Brevet FR2495264A1 — publié le 19820604

Les cornues horizontales rotatives sont couramment utilisées pour la pyrolyse, appelée aussi distillation ou carbonisa- tion, ou pour d'autres traitements de matières carbonées et non car- bonées. Les cornues rotatives comprennent généralement une partie tournante formant récipient, appelée également chambre ou four, qui est supportée entre deux parties stationnaires ou têtes. Pour le trai- tement de matières carbonées, telles que schiste bitumineux, houille, tourbe, etc., la matière est généralement chargée dans le four tournant au travers d'une tête. Pendant sa rotation dans le four, la matière carbonée est chauffée en l'absence d'oxygène pour produire la pyro- lyse de la matière dans le but d'en tirer des produits hydrocarbonés de valeur. En raison du dégagement de grandes quantités de produits hydrocarbonés gazeux, la maJorité des cornues rotatives traitant des matières carbonées travaillent & des pressions supérieures à la pres- sion atmosphérique. Les produits dégagés sous forme de vapeurs pendant la pyrolyse sont déchargés du four tournant au travers de l'autre tête stationnaire et transférés en vue de leur traitement subséquent. Il est essentiel pendant le fonctionnement que des joints d'étanchéité appropriés soient prévus entre le four tournant et les deux têtes fixes pour éviter que des produits gazeux de valeur ne s'échappent à l'atmosphère. La dispositionde joints adéquats est particulièrement difficile en raison des grandes surfaces A étancher et des pressions élevées susceptibles d'être développées pendant le fonctionnement normal de la cornue. Comme elles sont conçues pour traiter de grosses quantités de matière afin de pouvoir fournir des produits gazeux en quantités économiquement acceptables, les cornues sont obligatoirement assez volumineuses. Selon une disposition typique de l'art antérieur, chaque extrémité du four tournant de la cornue porte un grand disque annulaire ou anneau, qui peut être d'un seul tenant avec le four ou être fixé à lui de façon étanche, et un joint est monté entre chaque anneau et la tête fixe correspondante. Du fait de leurs très grandes dimensions et des inévitables tolérances de fabrication et de finition, les anneaux d'étanchéité généralement disponibles ne possèdent pas une largeur et une forme annulaire par- faitement uniformes. Pendant la rotation du four, les anneaux d'étan- chéité ont par suite tendance, à des degrés divers, à effectuer une nutation et une oscillation. Les nutations des anneaux restent géné- ralement comprises dans des limites relativement étroites mais il est très difficile sinon impossible de les supprimer totalement. Parmi les matériaux habituellement employés Jusqu'à present pour les joints d'étanchéité placés entre les anneaux et les têtes fixes, il y a le caoutchouc, le Teflon et quelques matériaux moins connus. Quoiqu'il en soit, cas joints sonc Sujets z l'usura et doivent sans cesse etre remplacés. Or le remplacement de ces grands joints de cornue est coateux et prend beaucoup de temps. De plus, conmre certaines parties de joint s'usent plus que d'autres, en raison des nutations des anneaux, ces parties de joint constituent des points faibles par oè les produits gazeux sous pression peuvent s'échapper de la cornue rotative. Il serait souhaitable de disposer d'un dispositif d'étanahîité de cornuequi ne dépende pas d'éléments d'étanchéité - en caoutchouc, Teflon ou matériaux analogues - qui s'usent et doivent être remplacés sans cesse, et qui soit en plus autocompen- sant et auto-ajustant sur l'anneau d'étanchéité en nutation pour empêcher des fuites de liquide et de vapeur pendant le fonctionne- O ment de la cornue. L'invention apporte un dispositif d'étanchéité de cornue basé sur une action d'étanchdification hydrostatique. Le dispositif détanchéité se!er l'invention est également auto-ajustant ou auto- compensant par rapport a l'anneau d'étanchéité porté par le four tour- nant, de manière a frà r un joint hydrostatique uniforme cmpéchant de manière efficace la fuite de vapeur de la cornue rotative. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention comprend une coulisse annulaire qui présente en coupe la forme d'un étrier et possède un corps et deux bras d'un seul tenant avec le corps. Cette coulisse est disposée autour d'un anneau d'étanchéité porté par le four tournant d'une cornue rotative. Les faces intérieures des bras de la coulisse présentent des rainures d'étanchéité annulaires situées chacune directement en regard d'une face correspondante de l'anneau d'étanchéité. De la graisse pour haute température ou un autre liquide approprié est envoyé sous pression dans les rainures d'étanchéité pour former un joint hydrostatique sous pression entre les faces latérales de l'anneau, formant une première surface d'étanchéité, et les faces intérieures des bras de la coulisse, formant une seconde surface d'étanchéité. La coulisse est montée à la cardan dans des cercles de suspension, montés eux-mêmes fixes par rapport à la tête stationnaire de la cornue. En raison de ce montage, la coulisse peut suivre les nutations de l'anneau d'étanchéité pendant la rotation du four. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins l'une des rainures d'étanchéité est formée dans un piston d'étanchéité annulaire monté lui-même coulissant dans un bras de la coulisse. Cette disposition permet un mouvement latéral relatif des deux rainures d'étanchéité et leur ajustement ou adaptation à des variations d'épais- seur de l'anneau d'étanchéité porté par le four et à d'autres irrégu- larités. Des moyens de pression sont prévus pour presser le piston d'étanchéité contre l'anneau d'étanchéité et éviter ainsi la perte de quantités excessives de graisse. Pendant la nutation de l'anneau et pendant la variation de la largeur de l'anneau à un point donné, la pression de la graisse dans les rainures d'étanchéité sur chaque côté de l'anneau varie. Afin d'inciter la coulisse à suivre les nutations de l'anneau d'étanchéité et d'éviter ainsi l'expulsion de graisse excédentaire des rainures lorsque la pression est relativement basse, des étranglements sont prévus dans les canaux d'alimentation en graisse dans le but de limi- ter l'écoulement de graisse quand la pression est basse. