Brevet FR2157967A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne un dispositif parcouru par des fluides de grande viscosité, en particulier par des matières thermoplastiques, dans lequel au moins l'un des fluides se présente sous forme de courants partiels individuels confluant dans un eapace commun auquel fait suite une fente de sortie. Un tel dispositif peut titre conçu pour servir de préférence de filière d'extrusion de gaines ou de tuyaux, de filière à fente circulaire ou à fente plate, de section intermédiaire entre une extrudeuse et un outil y faisant suite, ou encore de tête de filage par fusion. Il y a courants partiels confluents lorsque des fluides sortent d'orifices voisins et séparés. De tels courants partiels s'établissent par exemple, lors de l'écou- lement au travers d'un élément de régularisation ou de mélange, ou pendant l'écoulement autour d'une partie de dispositif se trouvant dans le courant de fluide, cette partie ayant par exempie la forme d'un élément porteur pour une pièce complémentaire disposée à l'intérieur du dispositif, pour un corps refouleur, pour un mandrin ou pour un élément analogue. Dans la zone de confluence des courants partiels de fluides de grande viscosité se forment - selon la nature et le comportement du ou des fluides, ce qui est fonction de diverses influences sur lesquelles on ntiaistera pas ici des lignes d'écoulement, également appelées filets d'écou- lement, plus ou moins fortement marquées. En sont la cause, ce que l'on appelle des espaces "morts" d'écoulement, ou encore des espaces ou zones, dans le voisinage du point de confluence, avec une vitesse d'écoulement qui, vis-à-vis de la vitesse normale d'écoulement en direction du gradient de pression, est réduite ou mOrne sensiblement réduite. Il en résulte que, dans la zone de confluence, entre les courants partiels, des particules de fluide sont constamment entratnées à partir des espaces mentionnés avec un retard , à cause de la stagnation locale du fluide, ces particules présentant alors essentiellement une durée de séjour différente, un comportement thermique différent, par exemple par suite d'une décomposition thermique différente, ou une viscosité différente, dans la zone des parois se trouvant à l'endroit de la confluence. Le problème de l'élimination des espaces morts pour le flux de matière est connu depuis longtemps. Les propositions d'amélioration n'ont d'ailleurs pas manqué. C'est ainsi que l'on a, par exemple, proposé , pour le cas d'éléments tels que des bras ou entretoises, des surfaces déflectrices, etc., qui fractionnent le courant d'un fluide de grande viscosité, d'obliger , par un effet de retenue, les courants partiels à se réunir après tranchissement de ces éléments, lequel effet de retenue peut être obtenu par une brusque réduction de la section d'écoulement entre un porte-mandrin et la fente de sortie (voir l'ouvrage de Schenkel, "Eunsststoff-Extrudertechnik" 2ième édition révisée, 1963, p. 242, parag. 2).On s'est occupé aussi des espaces morts dans le cas des plaques-filtres, des filières de soufflage de feuilles et des filières à fente plate (voir l'ouvrage précité de Schenkel, p. 247, paragr. 3, p. 387, parage~ 2b et p. 431, dernier paragraphe). Dans la réalisation pratique des dispositifs en question, on prévoit, immédiatement derrière l'endroit où se fait la confluence, des espaces collecteurs ou des canaux collecteurs, lesquels ont essentiellement sur le fluide un effet de tranqnlisation. On a également proposé d'agencer tangentiellement les bras ou entretoises entre mandrin et enveloppe ou carter, ou encore de prévoir des variations de section acti ves et à symétrie circulaire, ceci sous la forme de variations de la-largeur de fente du diamètre, de la périphérie de la section moyenne, ou de bourrelets de retenue, ou encore de tailler dans le mandrin et dans lSenveloppe plusieurs filets a' pas inversés (voir l'ouvrage de Nink, "Grundzüge der ] > xtrudertechnik", 1964, p. 167, parage 2, 3 et 4). On ne connatt pas de règle générale pour éviter les espaces morts de toute nature et non pas seulement pour certaines applications déterminées, et pour remédier aux influences néfastes d'espaces ou de zones de faible vitesse d'écoulement à la confluence de plusieurs courants partiels de fluides visqueux. La présente invention vise pour un dispositif du genre précité, des moyens et dispositions imposant aux courants partiels aux endroits de confluence, une allure d'écoulement qui ne soit pas affectée par des résidus de courant de fluide provenant d'espaces morts ou de zones d'écoulement à faible vitesse. Selon l'invention, ce résultat est atteint par le