Conception de doseur à vis pour le dosage de matériaux en vrac

20 février 2018

Les doseurs à vis sont utilisés dans des milliers d'applications de manutention et sont conçus pour doser des matériaux en vrac à une vitesse d'alimentation contrôlée. Un convoyeur à vis standard est normalement alimenté par un autre convoyeur et la quantité de matière déchargée est directement proportionnelle à la quantité introduite à l'entrée. En revanche, l'entrée d'un doseur à vis est toujours chargée à 100 % ou par inondation et est généralement montée directement sur un dispositif de stockage tel qu'une trémie, un bac ou un silo. La quantité de matière déchargée par un doseur à vis est entièrement contrôlée par des paramètres de conception.

Une trémie est généralement de forme carrée ou rectangulaire avec un fond incliné et une capacité de stockage limitée. Un bac est très similaire à une trémie mais avec une plus grande capacité de stockage. Un silo est de forme cylindrique avec un fond conique ou massique et une grande capacité de stockage.

Étant donné que l'entrée de la vis d'alimentation est chargée par inondation, le débit d'alimentation ou de décharge souhaité influence directement la conception de la vis. Le taux de décharge d'un alimentateur à vis peut être déterminé avec précision par le contrôle de la vitesse et la conception du pas de la vis. L'utilisation d'entraînements à vitesse variable améliore la précision du dosage et peut fournir une large gamme de vitesses d'alimentation. Le contrôle du pas est également une considération importante dans la conception du doseur à vis.

Conception de base du chargeur à vis Une vis est conçue pour déplacer des matériaux en vrac d'une volée à l'autre à chaque révolution. Par conséquent, si la vis est chargée à 100 % et que la capacité est la même pour chaque volée, le nouveau matériau ne peut être introduit que dans la première volée sous le dispositif de stockage, à l'opposé de la décharge. Par conséquent, il n'est pas recommandé de concevoir des doseurs à vis avec un diamètre extérieur uniforme et un pas constant car les matériaux en vrac rempliront d'abord la vis par l'arrière de l'ouverture d'entrée, créant des trous de rat, des matériaux stagnants et un pontage possible des matériaux en vrac au-dessus du chargeur à vis. La figure 1 montre la conception incorrecte d'un distributeur à vis avec un diamètre extérieur uniforme et un pas constant. Pour aspirer les matériaux en vrac uniformément sur toute la longueur de l'entrée, chaque vol doit augmenter en volume disponible au fur et à mesure que la vis progresse vers la décharge du doseur à vis. Un système efficace et efficient nécessite un pas variable, un diamètre extérieur conique (OD) ou une conception de vis à débit massique. La figure 2 montre un distributeur à vis correctement conçu.

Types d'alimentateurs à visIl existe trois types de base de doseurs à vis :

Pas variable ou étagé Le pas de la vis varie du plus court au plus long au fur et à mesure que la vis progresse vers la décharge de la vis d'alimentation. Avec un pas variable, chaque pas augmente en longueur dans la section d'entrée, créant plus de volume disponible pour l'ajout de matériaux en vrac à partir de la trémie. Avec un pas étagé, le pas de vol change par incréments. Voir Figure 3. Par exemple, un doseur à vis à pas étagé peut avoir 2 pieds de pas de 1/3, puis 2 pieds de pas de 2/3 dans la section d'entrée.

Diamètre extérieur effiléLe diamètre extérieur de la vis est effilé depuis l'arrière de l'ouverture d'entrée jusqu'au carénage, créant ainsi plus de volume disponible pour l'ajout de matériaux en vrac à partir de la trémie. Voir Figure 4.

Débit massiqueLa conception du débit massique a été développée par Jenike & Johanson et est une combinaison de pas variable et de diamètre intérieur conique. Un cône conique est situé sur le tuyau central de la vis depuis l'arrière de l'ouverture d'entrée jusqu'à environ le centre de l'ouverture d'entrée. Les vols à pas court sont montés sur le cône, créant un volume disponible pour l'ajout de matériaux en vrac à partir de la trémie. Un pas variable est ensuite ajouté à la vis en commençant là où le cône se termine et en continuant jusqu'à la décharge. Voir Figure 5.

Les doseurs à vis sont disponibles dans une variété de tailles, de longueurs, de configurations et de matériaux de construction. La plupart des doseurs à vis mesurent moins de 20 pieds de long car l'utilisation de paliers de suspension internes n'est pas recommandée. Les alimentateurs à vis peuvent être composés d'une, deux ou pratiquement n'importe quel nombre de vis. Un alimentateur à vis avec plusieurs vis est considéré comme un alimentateur à vis à fond vivant. La figure 6 montre un alimentateur de fond à double vis.

Un doseur à vis typique est constitué des composants suivants illustrés à la figure 7 :

un. Visb. Creuxc. Déchargé. Suaire. Creux extrémitésf. Unité d'entraînement. Inléth. CouvertureCarénage du chargeur Les alimentateurs à vis doivent être équipés d'un carénage d'au moins deux pas au-delà de l'ouverture d'entrée pour empêcher l'inondation du matériau en vrac au-delà de l'entrée. Le carénage est un couvercle incurvé qui convertit une auge en U standard en un boîtier tubulaire pour empêcher les matériaux en vrac de déborder au-delà de la vis. Des carénages allongés, des boîtiers tubulaires ou des vols à pas court peuvent être utilisés pour un contrôle précis du débit d'alimentation lors du dosage de matériaux en vrac à écoulement très libre.

