DISPOSITIF DE CHARGEMENT DENSE D'UN SOLIDE DIVISE DANS UNE ENCEINTE Domaine technique [0001] La présente invention concerne un dispositif de chargement dense d'un solide divisé dans une enceinte, destiné à coopérer avec un dispositif d'alimentation en solide divisé agencé pour libérer le solide divisé au-dessus d'un accès à l'enceinte. [0002] Par solide divisé, dans le cadre de la présente divulgation, on entend un solide se présentant sous la forme de grains ou de particules, comme par exemple des grains de céréales, dans le domaine du transport ou du stockage céréaliers, des granulés de catalyseur dans le domaine de l'industrie chimique, ou encore des granulés d'engrais ou de bois. [0003] Plus précisément, le dispositif de chargement selon l'invention est préférablement du type comportant un arbre, entraîné en rotation autour d'un axe X1 avec une vitesse de rotation ajustable, ainsi qu'une pluralité d'éléments déflecteurs solidaires en rotation de l'arbre. Ainsi, en tombant sur les éléments déflecteurs, le solide divisé est dévié de manière à être distribué plus ou moins uniformément sur toute la surface de l'enceinte dans laquelle il est chargé.
Etat de la technique [0004] De nombreux dispositifs de ce type ont été divulgués, généralement par des entreprises actives dans le domaine de l'industrie chimique, en relation avec le chargement de réacteurs chimiques en catalyseur. [0005] Le brevet FR 2 431 449 décrit un exemple de dispositif, destiné à charger des réacteurs chimiques en catalyseur, comprenant un arbre agencé dans une cheminée d'alimentation en catalyseur, en lui étant coaxial. Des séries d'éléments déflecteurs superposés, présentant la forme de lanières, sont réparties régulièrement autour de l'arbre en étant fixées à ce dernier au moyen d'attaches permettant une modification de l'angle défini entre les éléments déflecteurs et l'arbre. [0006] Ainsi, les éléments déflecteurs s'écartent de l'arbre lorsque celui-ci est entraîné en rotation, sous l'effet de la force centrifuge, ce qui facilite l'introduction du dispositif dans les réacteurs chimiques dont l'accès est généralement restreint. La vitesse de rotation de l'arbre peut être ajustée pour contrôler l'angle entre les éléments déflecteurs et l'arbre pour tenir compte de la surface du réacteur à recouvrir de catalyseur. [0007] Cependant, il faut noter qu'une modification de la vitesse de rotation de l'arbre pour un dispositif donné entraîne également une modification de la perméabilité de ce dernier. De ce fait, les paramètres permettant d'ajuster le fonctionnement à la géométrie de l'enceinte à remplir en solide divisé ne peuvent pas être ajustés indépendamment les uns des autres. [0008] Ainsi, ces dispositifs sont particulièrement adaptés au chargement de réacteurs chimiques qui sont généralement de forme cylindrique avec un rayon de l'ordre de quelques mètres. [0009] Toutefois, ces dispositifs conviennent moins bien au chargement de cales de navires du type vraquier. Ces derniers présentent des capacités de chargement d'un ordre de grandeur différent de celui des réacteurs chimiques. En effet, les vraquiers les plus couramment construits actuellement sont les Handymax, dont la capacité est comprise entre 35 et 50'000 tonnes, et les Panamax, dont la capacité est comprise entre 50 et 80'000 tonnes, tandis que les Capesize présente une capacité encore supérieure. [0010] Il convient de noter que le transport maritime des céréales est particulièrement règlementé. En effet, les chargements en vrac réalisés traditionnellement à bord des navires transportant des céréales présentent de réels dangers pour la stabilité des navires au cours de la navigation. Même si la cale est totalement remplie par la marchandise, les mouvements de roulis et de tangage du navire au cours du voyage provoquent un tassement des grains et libèrent de l'espace entre le lit de grains et le haut de la cale. Ce phénomène est amplifié dans le cas où la cale n'est pas complètement remplie par la cargaison. [0011] Malgré la réalisation d'un nivellement mécanique par les dockers, ce tassement en cours de navigation ne peut être évité et peut représenter un danger pour l'intégrité du navire, de l'équipage et de la cargaison. En effet, les cargaisons de céréales présentent la particularité de se déplacer facilement, à la manière d'un