Enlèvement de fumier avec des convoyeurs à angle élevé à bande sandwich

Le développement du concept de convoyeur à angle élevé Sandwich Belt a parcouru un long chemin depuis sa première introduction au début des années 1950. Au cours de la période d'environ 30 ans jusqu'en 1979, les avancées significatives ont été rares et ne sont survenues que par à-coups. Ces progrès ne se sont pas appuyés sur les développements antérieurs. Il s'agissait plutôt de développements indépendants qui ont rapidement atteint leurs limites techniques. Le succès à long terme du convoyeur à angle élevé de la bande sandwich a suivi le développement de Joseph A. Dos Santos dans la période de 1979 à 1981.

Les convoyeurs à angle élevé Dos Santos Sandwich Belt sont maintenant bien établis dans l'industrie avec la première unité commerciale mise en service en 1984. Depuis lors, plus de 200 unités ont été mises en service à travers le monde.

Le premier convoyeur à angle élevé à bande sandwich commercial pour le creusement de tunnels a également été la toute première installation verticale. Le système faisait partie de l'expansion du métro de Los Angeles à la fin des années 1980. L'excavation dans cette zone était une coupe à ciel ouvert avec un calage en bois sur des poutres en acier pour soutenir la rue animée de la ville au-dessus tandis que l'excavation se poursuivait en dessous. Le mouvement des matériaux se faisait par chargement et transport avec des chargeurs frontaux vers une trémie couverte de grizzlis. La trémie a chargé la queue du convoyeur à angle élevé à travers un alimentateur vibrant. Le convoyeur à angle élevé a élevé la terre excavée en continu depuis le dessous de la rue jusqu'à un bac de chargement de camion au-dessus.

Bien qu'il ait été conçu pour se charger directement dans le bac, pour des raisons d'accès des camions et de circulation, un convoyeur de liaison a été ajouté afin d'éloigner le bac de l'intersection des deux rues achalandées. Les capacités d'appoint de la trémie en dessous et de la trémie au-dessus ont permis une excavation et un chargement de camion discontinus indépendants sans interrompre l'élévation continue du convoyeur à angle élevé. Le système a été conçu pour commencer à fonctionner au début de l'excavation, ne nécessitant que 25 mètres de levage. Ensuite, il a été étendu vers le bas à mesure que la profondeur augmentait, par incréments de 1,219 mètre, jusqu'à atteindre la profondeur maximale de conception et la portance de conception correspondante de 32,3 mètres.

Les précieuses leçons apprises au cours de ce premier projet comprenaient :

Bien que le système ait accompli sa tâche avec succès, il a été décidé que les futurs convoyeurs à angle élevé de la bande sandwich pour de tels projets utiliseraient des bandes plus larges (pas moins de 1200 mm de largeur), des revêtements d'usure plus épais et résistants aux dommages et des rouleaux centraux à disque en caoutchouc au niveau des rouleaux pour adoucir les empreintes des gros morceaux lorsqu'ils se déplacent le long des courbes de transition.

En 1993, la première installation de bande sandwich pour élever le fumier d'un tunnel d'un tunnelier (tunnel boring machine) a été installée. Cela faisait partie du projet Chicago TARP (Tunnel and Reservoir Plan). L'ensemble du système d'excavation et de transport du fumier comprenait le tunnelier, un convoyeur traînant sous le sol, le système de convoyeur vertical Sandwich Belt pour soulever le matériau à la surface et enfin un système de transfert et d'empilage composé d'un convoyeur à sauterelle et d'un empileur radial. Comme pour les systèmes ultérieurs, l'équipement principal (entraînements et systèmes d'enroulement) était situé en surface, à l'extrémité de tête, de sorte qu'il pouvait être facilement accessible et entretenu. Seules la structure intermédiaire et les poulies de queue étaient situées sous terre. De plus, la structure intermédiaire servait de support et de guidage pour les brins de la bande de retour du convoyeur arrière qui étaient élevés jusqu'à son unité de stockage de bande située en surface, à 70 mètres au-dessus.

C'était le prédécesseur des unités parisiennes utilisant une largeur de bande similaire et un équipement similaire, bien que les matériaux et les conditions de fonctionnement ne soient pas aussi difficiles. Comme les autres, il a démontré un transport vertical réussi.

Convoyeurs à angle élevé à bande sandwich : la solution choisie pour l'extension du métro parisien

Depuis la première application de bande sandwich sur un tunnelier en 1993, de nombreuses années se sont écoulées avant l'installation suivante. Bien que quelques unités sandwich aient été installées, les systèmes de courroies à poches dominaient les tâches d'élévation du fumier du tunnel des tunneliers à la surface, même si les avantages des convoyeurs à angle élevé de la courroie sandwich avaient été bien démontrés.

