Mélangeurs horizontaux industriels : retour aux sources

19 janvier 2016

Comme dans toute industrie établie, les fondamentaux peuvent souvent être facilement tenus pour acquis ou complètement négligés. Lorsqu'il s'agit de mélanger et de mélanger, cela peut conduire à prendre de l'avance et à se concentrer uniquement sur des questions flashy telles que : combien de temps faut-il pour mélanger mon produit ? À quelle vitesse puis-je charger et/ou décharger ? ou Quelle est la durée de vie de ce type d'équipement ? Non pas qu’il ne s’agisse pas de questions importantes auxquelles il est important de répondre, mais nous savons tous qu’à moins de maîtriser les bases, aucune brillance ne peut vous distraire d’une mauvaise qualité. Bien que les mélangeurs se présentent sous de nombreuses formes, tailles et niveaux d'assainissement, cet article se concentrera sur les configurations horizontales générales et examinera les trois éléments clés suivants :• Conception de l'agitateur• Arbres• Technologies d'étanchéitéPagaie, ruban ou hybride : est-ce vraiment important ? Tu paries. En fait, c’est la décision la plus importante que vous prendrez. Les agitateurs à palettes sont spécialement conçus pour ramasser, soulever et culbuter dans une action de mélange douce mais approfondie, et sont idéaux pour mélanger des solides ou des liquides de différentes tailles de particules, densités et viscosités. Tout en étant mélangé, le matériau se déplace selon un motif tridimensionnel en forme de 8. Le matériau est constamment tiré des extrémités du mélangeur jusqu'au milieu du chiffre 8, où se produit le mélange le plus agressif. Un autre avantage des mélangeurs à palettes est qu'ils sont capables de fonctionner efficacement lorsqu'ils sont remplis à seulement 20 % de leur capacité nominale, permettant ainsi une flexibilité dans la taille des lots. Les agitateurs à palettes permettent également un accès plus facile pour le nettoyage entre les lots. Les mélangeurs à double ruban sont capables d’effectuer diverses opérations de mélange. Ces agitateurs sont excellents pour les matériaux fluides de même taille, forme et densité. Dans les mélanges contenant de petits agglomérats, l’action de cisaillement plus importante d’un mélangeur à ruban peut également être bénéfique. Les mélangeurs à ruban sont conçus pour un mélange minutieux de bout en bout, les spirales intérieures repoussant le produit loin de la décharge, tandis que les spires extérieures ramènent le matériau vers l'ouverture de décharge. Chaque spirale hélicoïdale est positionnée déphasée de 180 degrés. Ici, l'action de mélange se produit en frottant le matériau d'avant en arrière sur lui-même. Le vol supplémentaire d'un double ruban fournit deux fois l'action de mélange d'un mélangeur à simple ruban. Un ruban continu est préféré à un ruban segmenté car les vols intérieurs et extérieurs forment une hélice continue depuis la plaque d'extrémité jusqu'à la décharge. Les rubans segmentés ne s'étendent que d'un rayon à l'autre, provoquant des espaces dans la trajectoire qui interrompent le flux de produit et créent des poches de matériau stagnant. Les agitateurs hybrides combinent l’action de culbutage des palettes avec le motif roulant des rubans pour créer un double effet d’inversion. Ces agitateurs sont particulièrement efficaces avec les matériaux qui ont tendance à s'accumuler au centre du mélangeur, créant ainsi un niveau de produit plus uniforme dans tout le mélangeur. Ce type d'agitateur peut être configuré avec des palettes ou un ruban à l'intérieur ou à l'extérieur selon l'application. Bien que les temps de mélange précis soient réellement spécifiques à l'application, quel que soit le choix de l'agitateur, la règle générale est un temps de mélange moyen compris entre 3 et 7 minutes (après l'ajout du dernier ingrédient), en fonction du volume à mélanger. Choisir la configuration d'agitateur adaptée à votre application est crucial pour optimiser votre mélange, minimiser votre temps de mélange et garantir une évacuation efficace à la décharge.Tous les arbres ne sont pas créés égaux L’un des facteurs les plus importants pour déterminer la longévité d’un mélangeur horizontal repose sur l’élément fondamental de l’agitateur, communément appelé arbre. Voici les sept faits les plus importants à considérer lors de l'analyse de vos options : 1. Diamètre de l'arbre : L'arbre de l'agitateur transfère la force de rotation produite par l'ensemble d'entraînement aux palettes ou aux rubans. En supposant les mêmes exigences en matière de matériaux et de couple, les arbres de plus petit diamètre ont des concentrations de contraintes plus élevées que les arbres de plus grand diamètre (contrainte = force/section transversale du matériau où force = couple/rayon de l'arbre). L'arbre principal doit être conçu pour maintenir les niveaux de contrainte en dessous de la limite de fatigue du matériau de l'arbre. Les arbres de plus petit diamètre sont plus susceptibles de se briser en raison d'une rupture par fatigue que les arbres de plus grand diamètre.2. Déflexion statique : La déflexion statique de l'arbre se produit en raison du poids de l'arbre, des