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Convoyeurs à vis : un aperçu général

Alimenteurs à vis - Convoyeurs à vis d'Archimède

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Résumé de la page
1. Définition d’un alimenteur à vis
2. Position dans le procédé
3. Considérations importantes pour la conception
4. Conception des filets de vis
5. Dosage
6. Problèmes courants avec les convoyeurs à vis
7. Fabricants de convoyeurs à vis

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Cet aperçu technique vous fournit en une seule page tout ce que vous devez savoir concernant la conception et le fonctionnement des convoyeurs à vis. Vous cherchez un guide de calcul ? Consultez notre page Calculs de conception des convoyeurs à vis.

1. Définition d’un convoyeur à vis

Qu’est-ce qu’un alimenteur à vis ?

Un convoyeur à vis est constitué d’un carter, généralement un tube ou un auge en U, dans lequel tourne un filet de vis ou une vis sans fin (lame hélicoïdale) permettant de déplacer mécaniquement des matériaux en vrac. La vis peut être sans arbre, ou posséder un arbre sur lequel est soudée la lame hélicoïdale.

Les convoyeurs à vis sont des équipements très répandus dans l’industrie de traitement des solides pour déplacer et/ou doser des produits. Leur principe permet une opération simple et assez robuste, bien que la conception doive être soigneusement détaillée afin d’éviter des problèmes pouvant entraîner des dommages au produit et à l’équipement lui-même (génération de corps étrangers). Les alimenteurs à vis sont utilisés avec des produits provoquant une abrasion nulle ou modérée, mais doivent être évités avec des produits très abrasifs ; la vis tournant dans le produit est en effet très sensible aux phénomènes d’abrasion.

Une vis montée directement sous une trémie en amont est souvent appelée *alimenteur à vis* dans la littérature, tandis que l’équipement seul est généralement désigné comme *convoyeur à vis*. Le convoyeur à vis est parfois appelé *vis d’Archimède*.

Un schéma typique de conception d’un convoyeur à vis est présenté ci-dessous :

Figure 1 : Schéma de principe d’un convoyeur à vis et composants clés

À la recherche d’autres équipements de dosage/alimenteurs ? Consultez ces autres pages : VANNES ROTATIVES À SAS, TUBES VIBRANTS. Par PowderProcess.net

2. Fonction dans le procédé

À quoi servent les vis d’Archimède ?

Les convoyeurs à vis sont généralement placés sous des trémies, où ils peuvent transporter horizontalement le produit vers une autre opération du procédé. Lorsque le transport implique également une pesée, la vis d’alimentation est en réalité utilisée comme équipement de dosage.

Les convoyeurs à vis peuvent également introduire des solides dans un système de transport pneumatique. Dans la plupart des cas, ils sont utilisés pour le transport sous vide, car il n’y a pas de problème de pression, mais certaines conceptions permettent aussi d’alimenter le produit vers une ligne de transport sous pression. Pour cette application spécifique, la conception du filet de vis doit permettre une compression du solide afin que le bouchon formé empêche l’air sous pression de la ligne de transport de remonter à travers la vis. Cela ne peut pas être utilisé pour tous les produits ; ainsi, pour le transport sous pression, les vannes rotatives à sas sont généralement préférées aux convoyeurs à vis pour introduire le produit.

Les alimenteurs à vis se trouvent dans toutes les industries manipulant des matériaux en vrac, pour convoyer et/ou doser des solides en vrac :

• Transformation alimentaire
• Pharmacie
• Céréales / Aliments pour animaux
• Traitement de l’eau (traitement des boues)
• Produits chimiques...

3. Considérations importantes

Quels sont les points importants lors de la conception d’un convoyeur à vis ?

Les convoyeurs à vis industriels peuvent être très longs (> 5 m), cependant ce type de conception ne peut être utilisé qu’avec des produits non sensibles et lorsque aucun nettoyage n’est requis. Il n’est en effet pas possible de retirer le filet de vis de ces convoyeurs, et bien que certaines conceptions permettent d’accéder à l’intérieur (auge par exemple), l’efficacité du nettoyage est réduite et le temps de nettoyage sera long. Par ailleurs, la longueur de la vis la rend sujette à la flexion et à des contacts métal/métal avec le carter, risquant de polluer le produit avec des copeaux métalliques. À titre indicatif, un filet de vis de 4 m peut se fléchir jusqu’à 7-8 mm par rapport à l’axe droit de l’arbre ; si aucune disposition n’a été prise pour permettre une telle flexion, des contacts métal/métal peuvent se produire.

La déflexion d’une vis supportée aux deux extrémités peut être calculée grâce à [1] :

δ = (5*W*L^³)/(384*E*I)

Avec :

W : poids total de la vis
L : longueur entre les paliers
E : module d’élasticité
I : moment d’inertie de l’arbre

Il apparaît préférable, pour les applications hygiéniques, de demander les caractéristiques suivantes :

• Vis courtes
• Filets extractibles
• 2 paliers / bien que des conceptions en porte-à-faux existent pour des vis très courtes de 1-1,5 m
• Fonctionnement à plat
• Vitesse périphérique ≤ 1 m/s et joints de palier étanches sous pression – pour la prévention ATEX

Les vis inclinées sont tentantes car elles permettent de résoudre de nombreux problèmes de procédé, notamment lors de la modernisation d’installations. Cependant, il faut être très prudent, car ces types de vis sont généralement difficiles d’accès et d’extraction pour le nettoyage, peuvent être plus sensibles à la flexion et aux contacts métal/métal, et sont peu efficaces (l’efficacité diminue avec l’angle).