Cet avantage est la capacité de manipuler et de décharger complètement des matériaux très humides et collants, car les courroies en caoutchouc à surface lisse peuvent être grattées en continu. Cet avantage a longtemps été démontré dans les nombreuses installations de la ceinture sandwich dans d'autres industries, en particulier dans les déchets municipaux où de nombreuses unités ont élevé des boues municipales, un mélange de boues et de sciure de bois et certaines boues industrielles. La quasi-totalité de ces installations convoyaient le matériau collant verticalement. En revanche, l'industrie de la construction de tunnels avait continué à avoir du mal à gérer la boue des tunnels au niveau de ses systèmes d'élévation à ceinture de poche. La bande à poches nécessitait à son extrémité de décharge une longue distance de chevauchement avec le convoyeur de réception de surface et une série de rouleaux excentriques qui battaient l'arrière de la bande à poches afin de déloger le matériau agglutiné des poches et sur le convoyeur sortant en dessous.

Le projet d'extension du métro parisien a finalement reconnu l'avantage distinct des convoyeurs à angle élevé Sandwich Belt et les a spécifiés exclusivement. Les figures fournissent une représentation et un résumé technique pour chacune des deux unités Dos Santos International fournies jusqu'à présent lors de l'extension du métro parisien. Ces unités partagent une conception de base commune, mais il existe des différences mineures. Pour le débit de conception commun de 800 t/h, la largeur de la bande est de 1400 mm et la vitesse de la bande est de 3 m/s. Cette largeur de ceinture est également compatible avec la taille de matériau spécifiée qu'elle a très bien gérée.

En suivant le trajet de transport depuis le chargement par le bas jusqu'au déchargement par le haut, on peut voir que le matériau en vrac se charge sur la bande inférieure en auge avant d'entrer dans le sandwich. Depuis le point de chargement, la bande inférieure avec le matériau en vrac se déplace dans le sandwich qui se forme lorsqu'elle est reliée par la bande supérieure. A ce stade et au-delà, la bande inférieure, maintenant en suspension, pousse elle-même et le matériau contre la bande supérieure qui est supportée par des rouleaux en auge inversés étroitement espacés. La bande inférieure et le matériau sont poussés vers le haut par une charge radiale qui est due à la tension de la bande et au profil incurvé selon l'équation P radial=Tension/Rayon de la courbe. Cette charge radiale doit surmonter le poids linéaire de la bande inférieure et du matériau transporté et doit en outre fournir la pression de serrage nécessaire pour développer le frottement interne qui résistera aux forces de glissement gravitationnelles.

De cette manière, la masse se déplace de l'entrée du sandwich à travers la courbe de transition inférieure jusqu'au début du profil vertical. Le long du profil vertical droit, la pression de serrage nécessaire est fournie par les sections GPS (Gently Pressed Sandwich). Chaque section GPS se compose de deux ensembles de type fou égalisés de quatre rouleaux égalisés de sorte que les huit rouleaux soient égalisés. Les ensembles de type galet égalisé le long du côté droit sont positionnés entre les galets creux à gauche et ils poussent la courroie extérieure (côté droit) avec du matériau contre la courroie intérieure (côté gauche) avec une pression calculée qui est fournie par un ressort de compression. La continuité du serrage sans interruption est obtenue par un espacement étroit des rouleaux libres entièrement égalisés qui n'ont pas d'orientation préférée et suivent parfaitement la topographie arbitraire de la surface du matériau au niveau de la courroie extérieure (côté droit). Comme pour la charge radiale, la pression de serrage doit être suffisante pour développer le frottement interne nécessaire qui résistera aux forces de glissement gravitationnel.

Au-delà du profil rectiligne, la bande en sandwich avec le matériau parcourt une courte courbe de transition, un point d'inversion de courbure, puis une autre courbe de transition pour se décharger. A travers les courbes de transition, comme avec la courbe inférieure, la courroie extérieure se pousse radialement avec le matériau en vrac contre la courbe intérieure qui est supportée par des rouleaux creux étroitement espacés. Au point de décharge, la bande inférieure est déviée sur sa tête/poulie d'entraînement et le matériau est libéré dans la goulotte de décharge. La courroie supérieure se déplace un peu plus loin jusqu'à sa tête/poulie d'entraînement. Les deux courroies reviennent indépendamment par leurs chemins de reprise puis vers leurs poulies de queue respectives.

