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Convoyage mécanique des solides en vrac

Équipements de manutention : convoyeurs à bande, vis de convoyage, vis souple, convoyeurs vibrants, élévateurs à godets, convoyeurs aéro-mécaniques

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Résumé de la page
1. Définition du convoyage mécanique
2. Vis de convoyage
3. Convoyeurs vibrants
4. Convoyeurs aéro-mécaniques
5. Convoyeurs à bande
6. Convoyeurs à godets

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1. Définition du convoyage mécanique

Qu'est-ce qu'un convoyeur mécanique ?

Le convoyage mécanique s'oppose directement au transport pneumatique dans les industries manipulant des solides en vrac tels que poudres, pastilles ou granulés. Si le transport pneumatique n'utilise aucune pièce mobile pour convoyer les matériaux, mais seulement de l'air, le convoyage mécanique nécessite un équipement de manutention qui déplacera les solides tout au long du trajet de transport.

Il existe de nombreux types de convoyeurs mécaniques, remplissant tous la même fonction, à savoir transporter un matériau d'un point A à un point B, mais les principes de conception sont totalement différents. Cela permettra à chaque type de convoyage d'être plus ou moins adapté à certaines industries.

Par exemple, les vis de convoyage sont des instruments de choix dans l'industrie agroalimentaire sur de courtes distances pour le dosage, tandis que les convoyeurs à godets ou à bande trouveront bien plus d'applications dans les industries céréalières ou minières.

Un aperçu des différentes conceptions de convoyage mécanique est présenté dans le tableau suivant, permettant de guider le lecteur dans le choix de la technologie adaptée à son application.

Équipement de manutention	Capacité	Distance de convoyage	Impact sur les matériaux fragiles	Matériaux enclins au colmatage	Rétention de matériau	Confinement
Vis de convoyage	Élevée (0-450 m³/h)	Courte	Fort	Adapté		Bon
Tubes vibrants	Élevée	Courte	Faible	Non adapté	Presque aucune rétention	Bon
Convoyeurs aéro-mécaniques	Faible	Moyenne	Moyen	Provoquera des problèmes		Bon
Convoyeurs à bande	Très élevée	Très longue	Faible	Adapté		Aucun confinement
Convoyeurs à godets	Très élevée	Courte (verticale)	Fort	Provoquera des problèmes		Très difficile

Cette page présente les aspects clés de conception des différents convoyeurs mécaniques utilisés dans l'industrie.

2. Vis de convoyage

Caractéristiques des vis de convoyage

Les vis de convoyage utilisent une hélice, également appelée vis d'Archimède, pour déplacer les matériaux. Il existe 2 types principaux de vis de convoyage :

• Vis tubulaires : l'hélice est à l'intérieur d'un tube, il n'est donc possible d'accéder à la vis qu'en la retirant du tube.
• Vis à auge : la vis est située au fond d'une auge, il est donc possible d'ouvrir les couvercles de l'auge et d'accéder à la vis.

Un schéma typique de conception de vis de convoyage est présenté ci-dessous :

Figure 1 : Schéma de principe d'une vis de convoyage et composants clés

Capacité des vis de convoyage

• Jusqu'à 400-500 m³/h, selon la vitesse de la vis, le diamètre, la conception de l'hélice et l'inclinaison.

Diamètre

• 100-600 mm

Distance de convoyage

• En principe jusqu'à 10 m, mais des distances plus courtes sont recommandées, en particulier pour les industries sensibles aux corps étrangers et/ou nécessitant un nettoyage. Pour ces industries, 1-2 m sont recommandés. Pour des longueurs > 2 m, si la vis doit être inspectée, le type à auge est préféré (il faut cependant veiller à la sécurité concernant l'accès).
• Dans certains cas, il est possible d'envisager plusieurs vis en série pour atteindre des distances plus longues, mais une telle conception doit être abordée avec prudence, car elle nécessite un contrôle spécifique et l'accès/la maintenance ne sont pas faciles.
• Notez que dans certains cas, les vis tubulaires et à auge peuvent être inclinées (maximum 40°, mais une telle configuration doit être utilisée avec précaution, car elle a un impact significatif sur les performances et l'accessibilité de la vis).

Puissance

• 1-10 kW pour les applications normales, jusqu'à 20 kW pour les applications spécifiques. Les vis peuvent être équipées d'entraînements directs ou par courroie/chaîne.
• Pour les applications de dosage, l'entraînement de la vis peut être équipé d'un variateur de fréquence.

