1. Introduction
Les malaxeurs à double arbre-sont largement utilisés dans les industries du béton, du mortier sec, de la chimie et de la protection de l'environnement en raison de leurs avantages : forte force de cisaillement, absence de coins morts de mélange et efficacité de mélange élevée. En tant que composant central du mélangeur, la lame participe directement aux processus de poussée, de cisaillement, de projection et de convection du matériau. Ses paramètres structurels (épaisseur, largeur, angle, etc.) déterminent l'état du flux de matière et la qualité du mélange. Parmi eux, l'épaisseur de la lame n'est pas seulement liée à la rigidité structurelle et à la résistance à l'usure, mais affecte également directement la trajectoire d'agitation du matériau, la résistance au cisaillement et la consommation d'énergie. Par conséquent, l’exploration de l’influence de l’épaisseur de la lame sur l’effet de mélange revêt une grande importance pour optimiser les performances du mélangeur.
2. Mécanisme d'influence de l'épaisseur de la lame sur l'effet de mélange
2.1 Lame trop fine (<12 mm)
Lorsque l'épaisseur de la lame est inférieure à la plage raisonnable, la rigidité globale est insuffisante et elle est sujette à une déformation élastique voire à une flexion plastique sous l'impact et le frottement des matériaux (notamment les granulats durs tels que les pierres). Ses impacts négatifs sur l’effet de mélange se reflètent principalement dans les aspects suivants :
Mauvaise uniformité du mélange et ségrégation sévère: La lame déformée ne peut pas soulever et projeter efficacement les matériaux, ne parvenant pas à former une circulation convective suffisante. L'écart entre la lame et le revêtement augmente, ce qui rend impossible la génération d'une force de cisaillement efficace. Les composants traces tels que le ciment et les adjuvants ne peuvent pas être entièrement dispersés, ce qui entraîne la séparation des granulats et de la pâte, une agglomération du ciment et un déséquilibre des proportions locales. L'uniformité du mélange (valeur CV) est souvent supérieure à 15 %, ce qui ne peut pas répondre aux exigences de production.
Temps de mélange prolongé et efficacité réduite: Pour compenser le problème d'un mélange inégal, le temps de mélange doit être prolongé de plus de 50 %. Le cycle de mélange initial de 30 secondes est prolongé à plus d'une minute, perturbant le rythme de production de la station de mélange, provoquant des retards dans les liaisons ultérieures de lotage et de déchargement et réduisant l'efficacité globale de la production de 30 à 50 %.
Décharge de matière instable et résidus importants: La lame fine a une faible force de poussée en spirale, ce qui rend impossible de pousser complètement les matériaux sur la paroi et le fond du cylindre vers l'orifice de décharge. Après chaque mélange, 5 à 15 % des matériaux restent, qui durcissent et se mélangent à de nouveaux matériaux, aggravant encore le mélange inégal et formant une « couche de meulage dure » qui accélère l'usure de la lame et du revêtement.
Fortes vibrations de l’équipement et augmentation de la consommation d’énergie: La lame déformée entraîne un transport de matériau instable, une charge de mélange fluctuante et une charge d'impact importante pendant le fonctionnement. Cela provoque de fortes vibrations de l'équipement, accélère l'usure par fatigue de l'arbre mélangeur, augmente le jeu des roulements et vieillit le réducteur. Dans le même temps, la charge fluctuante entraîne une augmentation de la consommation d’énergie de 10 à 20 %.
2.2 Épaisseur de lame modérée (12 à 20 mm)
Lorsque l'épaisseur de la lame se situe dans une plage raisonnable (12 à 20 mm pour les mélangeurs de petite et moyenne taille-, 20 à 24 mm pour les grands mélangeurs), elle présente une rigidité et une résistance à l'usure suffisantes, avec une agitation stable du matériau et un effet de mélange optimal. Ses avantages sont les suivants :
Excellente uniformité de mélange et aucune ségrégation: La lame ne se déforme pas pendant le fonctionnement, conservant un écart raisonnable (3 à 5 mm) avec le liner. Il peut soulever et jeter efficacement des matériaux, formant une forte circulation convective et une action de cisaillement. Les matériaux sont entièrement mélangés dans toutes les directions (axiales, radiales et circonférentielles), avec une uniformité de mélange (valeur CV) de 8 % à 12 %, sans ségrégation des granulats ni agglomération du ciment et une qualité de produit stable.