En prévision du matériau plus grand, les courroies sont blindées avec des housses de transport de 10 mm d'épaisseur en caoutchouc de grade 1, le meilleur grade résistant à l'usure, aux chocs et aux coupures. De plus, le long des courbes de transition, tous les rouleaux CEMA D6 ont des rouleaux centraux à disque en caoutchouc et des rouleaux latéraux en acier. Les rouleaux centraux à disque en caoutchouc adoucissent la conduite des gros morceaux lorsqu'ils sont poussés radialement par la courroie extérieure contre la courroie intérieure. Toutes les poulies sont recouvertes de caoutchouc - lisses sur les poulies non motrices et rainurées en diamant pour la traction sur les poulies motrices de tête. Les poulies non motrices sont également couronnées. La combinaison du revêtement et du bombement favorise un bon alignement de la bande. Le revêtement est également plus doux et plus indulgent lorsque le matériau pénètre dans le pincement entre la courroie et la face de la poulie.

Les deux courroies sont entraînées de manière égale par des entraînements montés sur arbre au niveau des poulies de tête/décharge. L'entraînement des deux courroies partage la tension d'entraînement de manière égale et facilite un meilleur alignement de la courroie que l'entraînement d'une seule courroie tandis que l'autre suit simplement. La commande de fréquence variable sur les deux entraînements facilite le partage égal de la charge, fournit des démarrages en douceur et permet une variation de la vitesse de la courroie jugée appropriée en réponse aux caractéristiques réelles du matériau et du débit. Le contrôle de la tension se fait par un système hydraulique à pression quasi constante. Un vérin de tension à chaque courroie tire sur le chariot de la poulie réceptrice et fonctionne dans une bande étroite de pression hydraulique, pompant à la limite de fonctionnement inférieure et s'arrêtant à la limite de fonctionnement supérieure.

La conception commune des deux convoyeurs à Paris est pour les besoins actuels et pour le long terme. Étant donné que les projets de construction de tunnels et de construction ont tendance à être de courte durée, plusieurs années au maximum et généralement moins de deux ans, il est difficile de justifier le coût d'un équipement dédié et personnalisé. Il était donc important que nous fournissions une conception commune qui répondrait aux exigences actuelles et aux exigences des projets futurs. En conséquence, DSI a conçu le système pour diminuer ou augmenter facilement la portance verticale, jusqu'à un minimum possible de 19,6 mètres et un maximum possible de 43 mètres. Cela peut être fait en soustrayant ou en ajoutant la structure verticale (et la longueur de la courroie) en longueurs multiples de 1676 mm, la couverture de longueur de chaque module de pression de serrage GPS.

Ainsi, le système et l'équipement doivent être conçus pour la portance maximale. Pour faciliter l'extension et la contraction, le système est modulaire avec la plupart des équipements en surface pour un accès et un entretien faciles. La structure intermédiaire est constituée de simples sections de canaux parallèles et pend, suspendue à la tête de lit. En bas, le poste de chargement et la structure d'approche sont soutenus à l'extrémité de chargement (côté gauche) sur le sol et à la verticale (côté droit) par la structure intermédiaire suspendue. Des points d'épissure boulonnés stratégiques le long de la verticale facilitent l'ajout et la soustraction de la structure verticale selon les besoins pour chaque installation ultérieure. Avec cet agencement et cette structure, la section de chargement inférieure et les sections intermédiaires verticales restent simples avec la plupart des équipements vitaux situés à l'extrémité de tête.

Bien qu'ayant la même conception commune, les unités diffèrent légèrement dans l'adaptation à leurs exigences respectives. Une unité nécessitait moins de portance verticale de 1676 mm, soit la longueur d'une section GPS.

L'autre unité avait une exigence différente liée au développement initial du tunnelier. Lors de l'excavation initiale, un convoyeur traînant temporaire a été utilisé. Il était aligné le long du centre du tunnel de sorte que la décharge de ce convoyeur soit située au-dessus du retour de la bande supérieure. Pour cela, une table de chargement avec des rouleaux à percussion et des jupes de chargement a été conçue pour le retour de la bande supérieure. Ainsi, le fumier pourrait être renvoyé vers la zone de chargement du tapis inférieur. Une fois sur le tapis inférieur, la boue change de direction et se déplace dans le sandwich du tapis puis vers la décharge en haut. Le croquis montre le chargement de la bande de retour supérieure lors du développement initial du tunnel. Il est particulièrement pratique qu'avec le contrôle VFD des entraînements au cours de ce développement précoce, le convoyeur Dos Santos Sandwich Belt puisse fonctionner à une vitesse réduite atténuant les effets de l'inversion soudaine du flux de matériau. Cette fonctionnalité n'a été utilisée que sur l'une des unités, mais elle est disponible sur l'une ou l'autre unité en cas de besoin dans une installation future.