Capacité et vitesse du chargeur à vis Le pas du dernier pas de vis entrant dans le carénage détermine la vitesse d'alimentation de la vis d'alimentation et est appelé pas de contrôle. Le pas de commande est généralement inférieur au pas complet. La capacité du pas de contrôle est calculée en pieds cubes/h par RPM. La vitesse du doseur à vis peut être déterminée en divisant la capacité maximale du doseur à vis en pi3/h par la capacité du pas de commande en pi3/h par tr/min. La plupart des vitesses d'alimentation à vis sont inférieures aux vitesses de convoyeur à vis standard. Par exemple, dans les applications industrielles lourdes, les doseurs à vis fonctionnent généralement à des vitesses inférieures à 20 tr/min. Plus de couple est généré à des vitesses de fonctionnement inférieures, ce qui garantit que la vis d'alimentation ne cale pas au démarrage.

Exigences de puissance du chargeur à vis Les exigences de puissance et de couple pour un alimentateur à vis sont beaucoup plus élevées qu'un convoyeur à vis comparable. Un alimentateur à vis doit démarrer avec une entrée chargée d'inondation et le poids de la charge en tête du matériau en vrac dans la section d'entrée. Les matériaux en vrac ont également tendance à se tasser lorsqu'ils sont sous pression dans une trémie, un bac ou un silo. À mesure que la densité du matériau en vrac augmente, les exigences en matière de puissance et de couple augmentent également. La puissance et le couple de démarrage peuvent facilement être 2½ fois supérieurs aux conditions de fonctionnement normales. Il est recommandé de consulter un fabricant membre de la Conveyor Equipment Manufacturer's Association (CEMA) pour une conception appropriée du doseur à vis.

Facteurs à considérerPlusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception d'un doseur à vis, notamment :

1. Caractéristiques d'écoulement des matériaux en vrac stockés et mesurés2. Densité des matériaux en vrac à l'état stocké et dosé3. Vitesse d'alimentation maximale et minimale du processus4. Taille des matériaux en vrac avec analyse d'écran5. Largeur et longueur de l'ouverture d'entrée du chargeur à vis6. Longueur totale de la vis d'alimentation7. Hauteur des matériaux en vrac dans la trémie, le bac ou le silo

Autres types d'alimentateurs à vis

Doseur à vis/convoyeur à diamètres multiplesLes doseurs à vis/convoyeurs à diamètres multiples se composent d'un doseur à vis avec un convoyeur d'extension. Un alimentateur à vis de plus petit diamètre est situé sous une trémie, un bac ou un silo et est chargé par inondation. L'alimentateur à vis dose le matériau en vrac vers le convoyeur d'extension de plus grand diamètre. Lorsque le matériau en vrac atteint le convoyeur d'extension, la charge en auge diminue et le matériau en vrac est transporté vers la décharge. Les roulements de suspension sont autorisés dans le convoyeur d'extension tant que la charge en auge est inférieure à 45 %. La figure 8 montre un alimentateur/convoyeur typique.

Doseurs à vis à fond vifLes doseurs à vis à fond vif sont conçus pour être utilisés sur de grands silos, bacs et trémies avec de grandes ouvertures de décharge. L'alimentateur à vis à fond vivant utilise plusieurs vis d'alimentation en tandem pour créer un "fond vivant" afin d'empêcher le pontage. Les matériaux en vrac sont dosés et extraits de manière égale sur toute la largeur et la longueur de l'ouverture d'entrée. Les doseurs à vis à fond vivant sont utilisés sur des matériaux en vrac qui ont tendance à se tasser ou à se ponter facilement. La figure 9 montre un alimentateur de fond à quatre vis.

Doseurs à vis inclinésLes doseurs à vis inclinés mesurent et élèvent les matériaux en vrac des trémies, bacs ou silos, et remplissent la même fonction que les doseurs à vis horizontaux. Cependant, une attention particulière est requise lors de la conception de doseurs à vis inclinés. La figure 10 montre des doseurs à vis inclinés typiques. La connaissance des caractéristiques d'écoulement des matériaux en vrac est extrêmement importante pour la conception réussie d'un doseur à vis inclinée. L'angle de repos et la fluidité d'un matériau en vrac détermineront la conception du doseur à vis et l'angle d'inclinaison maximum. Des tests de matériaux en vrac sont nécessaires pour tous les doseurs à vis inclinés avant qu'une conception appropriée puisse être établie. La plupart des fabricants de convoyeurs à vis certifiés CEMA disposent d'installations d'essai pour les matériaux en vrac et peuvent tester votre matériau en vrac avant de déterminer la conception appropriée du chargeur à vis inclinée.

Les alimentateurs à vis font partie intégrante de la plupart des opérations de manutention de matériaux en vrac. La conception appropriée du doseur à vis garantit le succès du traitement des matériaux en vrac.

Bill Mecke, PE, est président et propriétaire de KWS Manufacturing Company, Ltd, l'un des plus grands fabricants de convoyeurs à vis aux États-Unis. Il a plus de 25 ans d'expérience dans la manutention de matériaux en vrac. Pour plus d'informations, visitez www.kwsmfg.com.

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