Temps de mélange court et efficacité élevée : La lame d'épaisseur modérée-a une forte capacité d'agitation du matériau, réalisant un mélange uniforme dans le temps prévu (30 à 60 secondes). Le rythme de production est stable et l'efficacité est maximisée tout en garantissant la qualité du mélange.
Décharge stable et faibles résidus: La lame a une force de poussée suffisante, raclant efficacement les matériaux sur la paroi et le fond du cylindre, avec un résidu de décharge inférieur à 3 %, évitant ainsi le problème des résidus durcis affectant la qualité du mélange.
Fonctionnement stable de l'équipement et faible consommation d'énergie: La charge est stable pendant le fonctionnement, avec un couple uniforme, aucune vibration grave et une durée de vie normale des composants de transmission tels que l'arbre, les roulements et le réducteur. La consommation d'énergie se situe dans la plage nominale, avec une rentabilité-élevée.
2.3 Lame trop épaisse (> 24 mm)
Une augmentation excessive de l'épaisseur de la lame (supérieure à 24 mm) entraînera un poids redondant et une résistance à l'agitation excessive, ce qui affectera négativement l'effet de mélange et les performances de l'équipement :
Résistance accrue à l’agitation et coins morts locaux: La lame trop épaisse présente une grande surface de contact avec les matériaux, augmentant considérablement la résistance à l'agitation et la consommation électrique (augmentée de plus de 20 %). Dans le même temps, la lame épaisse est sujette au blocage et à l'accumulation de matériaux à la racine, formant des coins morts de mélange local, entraînant un mélange inégal des matériaux dans certaines zones.
Hauteur de projection de matériau réduite et convection affaiblie: La lame trop lourde a une réponse de rotation lente, réduisant la hauteur de levage et de projection du matériau, affaiblissant l'effet de circulation convective et prolongeant dans une certaine mesure le temps de mélange.
Charge accrue des équipements et usure accélérée : Le poids propre-de la pale et la résistance à l'agitation sont excessivement importants, ce qui entraîne un fonctionnement à long-charge élevée-de l'arbre de mélange, des roulements et du réducteur, accélérant l'usure par fatigue et raccourcissant la durée de vie des composants de transmission. De plus, les matériaux durcis accumulés sur la paroi interne du cylindre aggravent l'abrasion de la structure du cylindre.
Mauvaise rentabilité-: La lame trop épaisse présente une redondance d'usure extrêmement élevée et le corps de la lame est à peine usé, mais la redondance de poids est excessive, augmentant les coûts de fabrication et de maintenance et réduisant les avantages économiques.
3. Plage d'épaisseur de lame optimale et sélection technique
3.1 Plage d'épaisseur optimale
Combinée à l'analyse théorique et à la pratique de l'ingénierie, l'épaisseur optimale des pales des mélangeurs à double arbre-est la suivante :
Petit mélangeur (<2 m³): 12–16 mm (matériau : acier 65Mn, durcissement superficiel).
Mélangeur moyen (2–5 m³): 16–20 mm (matériau : acier 65Mn, surface en carbure de tungstène, dureté HRC58–62).
Grand mélangeur (>5 m³): 20–24 mm (matériau : acier au manganèse à haute résistance-, coulée intégrale + revêtement résistant à l'usure-).
3.2 Principes de sélection des ingénieurs
Lors de la sélection technique réelle, les facteurs suivants doivent être pris en compte de manière exhaustive :
Caractéristiques des matériaux: Pour les matériaux à forte dureté et à grande abrasivité (comme le béton avec de grosses pierres), sélectionner une épaisseur proche de la limite supérieure ; pour les matériaux à faible dureté et faible abrasivité (comme le mortier sec), sélectionner une épaisseur proche de la limite inférieure.
Modèle de mélangeur: Faites correspondre l'épaisseur en fonction du volume du mixeur, et évitez les "petits mixeurs à lames épaisses" ou les "grands mixeurs à lames fines".
Efficacité de la production: Dans le but d'assurer la qualité du mélange, sélectionnez une épaisseur modérée pour équilibrer l'efficacité et la consommation d'énergie.
Coût d'entretien: Sélectionnez une épaisseur avec une résistance à l'usure suffisante pour réduire la fréquence de remplacement des lames et les coûts de maintenance.