liquide, dès lors qu'il existe un espace libre entre la surface des grains et le haut de la cale. [0012] Ces mouvements de grains dus à la gîte peuvent provoquer des déplacements importants du centre de gravité du navire et mettent en péril sa stabilité. De nombreuses analyses de naufrage démontrent que beaucoup d'entre eux résultent notamment de ce phénomène de tassement. [0013] Afin de limiter ce phénomène, responsable de nombreux chavirements de navires, les chargements de céréales font l'objet d'une règlementation particulière visant à diminuer les risques de ripage de la cargaison, mais ne permettant pas de les supprimer. Ces normes de l'Organisation Maritime Internationale ont été définies dans les années 1970 et sont regroupées dans le traité international SOLAS (Safety Of Life At Sea), dont le chapitre VI précise que le grain doit être réparti uniformément dans les cales pour que soit assuré le nivellement des surfaces libres. En outre, il est prévu que l'angle de gîte du navire au ripage du grain ne doit pas dépasser douze degrés. [0014] Par ailleurs, les dispositifs de chargement de navires doivent préférablement permettre d'atteindre des débits de chargement compris entre 600 et 2'000 tonnes à l'heure. Les dispositifs mentionnés plus haut, en relation avec le chargement de réacteurs chimiques, ne permettent généralement pas d'atteindre de tels débits. [0015] Par conséquent, les dispositifs utilisés actuellement sont plus basiques puisqu'ils reposent simplement sur un principe de remplissage par gravité, comme dans le cas des tubes de chargement, des tapis déverseurs ou encore des godets, et nécessitent des interventions de l'homme en cours et en fin de chargement pour améliorer l'uniformité de la distribution des grains. Des déverseurs du type "shiploader" sont également utilisés et permettent de dévier le flux de grains lors du chargement pour répartir la charge dans toute l'enceinte à remplir. Toutefois, ces déverseurs ne sont pas adaptés à toutes les géométries de cales de vraquiers. En outre, tous les dispositifs qui viennent d'être mentionnés ne permettent pas d'optimiser la densité du chargement de grains et donc de s'affranchir totalement du problème de stabilité des navires. Divulgation de l'invention [0016] Un but principal de la présente invention est de pallier les inconvénients des dispositifs de chargement connus de l'art antérieur, en proposant un dispositif de chargement dense offrant une plus grande souplesse dans l'ajustement des différents paramètres intervenant dans la qualité et l'uniformité de la répartition des particules d'un solide divisé, tout en permettant d'atteindre des débits de chargement élevés. [0017] Un autre but de la présente invention est d'optimiser la densité du chargement, l'augmentation de la masse transportée dans un volume prédéfini présentant des avantages évidents des points de vue économique et environnemental. [0018] A cet effet, la présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de chargement dense d'un solide divisé dans une enceinte répondant aux caractéristiques énoncées plus haut et, caractérisé en outre par le fait que ses éléments déflecteurs présentent un angle, en référence à l'arbre, ajustable indépendamment de la vitesse de rotation. [0019] Grâce à ces caractéristiques, le dispositif selon l'invention présente des conditions de fonctionnement qui peuvent être ajustées précisément en fonction de la géométrie de l'enceinte à charger, ce qui permet incidemment de répondre aux conditions de remplissage requises pour le chargement des vraquiers, avec un débit suffisant. [0020] De manière préférée, le dispositif présente un arbre qui est creux pour définir un passage pour le solide divisé, au moins certains des éléments déflecteurs présentant une extrémité agencée à une distance de l'axe Xl inférieure à la distance séparant l'axe Xl de l'arbre creux. [0021] En outre, l'arbre creux est préférablement de forme générale cylindrique, adaptée pour coopérer avec une cheminée d'alimentation du dispositif d'alimentation de forme générale cylindrique, et présente un rayon sensiblement égal ou inférieur à celui de la cheminée d'alimentation pour pouvoir coopérer avec cette dernière de telle manière que le passage dans l'arbre est un passage exclusif du solide divisé. [0022] Selon un mode de réalisation