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Conception des vis de convoyages (Archimede) : guide de calcul

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Page summary
1. Méthodes de conception des convoyeurs à vis
2. Procédure de conception d'un convoyeur à vis
3. Outil de calcul de taille et de capacité de convoyeur à vis

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1. Méthodes de conception des convoyeurs à vis

Comment dimensionner un doseur à vis ?

Les convoyeurs à vis font partie des équipements les plus répandus pour le transport et le dosage des matières en vrac. Il est donc nécessaire dans de nombreux projets de calculer la taille d'un convoyeur à vis afin d'atteindre une capacité requise. Il peut également être nécessaire de vérifier la capacité d'une vis existante en cas de changement de matériau manipulé ou d'augmentation de la capacité requise. Peu de formules existent dans la littérature et celles que nous avons pu trouver sont présentées dans ce bref guide de calcul.

Avertissement : Il convient de noter que ces formules visent à donner une idée de la taille du convoyeur à vis (c'est-à-dire son diamètre) et de la vitesse à laquelle il fonctionnera, sur la base de certaines hypothèses et de certaines décisions de conception (choix de l'inclinaison et de l'hélice de la vis). Les formules peuvent également être utilisées pour vérifier approximativement la capacité d'un doseur à vis existant. Elles ne sont pas destinées à une conception détaillée ni à la fabrication d'une nouvelle vis, tâche qui doit toujours être confiée à une société spécialisée (par exemple, adhérant à l'association CEMA aux États-Unis, ou SHAPA au Royaume-Uni).

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

Il est a noter que deux grands types de vis existent : les vis tubulaires et les vis en auge (trough en anglais).

Un schéma typique de conception de convoyeur à vis (tubulaire) est présenté ci-dessous :

Figure 1 : Schéma de principe du convoyeur à vis et composants clés

2. Procédure de conception d'un convoyeur à vis

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

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

A noter que les formules ci dessous ont ete developpees pour des vis en auge.

2.1 Formule générale

La capacité d'un convoyeur à vis avec une spire 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 = coefficient de remplissage
ρ = densité en vrac du matériau en kg/m3
C = facteur de correction d'inclinaison

Étape 1 : définir le besoin process

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

Exemple : le besoin process pour un convoyeur à vis transportant du sucre est de 3500 kg/h.

Étape 2 : calculer la capacité du convoyeur à vis

• Supposons un diamètre D

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

Pas	Longueur de pas S
Standard	S=D
Court	S=2/3*D
Demi	S=D/2
Long	D=1.5*D

• Estimez the taux de remplissage a de la vis en fonction des proprietes d'ecoulement des pulverulents a transporter.

Materiau	Taux de templissage minimal	Taux de remplissage maximal
Mauvais ecoulement	0.12	0.15
Ecoulement moyen	0.25	0.30
Bon ecoulement	0.4	0.45

À noter que ce ne sont que des ordres de grandeur. Les valeurs peuvent être plus ou moins élevées, dans certains cas, le coefficient de chargement peut même atteindre 95 %.

• Pour la conception d'un convoyeur à vis incliné : Déterminez si le convoyeur à vis est plat (ce qui est toujours préférable) ou s'il doit être incliné. Déterminez le facteur de correction correspondant.

Inclination en °	Facteur de correction C
0	1
5	0.9
10	0.8
15	0.7
20	0.65

• Ajustez la vitesse de la vis de manière à ce que la capacité de la vis soit supérieure à l'exigence.

Exemple :

• Le diamètre supposé est de 0,1 m.
• Aucune fonction spécifique pour la vis, le pas est choisi standard, S=0,1 m.
• Le sucre est fluide, une charge de 0,45 est sélectionnée.
• La vis est installée sans inclinaison, C=1.
• La densité 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 : comparez la capacité calculée à la vitesse maximale de la vis.

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

Diametre 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 inférieure à la vitesse maximale pour le diamètre de la vis sélectionné, la conception peut être conservée.

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

Notez que lors de la manipulation de poudres susceptibles de provoquer une explosion de poussière, la vitesse maximale doit donner une vitesse de pointe du convoyeur < 1 m/s.

Exemple :

• Le diamètre sélectionné était de 0,1 m, pour lequel la vitesse maximale de la vis à 45 % est conseillée à 190 tr/min.
• La vitesse calculée est trop élevée, le calcul doit être refait en modifiant un paramètre. Nous pouvons choisir un diamètre plus grand, D=0,15 m.
• Le calcul est refait et cette fois une vitesse de 62 tr/min est calculée. Elle est inférieure à la vitesse maximale recommandée, la conception de la vis peut être retenue.
  

2.2 2.2 Formule alternative donnée par l'association CEMA

L'association CEMA donne la capacité d'un convoyeur à vis comme suit :

C = 0.7854*(D_s²-D_p²).P.K.60/1728

Avec :

C = capacité en ft3/h/tr/min
Ds = Diamètre de l'hélice de la vis en inch
Dp = Diamètre du tuyau - arbre - supportant l'hélice de la vis en inch
P = pas de la vis en pouces
K = pourcentage de remplissage

C'est la capacité pour 1 tr/min. Si les dimensions sont connues, dans le cas d'une vis existante, la capacité de la vis / h peut ensuite être trouvée en multipliant par les tr/min auxquels la vis est utilisée.

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

3. Outil de calcul de taille et de capacité de convoyeur à vis

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

Avertissement : ce calculateur est fourni pour illustrer les concepts mentionnés sur cette page web, il n'est pas destiné à une conception détaillée. Ce n'est pas un produit commercial, aucune garantie n'est donnée sur les résultats. Veuillez consulter un concepteur réputé pour toute conception détaillée dont vous pourriez avoir besoin.