fait que les endroits de confluence sont délimités par une zone d'étranglement, laquelle y fait suite directement dans le sens de l'écoulement et occupe la totalité de la section d'écoulement, et que les canaux distributeurs qui, dans le sens de l'écoulement, se trouvent en amont des endroits de confluence, présentent des faibles sections de passages provoquant de grandes vitesses d'écoulement, et par le fait que la section d'écoulement est réalisée de manière à décrortre jusqu a une valeur approximativement nulle au voisinage immédiat des endroits de confluence des courants partiels, la résistance à l'écoule- ment dans la zone d' étranglement étant sensiblement supérieure, avantageusement de 2 à 20 fois, à la résistance à l'écoulement dans les canaux distributeurs. Par la combinaison de ces moyens et dispositions, combinaison dans laquelle réside l'invention, le fluide de grande viscosité est contraint, en tous endroits, à des grandes vitesses d'écoulement qui- sont conservées inclusivement jusqu'à la zone d'étranglement prévue, délimitant 1'endroit de confluence. On obtient en outre ainsi un spectre étroit de durée de séjour, aussi bien des courants partiels que du courant unifié, et on obtient une régularisation du fluide de grande viscosité-en cours d'écoulement, ceci du fait du passage forcé par une zone d'étranglement génératrice d'une résistance él c. Des formes préférées de réalisation d'une zone d'étranglement engendrant une grande résistance et occupant toute la section d'écoulement, comme le prévoit }'invention, peuvent se présenter soit comme une fente étroite, en particulier une fente d'étranglement , faisant directement suite à l'endroit de confluence, soit sous la forme d'une fente étroite déviant l'écoulement, soit encore, à la place d'une telle fente sous la forme d'un tamis ou d'un élément analogue, agencé directement derrière l'endroit de confluence, ou bien, à la place d'un tel tamis, sous la forme d'un filtre en métal fritté. Ces moyens prévus sont d'ailleurs simples du point de vue construction et fabrication, leur montage dans le dispositif est simple et avantageux et leur efficacité - au sens du but recherché - est très élevée. La résistance de la zone d'étranglement peut être constante sur toute la section d'écoulement c'est-àdire être la m#me en tous les endroits, mais elle peut aussi ne pas être la même et varier sur la section d'écoulement de façon que les pertes de charge dans les canaux distributeurs soient égalisées à la fin de la zone d'étranglement. On peut envisager, comme forme de réalisation pour le dernier cas cité, une zone d'étranglement présentant des longueurs d'étranglement différentes. Les sections d'écoulement décroissant jus qu a une valeur à peu près nulle, à l'endroit de confluence, peuvent de façon simple, titre constituées par des surfaces polygonales ou dentelées aux sorties des canaux distributeurs, les sommets du polygone ou des dentelures se trouvant immédiatement devant la zone d'étranglement ou paroi d'un autre élément générateur de résistance. La forme de réalisation des surfaces de sortie est, elle aussi, simple du point de vue de la construction et de la fabrication. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples non limitatifs suivants, décrits en se référant au dessin annexé schématique, sur lequel : la ligure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif avec des canaux distributeurs séparés et voisins, et avec un élément de filtre succédant directement aux endroits de confluence : la figure 2 est une coupe selon B-B de la figure 3, d'un dispositif avec des canaux distributeurs séparés et voisins, et avec une fente d'étranglement succédant immédiatement aux endroits de confluence la figure 3 est une coupe selon A-A de la figure 2 de ce même dispositif. Dans le dispositif représenté sur la figure 1 sont prévus, dans la partie d'enveloppe 1 plusieurs conpuits d'alimentation 2, 2', 2"o. pour un fluide de grande vis -Ticé, conduits dont chacun est suivi dans le sens de l1écou- ment, aar ar canal distributeur 3, 3', 3"... Les endroits de @@@@@@@@@ @@@@ désignes par la référence X. Immédiatement à @@@@@@@ @@@@@ de confluence se trouve une zone d'étranglement 4 couvrant toute la section d'écoulement. Cette zone d'étranglement est constituée d'une plaque à trous 5 avec un tamis 6.Ces deux éléments sont agencés dans la zone du joint entre les parties d'enveloppe 1, la assemblées. L'espace ou volume commun pour les courants confluents de fluide est désigné par la référence 7. Les canaux distributeurs présentent des faibles sections de passage, ceci afin d'engendrer une grande vitesse d'écoulement. Les