préféré, l'arbre creux présente une ouverture à son extrémité destinée à être située du côté de l'enceinte, au moins certains des éléments déflecteurs présentant une extrémité interne agencée dans le prolongement de l'arbre, en regard de son ouverture. [0023] Grâce à ces caractéristiques, une répartition uniforme du solide divisé peut être assurée sur toute la surface de l'enceinte à remplir, y compris dans le prolongement de l'arbre d'entraînement des éléments déflecteurs. [0024] La densité du chargement peut ainsi être optimisée. De ce fait, un même navire pourra transporter une quantité de solide divisé plus importante lors de chaque trajet en référence aux méthodes de chargement de l'art antérieur, procurant des avantages certains des points de vue économique et environnemental. [0025] Par ailleurs, chacun des éléments déflecteurs peut comporter deux portions sensiblement planes reliées l'une à l'autre de manière à présenter la forme d'un V en section transversale, les portions planes étant préférablement disjointes dans la région de l'extrémité interne de chacun des éléments déflecteurs de manière à définir un passage supplémentaire pour le solide divisé. De plus, des moyens de réglage peuvent être prévus pour ajuster les inclinaisons des éléments déflecteurs suivant des premier et second axes Al et A2, perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Brève description des dessins [0026] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation préféré qui suit, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: [0027] - la figure 1 représente une vue générale schématique illustrant le principe de chargement d'une cale de navire à l'aide d'un dispositif de chargement selon la présente invention; [0028] - la figure 2 représente une vue en perspective schématique d'un dispositif de chargement selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, et [0029] - la figure 3 représente une vue de dessus schématique simplifiée du dispositif de chargement de la figure 2.
Mode(s) de réalisation de l'invention [0031] La figure 1 illustre, à titre non limitatif et de manière schématique, le principe de fonctionnement du dispositif de chargement dense selon la présente invention. [0032] Le dispositif de chargement dense 1 est alimenté en grains de céréales 2, depuis un lieu de stockage primaire, par une manche, généralement à débit fixe, débouchant dans une cheminée 3. Il est possible de prévoir l'utilisation d'une trémie tampon conventionnelle entre la manche et la cheminée sans sortir du cadre de l'invention. [0033] Le dispositif de chargement 1, disposé en alignement avec la cheminée 3, comprend un organe tournant 4, gorgé de grains à partir de la manche, présentant une pluralité d'ouvertures (décrites plus en détail en relation avec la figure 2) destinées à effectuer une répartition homogène des grains sur un ensemble d'éléments déflecteurs 5. [0034] La veine de grains doit préférablement être éclatée au maximum afin d'optimiser la distribution des grains avant leur prise en charge par les éléments déflecteurs. Les grains tombent alors sur les éléments déflecteurs qui, par leur géométrie élaborée, séparent les grains les uns des autres et les distribuent sur toute la surface de l'enceinte à charger, ici une cale de navire 7. Les grains sont préférablement distribués dans la cale sous la forme d'une "pluie" homogène afin de permettre une montée régulière du lit de grains de céréales sur toute la surface de la cale, en assurant une densité maximale du chargement. [0035] Lorsqu'un chargement dense est réalisé, le positionnement stable de chaque grain est directement lié au rapport débit/surface. Le rapport débit/surface maximum recommandé est de l'ordre de 5 tonnes/heure/m2. Autrement dit, pour obtenir un chargement optimal des grains, pendant une heure de chargement, il ne faudrait pas faire tomber plus de cinq tonnes de grains sur une surface de 1m2. [0036] En outre, pour optimiser le chargement, les critères supplémentaires suivants devraient également être pris en compte. [0037] Si des pentes apparaissent sur le lit de grains pendant le chargement, elles ne devraient pas être supérieures à 15 degrés. On peut noter que dans le cas d'une pente de l'ordre de 37 degrés, le gain en densité entre un chargement en vrac et un chargement réalisé avec un