bras, des pales, des rubans et du matériel associé au mélangeur. L'arbre agit comme une poutre chargée en continu et simplement soutenue. La déflexion maximale se produit à mi-chemin entre les supports de roulement. Déflexion de l'arbre = (W»L3)/(E»I»76,8) où E est le moment d'inertie de l'arbre de l'agitateur. Pour diminuer la déflexion, le moment d'inertie de la section transversale de l'arbre doit être augmenté. Le moment d'inertie d'un arbre solide 4I5/V est plus de 2 fois supérieur à celui d'un tuyau de 4 pi 2 po. ID 5 po. OD programme 80. Une déflexion excessive de l’arbre favorisera la fatigue du métal et accélérera l’usure des joints.3. Déflexion dynamique : la déflexion dynamique de l'arbre se produit lorsque le mélangeur fonctionne. En général, la force exercée par le côté balayage vers le bas de l'agitateur est supérieure à celle du côté balayage vers le haut. Contrairement à la déflexion statique qui plie l'arbre vers le bas, la déflexion dynamique force l'axe de l'arbre vers le haut vers le côté ascendant du mélangeur. L'angle exact de déflexion dépend de variables telles que la conception de la palette ou du ruban, les caractéristiques du flux de matière et le chargement du produit. Une déviation excessive de l'arbre, due à la charge dynamique, augmentera les jeux entre l'agitateur et l'auge du côté balayage vers le bas du mélangeur. Les conceptions à arbre plein auront moins de déflexion que les arbres creux de diamètre similaire, favorisant une meilleure action de mélange.4. Arbre plein monobloc : Comme décrit ci-dessus, l'arbre agitateur d'un mélangeur est soumis à plusieurs contraintes de rotation et de flexion. Aujourd'hui, dans l'industrie, vous trouverez des mélangeurs faisant la promotion d'assemblages à bout ou à arbre creux avec l'idée qu'il est facile de retirer l'agitateur lorsque cela est nécessaire. Cette caractéristique constitue purement une réduction des coûts de fabrication car elle permet à l'agitateur d'être assemblé complètement à l'extérieur du mélangeur. Les ensembles d'arbres tronqués reposent sur des fixations filetées, dont la section transversale est beaucoup plus petite que celle de l'arbre principal, pour transférer l'énergie créée par l'ensemble d'entraînement du mélangeur. Un matériau d’arbre d’agitateur monobloc à noyau solide doit être utilisé pour réduire les contraintes et minimiser la déviation de l’agitateur. Si le retrait de l'agitateur pose problème, les mélangeurs doivent être construits avec des conceptions de plaques d'extrémité boulonnées et à joints.5. Augmentations de stress réduites : les mélangeurs industriels constituent un investissement en capital destiné à des décennies de service productif. Même si les mélangeurs horizontaux fonctionnent à des vitesses relativement faibles, entre 25 et 45 tr/min, ils peuvent devenir sensibles à la fatigue du métal au fil des années. Par exemple, un mélangeur fonctionnant deux fois par jour pendant 20 ans tournera environ 175 millions de fois. Pour éviter la fatigue du métal ou une rupture potentielle de l'arbre principal, la pratique consistant à utiliser des élévateurs de contrainte doit être minimisée. Pour les agitateurs à bras boulonnés, les rainures de clavette doivent avoir des coins à rayon. Avec les ensembles d'agitateurs soudés, il convient d'éviter de percer et de fixer les bras à l'arbre principal avant le soudage, car cela affaiblit l'arbre et crée des points d'hébergement pour le matériau.6. Rectitude de l'arbre : les ensembles d'agitateurs soudés sont utilisés dans les applications où l'assainissement et le nettoyage du mélangeur sont une préoccupation. Toutes les surfaces de contact ont des filets soudés qui sont meulés et polis jusqu'à une finition spécifiée. Lors de la fabrication, la chaleur créée par le soudage et le meulage de ces surfaces déformera l'arbre de l'agitateur. Souvent, la déformation n’est pas perceptible à l’œil nu. Comme étape finale du processus de fabrication, la tige doit être redressée. Une déformation excessive, un faux-rond > 0,005 po, accélérera l'usure des joints et des roulements, créant ainsi des coûts de maintenance à long terme plus élevés.7. Jeu des pales ou du ruban : Des études indépendantes ont prouvé que les jeux entre les pales ou les rubans de l'agitateur et l'auge peuvent avoir un impact significatif sur les performances de mélange. Des espaces importants ou inégaux produisent des coefficients de variation plus élevés et des temps de mélange plus longs. Pour la plupart des applications, la distance entre l'agitateur du mélangeur et l'auge doit être égale ou inférieure à 0,25 po pour les rubans et à 0,05 po pour les palettes. (Remarque : certaines applications nécessitent des espaces plus grands pour éviter la dégradation du produit mélangé). Pour vérifier les jeux précis de l'agitateur, des tests de contrôle de qualité documentés doivent être effectués pour mesurer les matières résiduelles pendant le nettoyage. Prendre des raccourcis vers l’un de ces sept principes aura un effet négatif sur les performances du mélangeur, les besoins de maintenance futurs et, en fin de compte, sur la durée de vie utile du mélangeur.