L'expansion du métro de Paris est bien justifiée dans sa spécification exclusive des convoyeurs à angle élevé de la ceinture sandwich pour les tâches d'élévation de fumier. En raison des unités précédentes, on savait que la boue serait collante, mais personne ne prévoyait à quel point elle était humide et collante.

Les spécifications du projet ne fournissaient pas suffisamment de directives pour faire face au matériel trouvé. Personne n'était préparé, y compris ceux qui ont fourni les convoyeurs conventionnels pour le projet. La boue pourrait mieux être décrite comme du goop ou du goop très humide. Lorsqu'elle est empilée dans les confinements de surface, la boue est submergée sous l'eau qui a été transportée avec elle. La boue jetée sous la base de la courroie supérieure y est restée.

Écoulement à travers la goulotte traînée ou bouchée. Ironiquement, plus d'eau a été pulvérisée sur le matériau pour le maintenir en mouvement. Les couvercles de la goulotte ont été retirés pour permettre la pulvérisation d'eau avec des tuyaux. La fourniture d'origine comprenait une plaque déflectrice profilée comme il est courant pour guider la décharge. Cela aussi est devenu un obstacle et a été remplacé par un rideau de chaîne suspendu. Le mouvement agité de ce dernier le rendait autonettoyant.

Bien que l'élévation de la boue n'ait jamais été le problème, le grattage des courroies s'est avéré difficile. Les ajustements sur le terrain, y compris par le représentant du fabricant du racleur, n'ont pas suffisamment amélioré leurs performances. En fin de compte, ceux-ci ont été remplacés par de meilleurs grattoirs qui nettoyaient les courroies. Les grattoirs à succès ont des lames à ressort individuel avec un angle d'attaque positif. Ils ont une amplitude de mouvement suffisante pour suivre la surface sale de la bande. Ceci est particulièrement important au niveau de la bande supérieure car sa surface est déviée vers le haut au milieu par la charge de matériau.

Les changements et ajustements mentionnés ont grandement amélioré le fonctionnement de la bande sandwich et celle-ci continue de fonctionner sans interruption. Les problèmes de production et de flux de matériaux se sont poursuivis au tunnelier, en particulier au niveau de la section inclinée du convoyeur de décharge où les boules d'argile humide avaient tendance à glisser et à stagner. Avec le client, DSI a observé que la capacité de conception des unités verticales Sandwich Belt n'était pas remise en question. Ils ont ainsi profité du contrôle de vitesse VFD et ont réduit la vitesse de fonctionnement de 3 m/s à 2,4 m/s (de 50 Hz à 40 Hz). Cela s'est avéré très efficace pour gérer la production tout en réduisant l'usure associée à la vitesse de la bande.

Suite au succès des deux unités du projet du métro parisien, Dos Santos International a remporté un contrat pour la fourniture de son convoyeur à grand angle Sandwich Belt pour le terminal 1 de l'aéroport international de Changi. L'expansion du T1 a été lancée pour répondre à l'augmentation du trafic passagers tout en assurant une croissance supplémentaire au T1. Il est prévu d'étendre l'empreinte du terminal avec le réaménagement du parking à ciel ouvert situé devant le bâtiment du terminal.

Malgré la longue tradition des courroies à poches pour le transport vertical des déblais à partir des tunneliers, l'avantage distinct des convoyeurs à angle élevé Sandwich Belt a été reconnu et ils ont été spécifiés lors de l'extension du métro de Paris et de l'aéroport international de Changi. Cette écriture a documenté le succès face à un matériel des plus adverses. Il y a eu d'autres projets qui ont emboîté le pas et ont spécifié des convoyeurs à angle élevé à bande sandwich pour les tâches d'élévation lorsque le matériau est particulièrement collant. Avec les travaux de l'extension du métro de Paris et les autres qui ont suivi, l'opportunité se présente maintenant pour un saut quantique dans les convoyeurs à angle élevé de la ceinture sandwich dans les projets de construction et de tunnel, en particulier pour les volumes élevés produits par les plus grands tunneliers.

Cet article a été contribué par Dos Santos International. Pour plus d'informations, visitez www.dossantosintl.com.