Conceptions spécifiques

• Des conceptions optimisées pour le nettoyage sont disponibles pour les industries agroalimentaires : couvercles à ouverture facile et retrait de l'hélice.
• Il est possible d'avoir des vis avec 2 sorties. La commande d'entraînement peut être inversée pour convoyer dans une direction ou une autre.
• Pour les vis utilisées pour extraire des matériaux d'un silo, il est possible d'envisager un pas différent au début de la vis afin d'assurer une bonne et uniforme prise de matière du produit.

Sécurité

• Les transporteurs à vis sont des équipements rotatifs ; il est donc crucial d'empêcher tout accès à l'hélice lorsque celle-ci est en fonctionnement. Cela peut être réalisé en verrouillant l'entrée et la sortie de la vis grâce à des raccords nécessitant des outils pour être ouverts, et en positionnant des interrupteurs sur tous les accès à ouverture rapide, tels que les couvercles de goulotte ou les trappes ouvrables, afin que l'alimentation électrique de la vis soit coupée si l'un de ces accès est ouvert.
• Les transporteurs à vis sont sensibles aux risques d'explosion de poussières. Ainsi, la conception doit garantir que la vitesse périphérique des hélices soit inférieure à 1 m/s et que les paliers soient protégés par de l'air comprimé. Les équipements électriques environnants doivent également être certifiés pour les zones à risque d'explosion de poussières, et la température maximale du moteur doit être inférieure aux températures d'inflammation minimale (MIT) et d'auto-inflammation (SIT) des matériaux.

Transporteurs à vis flexibles

Un 3ème type de transporteur à vis, en plus des transporteurs tubulaires et à auge, peut être conçu : les transporteurs à vis flexibles. Ces transporteurs possèdent une hélice spéciale, flexible, sans arbre central, fabriquée en acier, tournant à l'intérieur d'un tube en plastique.

Ce type de conception est utilisé pour s'adapter à des contraintes d'implantation spécifiques où une vis rigide ne pourrait pas s'intégrer. Il faut cependant reconnaître que l'avantage en termes de flexibilité d'implantation s'accompagne de certains inconvénients :

• Impossible en pratique d'inspecter ou de nettoyer la vis
• Risques de corps étrangers, car la vis frotte contre le tube de temps à autre
• Impact mécanique potentiellement fort sur le produit transporté, car la vis doit tourner rapidement pour déplacer les matériaux
• La vis se centre grâce au produit ; elle ne peut donc pas fonctionner à vide sans endommager le tube

3. Tubes vibrants

Transporteurs vibrants caractéristiques

Les transporteurs vibrants utilisent un moteur vibrant pour créer un mouvement des matériaux. Il existe 2 principaux types de transporteurs vibrants :

• Transporteurs vibrants tubulaires : le produit est à l'intérieur d'un tube
• Plateaux vibrants : le produit est transporté sur une auge plate

Figure 2 : Conception typique d'un transporteur vibrant

Capacité des transporteurs vibrants

• Jusqu'à 20 m³³/h, selon le diamètre, le moteur et l'inclinaison.

Diamètre intérieur

• 80-400 mm

Distance de transport

• En principe jusqu'à 5-6 m.
• Dans certains cas, il peut être possible d'envisager plusieurs transporteurs en série pour atteindre des distances plus longues, mais une telle conception doit être abordée avec prudence, car elle nécessite un contrôle spécifique et l'accès/maintenance n'est pas aisé.
• Les transporteurs vibrants peuvent accepter une légère inclinaison, maximale de 5° vers le haut et 10° vers le bas.

Entraînement

• Les transporteurs vibrants peuvent être équipés d'entraînements électromécaniques (vibrateurs magnétiques), particulièrement utiles pour un dosage fin
• Ou ils peuvent être équipés de moteurs électriques déséquilibrés, plus adaptés aux grandes capacités de transport.

Conceptions spécifiques

• Les très petits transporteurs vibrants (typiquement les plateaux vibrants) peuvent être utilisés pour un dosage précis, par exemple sur des doseurs pondéraux ("Loss In Weight Feeders")

Sécurité

• Les transporteurs vibrants sont intrinsèquement sûrs d'un point de vue sécurité au travail, car ils ne comportent pas de pièces rotatives (à l'exception de l'entraînement, qui est encapsulé).
• Les équipements électriques à proximité des transporteurs vibrants doivent également être certifiés pour les zones à risque d'explosion de poussières, et la température maximale du moteur doit être inférieure aux températures d'inflammation minimale (MIT) et d'auto-inflammation (SIT) des matériaux.