dispositif conforme à l'invention est nul. [0038] Il est préférable que le chargement puisse être réalisé sans qu'aucune intervention extérieure ne soit requise pour niveler le lit de grains de céréales. En effet, dès lors qu'il y a une intervention extérieure pour niveler le lit de grains de céréales, il se produit une dé-densification du lit, c'est-à-dire une diminution de la densité du chargement préalablement obtenue. [0039] Les débits de chargement devraient pouvoir être optimisés en fonction des surfaces de cales. Ils devraient pouvoir atteindre une valeur de l'ordre de 800 tonnes/heures en instantané. [0040] Pour atteindre ces objectifs, la Demanderesse a développé le dispositif de chargement dense représenté de manière schématique sur la figure 2. [0041] Ce dispositif comporte un organe tournant 4 connecté à la cheminée 3 du dispositif d'alimentation en grains par l'intermédiaire d'un support cylindrique 9. L'organe tournant 4 présente la forme d'un arbre creux d'axe X1 et de rayon sensiblement égal ou inférieur au rayon de la cheminée 3. [0042] Des moyens d'entraînement 10 sont prévus pour entraîner l'arbre creux 4 en rotation avec une vitesse de rotation ajustable. Ces moyens d'entraînement peuvent être réalisés sous n'importe quelle forme adaptée connue de l'état de la technique. Sur la figure 2, on a représenté à titre illustratif non limitatif un moteur 12 en prise avec une courroie d'entraînement 13, éventuellement dentée, agissant sur la périphérie de l'arbre creux 4 pour entraîner ce dernier en rotation. [0043] De manière similaire, les moyens de connexion, d'une part, du support cylindrique 9 à la cheminée 3 et, d'autre part, de l'arbre creux 4 au support cylindrique 9 peuvent être de tout type adapté, connu de l'état de la technique. Avantageusement, on pourra prévoir que l'arbre creux 4 est monté à rotation sur le support cylindrique 9 au moyen d'un roulement à billes ou a à galets (non représenté). [0044] L'arbre creux 4 est ouvert à son extrémité supérieure pour recevoir les grains depuis la cheminée 3 et présente également une ouverture 14 à son extrémité inférieure pour déverser les grains dans l'enceinte à remplir. [0045] L'arbre creux 4 porte, dans le mode de réalisation représenté à titre illustratif non limitatif, six séries de trois éléments déflecteurs 5 superposés (une série étant masquée sur la figure 2 pour plus de clarté), présentant la forme de pales. Il semble que la mise en oeuvre de huit séries puisse être particulièrement avantageuse dans certains cas, mais la variante à six séries a été représentée pour améliorer la clarté des figures. Ces séries de pales sont réparties régulièrement autour de l'arbre creux, en étant disposées en aval de ce dernier. Ainsi, chaque pale présente une extrémité interne 16 agencée à une distance de l'axe Xl inférieure au rayon de l'arbre creux de manière à être placée sur le passage des grains défini par l'intérieur de l'arbre creux. [0046] Chaque série d'éléments déflecteurs est avantageusement reliée mécaniquement à l'arbre creux depuis l'extérieur de ce dernier, pour ne pas entraver le passage des grains. [0047] Plus précisément, chaque série d'éléments déflecteurs est reliée à l'arbre creux au moyen d'un élément de fixation prenant la forme d'un bras 17 présentant deux portions 19, 20 orientées sensiblement dans la direction de l'axe Xl (un seul bras 17 a été représenté sur la figure 2 dans un souci de clarté). L'une de ces portions 19 comprend un dispositif de réglage 22 agencé pour ajuster sa longueur et modifier ainsi l'inclinaison longitudinale des éléments déflecteurs correspondants, relativement à l'axe X1, par rotation suivant un premier axe Al orthogonal à ce dernier, la longueur de l'autre portion 20 étant fixe. Le dispositif de réglage 22 peut être réalisé sous la forme d'un vérin ou sous toute autre forme adaptée connue de l'état de la technique, comme par exemple une vis sans fin coopérant avec un taraudage solidaire des éléments déflecteurs. [0048] De manière préférée, l'inclinaison longitudinale est la même pour tous les éléments déflecteurs d'une même série, voire pour tous les éléments déflecteurs de l'ensemble des séries. [0049] Par ailleurs, la seconde portion 20 peut avantageusement comporter une molette 24 coopérant avec des axes crantés 25 solidaires des éléments