surfaces 8 de sortie des canaux distributeurs 3, 3 3"... sont d'une configuration et d'un agencement tels que la section d'écoulement décroisse jusqu a avoir aux zones de confluence des courants partiels de fluide, une valeur approximativement nulle. Ces zones des surfaces de sortie sont représentées ici comme étant des sommets 9 de dentelures. Grâce à la zone d'étranglement 4 faisant immédiatement suite dans le sens d'écoulement - aux endroits de confluence x il se produit une résistance élevée dont la valeur est sensiblement supérieure à celle de la résistance dans les canaux distributeurs 3, 3', 3". Le dispositif selon les figures 2 et 3 consiste, pour l'essentiel, en une partie extérieure 10, en forme de pot, et en une partie intérieure 10a, en forme de mandrin, se trouvant à l'intérieur de la partie 10, ces deux parties délimitant une fente de sortie 17 . Les deux parties sont assemblées rigidement, mais de façon amovible. Le fluide de grande viscosité est introduit dans le dispositif par un canal 11 auquel se raccorde un système de canaux en étoile constitué par des conduits 12, 12', 12"... agencés en étoile. A chaque conduit 12, 12', 12"... se raccorde un canal distributeur 13, 13', 13"... Les surfaces d'écoulement 18 à la sortie des canaux distributeurs sont formées par la surface périphérique, en forme de polygone régulier, de la partie intérieure lOa, les sommets du polygone étant désignés par la référence 19. Aux sommets se trouvent les endroits de confluence Y où la section d'écoulement est ici réalisée de façon telle qu'elle décroisse à une valeur approximativement nulle,ces endroits étant entourés par la surface périphérique intérieure concentrique de la partie extérieure 10; Iniédiatement à la suite (dans le sens de l'écoulement) des canaux distributeurs avec les endroits de confluence Y se trouve une zone d'étranglement 14. Sa résistance à l'ecoulement est élevée et d'une valeur sensiblement supérieure à celle de la résistance à l'écoulement dans les canaux distributeurs. La zone d'étranglement se présente ici sous la forme d'une fente d'étranglement concentrique, elle est formée par la surface extérieure 16 de la partie intérieure lOa et par la surface intérieure 15 de la partie extérieure 10. A la suite de la fente d'étranglement, entre cette dernière et la fente de sortie 17, est prévu en tant que zone de séjour, un espace annulaire 20 dont la section d'écoulement est élargie. REVENDICATIONS 1. Dispositif parcouru par des fluides de grande viscosité, en particulier par des matières thermoplastiques, dans lequel au moins l'un des fluides se présente sous forme de courants partiels individuels confluant dans un espace commun auquel fait suite une fente de sortie, caractérisé par le fait que les endroits de confluence sont délimités par une zone d' étranglement leur succédant immédiatement et occupant la totalité de la section d'écoulement et que les canaux distributeurs qui, dans le sens d'écoulement, se trouvent en amont des endroits de confluence, présentent de faibles sections de passage provoquant de grandes vitesses d'écoulement, et par le fait que la section d'écoulement est réalisée de manière à décroStre jusqu'à une valeur approximativement nulle immédiatement à la suite des endroits de confluence des courants partiels, la valeur de la résistance à l'écoulement dans la zone d'étranglement étant sensiblement supérieure, avantageusement de 2 à 20 fois, à la valeur de la résistance à l'écoulement dans les canaux distributeurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une zone d'étranglement à grande résistance à l'écoulement, se présente sous la forme d'une fente d'étranglement. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'une zone d'étranglement, à grande résistance à l'écoulement se présente sous la forme d'un tamis ou d'un élément analogue 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une zone d'étranglement, à grande résistance à l'écoulement, se présente sous la forme d'un filtre en métal fritté. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la résistance de la zone d'étranglement est constanteen tout endroit sur toute la section d'écoulement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la résistance à l'écoulement de la zone d'étranglement varie sur la section d'écoulement de telle façon que des différences de pression à la suite de pertes de charge dans les canaux distributeurs abert; équilibrées àla fin de la zone d'étranglement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé phr le fait que la section de passage des canaux distributeurs décro#t de la zone d'entrée du fluide jusqu a l'endroit de confluence.