4. Transporteurs aéro-mécaniques

Caractéristiques des transporteurs aéro-mécaniques

Les transporteurs aéro-mécaniques, également appelés transporteurs à câble, peuvent, à première vue, sembler similaires à un système de transport pneumatique : on observe un tube de transport avec un tracé flexible, allant d'un point A à un point B. Cependant, le principe de transport est totalement différent : les transporteurs aéro-mécaniques utilisent des disques, reliés par des chaînes ou des câbles, pour créer des poches à l'intérieur du tube et entraîner les matériaux le long de celui-ci. Cela signifie en réalité que 2 tubes sont nécessaires : un pour amener le produit, et un autre pour ramener les disques, vides, vers le point de prélèvement.

Figure 3 - Principe de fonctionnement des transporteurs aéro-mécaniques

Capacité des transporteurs aéro-mécaniques

• Jusqu'à 40 m³³/h, selon le diamètre et le moteur

Diamètre intérieur

• 80-250 mm

Distance de transport

• En principe jusqu'à 50 m.
• Jusqu'à 10 m en montée

Entraînement

• Entraînements par chaîne ou par courroie

Spécificités de conception

• Les transporteurs aéro-mécaniques sont bien adaptés aux granulés fragiles qui ne doivent pas être endommagés pendant le transport.
• On ne peut exclure que les disques s'usent avec le temps, entraînant ainsi un risque de corps étrangers plus ou moins critique selon l'industrie concernée.

Sécurité

• Les transporteurs aéro-mécaniques comportent des pièces mobiles ; il est donc nécessaire de sécuriser l'entrée et la sortie afin que les opérateurs ne puissent pas se faire coincer la main par les chaînes, câbles ou disques.
• Les disques de transport sont en plastique et ont généralement une vitesse de déplacement < 1 m/s, évitant ainsi les risques d'étincelles. Les équipements électriques à proximité des transporteurs aéro-mécaniques doivent être certifiés pour les zones à risque d'explosion de poussières, et la température maximale du moteur doit être inférieure aux MIT et SIT des matériaux.

5. Transporteurs à bande

Caractéristiques des transporteurs à bande

Les transporteurs à bande utilisent une bande en caoutchouc pour transporter les matériaux. Les transporteurs à bande peuvent être plats ou inclinés.

Capacité des transporteurs à bande

• La capacité dépend de la vitesse de la bande, de sa largeur et de la hauteur de la couche de matériau transportable
• Max 2-3 m/s

Dimensions

• Jusqu'à 1-1,5 m de large

Distance de transport

• Variable, peut être très longue dans des industries comme l'exploitation minière. Plusieurs transporteurs peuvent être disposés en série.

Entraînement

• 6 kW pour une section de 6 m

Spécificités de conception

• Les transporteurs à bande, en particulier ceux fonctionnant à grande vitesse, exercent une forte contrainte sur la bande ; un instrumentation spécifique doit donc être prévue, telle que des contrôleurs de vitesse et des capteurs d'alignement.
• La tension de la bande doit toujours être correcte ; un système de tensionnement doit donc faire partie de la conception.

Sécurité

• L'équipement doit faire l'objet d'une analyse des risques d'explosion de poussières, en particulier pour les bandes fonctionnant à grande vitesse.
• Les équipements électriques à proximité des transporteurs à bande doivent être certifiés pour les zones à risque d'explosion de poussières, et la température maximale du moteur doit être inférieure aux MIT et SIT des matériaux.

6. Élévateurs à godets

Transporteurs à godets caractéristiques

Les élévateurs à godets sont particulièrement utilisés dans les industries lourdes : exploitation minière, cimenteries, centrales électriques ou encore dans les industries céréalières. Ils permettent d'élever à haute capacité des matériaux qui ne pourraient pas être transportés autrement.

Capacité des transporteurs à godets

• Jusqu'à 200 m³/h, selon la taille et la vitesse des godets

Dimension

• Godets d'une largeur allant jusqu'à 0,5 m

Distance de transport

• Le transport s'effectue toujours vers le haut, jusqu'à 50 m

Entraînement

• Entraînement par chaîne ou accouplement direct

Spécificités de conception

• Les godets sont fixés sur une courroie en caoutchouc.

Sécurité

• Les élévateurs à godets ont été à l'origine de plusieurs explosions par le passé, d'où la nécessité d'une analyse approfondie des risques liés aux poussières doit être réalisée pour chaque unité. Si la prévention des explosions n'est pas possible, la plupart des fabricants proposent désormais d'inclure des évents d'explosion.
• Les équipements électriques à proximité des transporteurs à godets doivent être certifiés pour les zones à risque d'explosion de poussières, et la température maximale du moteur doit être inférieure au MIT (*Minimum Ignition Temperature*) et au SIT (*Smoldering Ignition Temperature*) des matériaux manipulés.