déflecteurs d'une série donnée et permettant, par rotation de chacun de ces axes suivant un axe A2 orthogonal au premier axe Al, de modifier l'inclinaison transversale des éléments déflecteurs. [0050] De même que pour l'inclinaison longitudinale, l'inclinaison transversale des éléments déflecteurs est préférablement la même pour tous les éléments déflecteurs d'une même série, voire pour tous les éléments déflecteurs de l'ensemble des séries. [0051] A titre illustratif non limitatif, un moteur 26 peut être agencé pour faire tourner la molette 24 en étant contrôlé à distance. [0052] L'homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter le présent enseignement à ses propres besoins en utilisant des moyens alternatifs connus pour assurer l'assemblage des éléments déflecteurs sur l'arbre creux, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. [0053] Il ressort de ce qui précède que les orientations des éléments déflecteurs, tant longitudinale que transversale, sont indépendantes de la vitesse de rotation de l'arbre creux, ce qui procure une grande souplesse dans le réglage du fonctionnement du dispositif de chargement dense selon la présente invention, en fonction des caractéristiques géométriques de l'enceinte à remplir et de la nature du solide divisé concerné. [0054] On notera que les éléments déflecteurs représentés sur la figure 2 ont une forme particulière qui est préférée, de manière non limitative toutefois. [0055] En effet, chacun des éléments déflecteurs comporte deux portions 28 et 29, sensiblement planes et inclinées l'une par rapport à l'autre de manière à présenter la forme d'un V en section transversale. En outre, les portions 28, 29 sont disjointes dans la région de l'extrémité interne de l'élément déflecteur correspondant pour définir un passage supplémentaire 30 afin que le solide divisé puisse être déversé sur chacun des éléments déflecteurs d'une même série à partir de celui qui est le plus proche de l'arbre creux. A titre d'exemple, chaque portion 28 ou 29 peut présenter une forme trapézoïdale en étant solidaire de l'autre portion par l'un de ses grands côtés dans la région située à proximité de la grande base, c'est-à-dire sa base qui est la plus éloignée de l'axe X1. [056] L'homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter la forme et la nature des éléments déflecteurs en fonction de ses besoins.
Ceux-ci pourront être réalisés avec une section rectangulaire ou incurvée, dans un matériau rigide, semi-rigide ou souple sans sortir du cadre de la présente invention, comme, par exemple et à titre non limitatif, en métal, en matière plastique, en caoutchouc, en caoutchouc armé ou encore en un matériau composite. En outre, il convient de noter que les deux portions 28, 29 peuvent être réalisées en des matériaux différents en fonction de la nature du solide divisé et de la géométrie de l'enceinte à charger. Dans le cas d'une mise en oeuvre du dispositif en milieu maritime, les matériaux retenus auront préférablement des propriétés adaptées pour résister aux conditions exigeantes telles que la présence importante de sel. [057] Pour améliorer encore la qualité du chargement, des moyens de réglage supplémentaires sont préférablement prévus pour ajuster la façon dont les particules de solide divisé sont déversées depuis l'arbre creux 4 vers les éléments déflecteurs 5. [58] Ainsi, l'ouverture 14 de l'arbre creux peut être avantageusement munie de moyens de réglage de sa taille, comme par exemple un diaphragme 32, tel que cela ressort plus particulièrement de la figure 3 qui représente le dispositif de la figure 2 dans une vue schématique de dessus. [59] L'homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour la réalisation de ce diaphragme ou de tout autre moyen adapté équivalent. A titre indicatif, la demande de brevet EP 0 482 991 Al divulgue plusieurs exemples de réalisation de diaphragmes. [60] Revenant à la figure 2, il apparaît que l'arbre creux 4 est également muni d'une pluralité d'ouvertures latérales 34, disposées en alignement avec les séries d'éléments déflecteurs suivant la direction de l'axe X1. Chacune de ces ouvertures latérales 34 présente une taille d'ouverture ajustable au moyen d'un volet 35 dont l'inclinaison peut être réglée indépendamment de celle des autres volets. [0061] Grâce à l'ensemble des caractéristiques