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Calculs de conception d’un transporteur à vis, étape par étape

Conception des doseurs à vis (capacité, taille)

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Résumé de la page
1. Conception des transporteurs à vis : méthodes
2. Procédure de conception d’un transporteur à vis
3. Outil de calcul de taille et de capacité des transporteurs à vis

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1. Conception des transporteurs à vis : méthodes

Comment dimensionner un doseur à vis ?

Les transporteurs à vis font partie des équipements les plus répandus pour le transport et le dosage des solides en vrac. Il est donc nécessaire, dans de nombreux projets, de calculer la taille d’un transporteur à vis afin d’atteindre une capacité requise. Il peut également être nécessaire de vérifier la capacité d’une vis existante si le matériau traité change ou si la capacité requise augmente. Peu de formules existent dans la littérature et sont présentées dans ce court **Guide Technique**.

Avertissement : Il convient de noter que ces formules visent à donner une estimation de la taille du transporteur à vis (c’est-à-dire son diamètre) et de la vitesse à laquelle il fonctionnera, sur la base de certaines hypothèses et décisions de conception (choix du pas de vis, inclinaison). Les formules peuvent également servir à vérifier approximativement la capacité d’un doseur à vis existant. Elles ne sont pas destinées à un dimensionnement détaillé, tâche qui doit toujours être confiée à une entreprise spécialisée (par exemple, adhérente à l’association CEMA aux États-Unis ou SHAPA au Royaume-Uni).

Cette page suppose que le matériau n’est pas agglomérant. Cela est particulièrement important, notamment lors de l’utilisation de la vis dans les industries minières ou du béton, où des précautions spéciales, non détaillées ici, doivent être prises.

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

Figure 1 : Principe de fonctionnement et composants clés d’un transporteur à vis

2. Procédure de conception d’un transporteur à vis

Comment calculer la taille et la capacité d’un doseur à vis ?

Données connues : capacité requise du transporteur à vis, matériau
Inconnues : taille et caractéristiques de la vis

2.1 Formule générale

La capacité d’un transporteur à vis avec un filet standard peut être estimée de la manière suivante :

Avec

Q = capacité de la vis en kg/h
D = diamètre de la vis en m
S = pas de la vis en m
N = vitesse de rotation de la vis en tr/min
α = taux de remplissage
ρ = masse volumique apparente du matériau en kg/m^³
C = facteur de correction d’inclinaison

Étape 1 : définir les exigences

• Définir la capacité requise pour le transporteur à vis. La conception de la vis doit atteindre une capacité égale ou supérieure à cette valeur.

Exemple : l’exigence pour une vis transportant du sucre est de 3500 kg/h.

Étape 2 : calculer la capacité du transporteur à vis

• Supposer un diamètre D

• Définir le pas de la vis (dépend des caractéristiques du produit à transporter, entre autres paramètres) en fonction du diamètre de la vis.

Pas	Longueur du pas S
Standard	S = D
Court	S = 2/3 × D
Demi-pas	S = D/2
Long	S = 1,5 × D

• Estimer le taux de remplissage α de la vis en fonction des propriétés d’écoulement du solide à transporter

Matériau	Taux de remplissage minimal	Taux de remplissage maximal
Peu fluide	0,12	0,15
Fluide moyen	0,25	0,30
Très fluide	0,4	0,45

À noter qu’il s’agit uniquement d’ordres de grandeur. Les valeurs peuvent être plus ou moins élevées ; dans certains cas, le taux de remplissage peut même atteindre 95 %.

• Pour la conception de transporteurs à vis inclinés : Déterminer si le transporteur à vis est horizontal (ce qui est toujours préférable) ou doit être incliné. Déterminer le facteur de correction correspondant.

Inclinaison en °	Facteur de correction C
0	1
5	0,9
10	0,8
15	0,7
20	0,65

• Réglez la vitesse de la vis de sorte que la capacité de la vis soit supérieure à la demande requise.

Exemple :

• Le diamètre supposé est de 0,1 m
• Aucune spécification particulière pour la vis, le pas est choisi standard, S = 0,1 m
  
• Le sucre est un produit fluide, un coefficient de remplissage de 0,45 est sélectionné
• La vis est installée sans inclinaison, C = 1
• La masse volumique du sucre est de 800 kg/m³

Le calcul donne 17 kg/h pour 1 tr/min. En ajustant la vitesse, 207 tr/min sont nécessaires pour atteindre une capacité de 3500 kg/h.

Étape 3 : comparer la capacité calculée à la vitesse maximale admissible de la vis

Certaines vitesses maximales de référence pour les vis sont indiquées dans le tableau ci-dessous :

Diamètre de la vis en m	15%	30%A	30%B	45%
0,1	69	139	69	190
0,15	66	132	66	182
0,23	62	122	62	170
0,25	60	118	60	165
0,30	58	111	58	157
0,36	56	104	56	148
0,41	53	97	53	140
0,46	50	90	50	131
0,51	47	82	47	122
0,61	42	68	42	105

Si la vitesse calculée à l’étape 2 est < à la vitesse maximale admissible pour le diamètre de vis sélectionné, la conception peut être conservée.

Si la vitesse calculée à l’étape 2 est > à la vitesse maximale admissible pour le diamètre de vis sélectionné, la conception n’est pas adaptée et le calcul doit être relancé en modifiant un paramètre, généralement le diamètre.

Remarque : lors de la manutention de poudres susceptibles d’engendrer une explosion de poussière, la vitesse maximale doit donner une vitesse périphérique de la vis < 1 m/s.

Exemple :

• Le diamètre sélectionné était de 0,1 m, pour lequel la vitesse maximale recommandée à 45 % est de 190 tr/min
• La vitesse calculée est trop élevée, le calcul doit être refait en modifiant un paramètre. Un diamètre supérieur peut être sélectionné, D = 0,15 m
• Le calcul est relancé et cette fois, une vitesse de 62 tr/min est obtenue. Celle-ci étant inférieure à la vitesse maximale recommandée, la conception de la vis peut être retenue.

2.2 Formule alternative fournie par le CEMA

L’association CEMA donne la capacité d’un transporteur à vis comme suit :

C = 0,7854*(D_s^²-D_p²").P.K.60/1728

Avec :

C = capacité en pieds³/h/tr·min⁻¹
D_s = Diamètre de l’hélice de la vis en pouces
D_p = Diamètre intérieur de l’arbre ou du tube supportant l’hélice de la vis (en pouces)
P = pas de la vis en pouces
K = taux de remplissage de l’auge (en %)

Il s’agit de la capacité par tour (1 tr·min⁻¹). Si les dimensions sont connues, dans le cas d’une vis existante, la capacité horaire peut être calculée en multipliant par la vitesse de rotation (tr·min⁻¹) à laquelle la vis est utilisée.

La formule donne des résultats similaires à celle indiquée ci-dessus.

3. Outil de calcul pour la taille et la capacité des transporteurs à vis

Vous pouvez trouver un outil de calcul ici appliquant la formule donnée sur cette page. Veuillez utiliser cet outil uniquement pour obtenir une estimation approximative de la taille d’une vis, ne réalisez pas de conception détaillée avec ce fichier Excel.