Tableau 1 : Capacité du convoyeur à vis en fonction de son inclinaison

Angle de la vis (degrés)	Pourcentage de la capacité maximale (%)
<8	100
20	55
30	30
45	0

Il existe différents types de doseurs à vis que l’on retrouve dans les industries de procédés :

• Convoyeurs à vis avec arbre central
• Doseurs à vis sans arbre "queue de cochon"
• Convoyeurs à vis flexibles
• Convoyeurs à vis à auge ou tubulaires
• Vis simple ou double (particulièrement utilisés dans les doseurs à perte de poids)

Les convoyeurs à vis sont des équipements rotatifs, ce qui les rend dangereux pour les opérateurs qui tenteraient d’accéder à l’entrée ou à la sortie de la vis. Pour cette raison, une attention particulière doit être portée à la trémie d’alimentation et à la descente. Si celles-ci sont équipées de manchons flexibles, ces derniers doivent être démontables uniquement à l’aide d’un outil, et l’opérateur doit être formé pour arrêter la machine si un tel démontage est nécessaire. Dans le cas où cela n’est pas possible, une croix dans la conduite, empêchant d’atteindre le filet de la vis, peut être installée, à condition qu’elle n’entrave pas l’écoulement du produit. Dans tous les cas, une analyse des risques doit être réalisée par l’exploitant de l’**usine** pour s’assurer que les accès sont correctement protégés.

4. Conception des convoyeurs à vis

Quelles sont les caractéristiques d’un filet de vis (pas, etc.) ?

Le filet de vis peut prendre différentes formes et pas en fonction de l’application pour laquelle il est utilisé.

• Filet standard : pas constant = 1 × **diamètre intérieur** ; convient pour la plupart des applications

• Filet à pas court : utilisé pour les vis inclinées, peut également être utilisé pour des matériaux facilement fluidisables

• Filet à pas progressif : pas plus petit au début de la vis, peut être utilisé pour les doseurs sous trémie afin d’assurer une alimentation constante.

• Filet à pas décroissant : grand pas au début et pas plus court à la fin, ce qui crée une compression ; ce n’est pas une conception courante et cela peut entraîner une poussée importante sur la vis, une demande de puissance élevée et éventuellement des dommages mécaniques. Si la vis est correctement conçue, ce type de filet peut être utilisé comme dispositif d’alimentation vers un système sous pression, car la poudre comprimée à l’extrémité de la vis agit comme un bouchon empêchant les gaz de fuir vers la vis.

• Filet en ruban : utilisé principalement pour les matériaux collants

D’autres conceptions sont disponibles avec des pales ou des filets discontinus lorsqu’un mélange du matériau est nécessaire.

Dans les applications nécessitant un haut degré d’hygiène, l’arbre doit être plein (non creux), et le filet doit être entièrement soudé et poli. Cela afin d’éviter que le matériau ne reste piégé dans des zones inaccessibles et ne contamine ultérieurement les bons produits.

La conception de l’arbre et du moteur doit être parfaitement alignée afin que le moteur puisse entraîner la vis et la démarrer depuis une vitesse nulle ou la faire fonctionner en surcharge, situations où le couple requis est maximal. Inversement, l’arbre doit être conçu pour supporter un tel couple sans se rompre lors de son application.

5. Dosage

Lorsqu’ils sont utilisés pour des applications de dosage, les convoyeurs à vis doivent être équipés d’un moteur à variateur de fréquence (VFD) afin de fonctionner en mode vitesse rapide et vitesse fine (voir la page dosage ). Les convoyeurs à vis sont le plus souvent intégrés dans des systèmes automatiques de **gain de poids** ou de **perte de poids**. En mode Perte de poids, le doseur à vis peut fonctionner soit en mode volumétrique, soit en mode gravimétrique automatique.

6. Problèmes courants avec les convoyeurs à vis

Les convoyeurs à vis sont généralement des équipements fiables, cependant, un certain nombre de problèmes peut nécessiter des corrections :

Tableau 2 : problèmes courants avec les convoyeurs à vis

Problème	Cause racine et action
Contact métal-métal	Dommage au palier – remplacer le palier Jeu incorrect entre le filet de vis et le carter – revoir la conception ou remplacer le filet Corps étranger dans la vis – revoir la prévention des corps étrangers en amont du convoyeur à vis
Dommage au palier	La poudre a pénétré dans le palier – vérifier l’étanchéité du palier et le système de rinçage
Performances de la vis inférieures à la conception	Filet de vis monté dans le mauvais sens Mauvaise alimentation en poudre de la vis – vérifier l’alimentation en produit (absence de voûte ou de cheminée)
Convoyeur à vis bloqué	Vérifier si la vanne de sortie est ouverte Vérifier le pas de la vis – la poudre ne doit pas être compactée
Dosage imprécis avec la vis	Taille trop grande – vérifier la taille de la vis ou adapter le profil du filet à l’extrémité de la vis

7. Fabricants de convoyeurs à vis

De nombreuses entreprises proposent des convoyeurs à vis, mais toutes ne fabriquent pas des équipements vraiment sûrs et fiables. Voici quelques références de fabricants (notez que powderprocess.net n’a aucun lien avec ces entreprises) :

• TetraPak – Manutention des poudres
• Stolz

Source
[1] *Manutention des solides divisés*, Don McGlinchey, Blackwell, page 203