de réglage qui viennent d'être exposées, combiné à la forme et à la répartition particulières des éléments déflecteurs, le dispositif de chargement dense selon la présente invention procure une très grande flexibilité pour permettre l'adaptation de ses propriétés de fonctionnement suivant les caractéristiques géométriques de l'enceinte à remplir, ainsi qu'en fonction de la nature du solide divisé à charger. [0062] En outre, les caractéristiques de réglage permettent d'ajuster les paramètres de fonctionnement du dispositif en cours de chargement pour prendre en compte notamment la montée du lit de grains. En effet, plus le lit de grains monte, plus la hauteur de chute des grains diminue, ce qui peut nécessiter une modification de l'inclinaison longitudinale des éléments déflecteurs, afin de les remonter. Dans ce cas, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, le dispositif selon l'invention permet avantageusement de modifier l'inclinaison longitudinale des éléments déflecteurs sans en modifier la vitesse de rotation. [0063] Des expériences conduites par la Demanderesse sur la base d'un dispositif similaire à celui qui vient d'être décrit, dans une version de dimensions réduites, ont permis de constater une augmentation de l'ordre de 11 % de la densité d'un chargement de grains de blé en référence à la densité obtenu par un chargement en vrac. Ces résultats démontrent clairement l'intérêt du dispositif selon l'invention en termes de sécurité dans le domaine du transport de céréales ainsi qu'en termes économiques étant donné l'augmentation de la charge transportable dans un volume donné. Outre l'avantage économique procuré par l'invention, il apparaît également que le fait qu'un navire donné puisse transporter une masse de céréales plus importante présente un avantage évident pour l'environnement. [0064] En ce qui concerne la mise en oeuvre du dispositif de chargement dense par son utilisateur final, il est possible de prévoir des tableaux de données de réglage mis à disposition de l'utilisateur pour lui indiquer comment ajuster les différents paramètres du dispositif (inclinaisons longitudinale et transversale des éléments déflecteurs, tailles des ouvertures centrale 14 et latérales 34) en fonction de la géométrie de l'enceinte à remplir et de la nature exacte du solide divisé à charger (prenant en compte notamment la densité d'une céréale donnée par exemple, dans la mesure où cette valeur influence également la manière dont se déroule le chargement). [0065] La description qui précède correspond à un mode de réalisation préféré de l'invention décrit à titre non limitatif. En particulier, les formes représentées et décrites pour les différents éléments constitutifs du dispositif de chargement dense ne sont pas limitatives. [0066] Il est par exemple possible d'utiliser un arbre plein de faible rayon à la place de l'arbre creux, tout en s'assurant que l'inclinaison longitudinale des éléments déflecteurs reste ajustable indépendamment de la vitesse de rotation de l'arbre. Toutefois, l'utilisation d'un arbre creux est préférée dans la mesure où elle permet de supprimer toute contrainte sur le passage du solide divisé à charger jusqu'à ce que ce dernier entre au contact des éléments déflecteurs. En outre, il faut noter que le fait que le solide divisé s'écoule dans l'arbre creux permet d'imprimer une composante de rotation à la vitesse de ses particules avant qu'elles ne tombent sur les éléments déflecteurs, réduisant ainsi les risques d'attrition de ces particules. [0067] Par ailleurs, l'homme du métier ne rencontrera pas non plus de difficulté particulière pour adapter le présent enseignement à ses propres besoins, notamment en choisissant un nombre approprié de séries d'éléments déflecteurs autour de l'arbre (préférablement 3, 4, 5, 6, 7 ou 8), ainsi qu'un nombre approprié d'éléments déflecteurs par série (préférablement entre 1, 2 ou 3, voire plus que 3). [0068] De plus, il est possible de prévoir une automatisation des réglages décrits sans sortir du cadre de la présente invention, ainsi que des moyens de suivi vidéo de l'avancement du chargement et des moyens de captation des poussières produites lors du chargement, comme par exemple un dispositif de fine nébulisation de gouttelettes d'eau à proximité des ouvertures du dispositif de chargement.