the container, the movement from top to bottom of the container during the first period being sufficiently fast so that the mass of the particulate matter which it contains ceases to be in contact with it while remaining in a substantially coherent state, said mass of matter coming suddenly in contact with the interior of the container between the first and the second period, settling and progressing towards the discharge port of the container.