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour presser le piston d'étanchéité vers l'anneau comprennent une chambre de pression située derrière le piston, entre celui-ci et le bras de coulisse dans lequel il est disposé coulissant. La graisse sous pression dans cette chambre pousse le piston hydrauliquement vers l'anneau d'étanchéité. Il ressort de ce qui précède que le dispositif d'étan- chéité hydrostatique selon l'invention n'utilise pas d'éléments d'étanchéité - tels que des éléments en caoutchouc - qui sont suscep- tibles de s'user et qui doivent donc être remplacés. L'emploi d'une graisse pour haute température comme fluide hydrostatique assure en même temps une lubrification favorisant la rotation de l'anneau d'étan- chéité dans la coulisse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté d'une cornue rotative munie à une extrémité d'un dispositif d'étanchéité selon un mode de réalisation preferéde l'invention; la figure 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne II-Il de la figure 1; la figure 3 est une coupe axiale-partielle du dispo- sitif d'étanchéité pour cornue selon l'invention, prise dans la région encerclée III de la figure 1 mais à plus grande échelle; et la figure 4 est une vue en perspective d'un piston d'ltanchdité faisant partie du dispositif d'étanchéité selon l'inven- tien, selon un mode de-réalisation préféré. La.figure 1 représente une cornue rotative désignée dans son ensemble par 10. Elle comporte une partie tournante ou four 12 et deux parties stationnaires ou têtes 14 et 16. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention porte la référence 18 et est prévu seulement entre le four tournant 12 et la tête fixe 16 dans cet exemple pour simplifier la description. Entre la tête 14 et le four se trouve également un dispositif d'étanchéité, non representé, qui peut être de mCme type que le dispositif 18 selon l'invention ou de tout autre type. La cornue 10 de la figure 1 peut être toute cournue horizontale rotative connue. Dans un mode de mise en oeuvre typique d'une telle cornue, des matières brutes sont chargées au travers de la tête fixe 14 dans le four tournant 12. Ce dernier est maintenu à une température élevée. Pendant le mélange et l'agitation continus de la matière dans le four tournant 12, la cornue fournit des pro- duits liquides et gazeux. Ces produits gazeux et les résidus des matières sont déchargés du four tournant 12 au travers de la tête fixe 16 en vue de la récupération et du traitement consécutif. Le dispositif 18 selon l'invention assure l'étanchéité entre le four tournant 12 et la tête fixe 16. Comme on peut le voir sur la figure 3, le four tournant 12 présente une première surface d'étanchéité formée par un anneau d'étanchéité 20. Cet anneau est fixé solidement au four 12, par exemple par une soudure à l'endroit désigné par 22. Selon une caractéristique importante de l'invention, une seconde surface d'étaachéité, destinée à coopérer avec la première, est formée par une coulisse désignée dans son ensemble par 24. Cette coulisse est destinée à assurer l'étanchéité entre la partie fixe 16 et l'anneau d'étanchéité 20 porté par le four tournant. La coulisse 24 est annulaire et elle entoure l'anneau 20 concentriquement. En section, elle affecte la fúrme d'un étrier, défini par un corps de coulisse 26 et par deux bras 8 et 30, tous de forme annulaire. Les bras 28 et 30 sont orientés radialement vers l'intérieur et comprennent des portions extrêmes situées directement en regard des faces latérales d'étanchéité 32 et 34 de l'anneau 20. Pour établir un joint étanche entre la coulisse 24 et l'anneau 20, les portions extrêmes des bras 28 et 30 de la coulisse présentent chacune une rainure annulaire d'étanchéité 36 respective- ment 38. Un liquide d'étanchéité approprié, par exemple une graisse pour haute température ou tout autre liquide, de préférence visqueux, est contenu dans les rainures annulaires d'étanchéité 36 et 38 pour former une couche dlétanchéité liquide entre les surfaces d'étanchéité tournantes de l'anneau 20 et les surfaces d'étanchéité fixes de la coulisse 24. Le liquide est de préférence une graisse pour haute tempé- rature puisqu'une telle graisse conserve sa viscosité même aux tempé- ratures élevees auxquelles s'effectue la distillation. Il est préfé- rable de ne pas employer des liquides de faible viscosité parce que de grandes quantités de liquide s'échapperaient dans ce cas par les jeux 40, 42, 44 et 46 de part et d'autre des rainures annulaires 36 et 38. Ces dernières sont alimentées en graisse pour haute tempéra- ture à travers des canaux d'alimentation 4& et 50. Des joints annu- laires 57 et 59 sont prévus pour étancher un piston 54 dans sa chambre annulaire 56 pour éviter des pertes de graisse et de pression, La graisse est introduite dans les canaux d'alimentation 48 et 50 à par- tir d'un certain nombre de graisseurs 52 répartis sur le pourtour du dispositif d'étanchéité ou, de préférence, à partir d'une source extérieure au dispositif d'étanchéité 18 par une pompe à haute pres- sion non représentée. La pression dans une cornue comme celle repré- sentée est généralement supérieure à la pression atmosphérique. La graisse dans les rainures annulaires d'étanchéité 36 et 38 doit par conséquent être maintenue à une pression au moinF égale et de préfe- renae supérieure A -a pression régnant dane la cornue 10. Dans le cas contraire, les produits gazeux- et liquides sous pressiîo s' óa- peraiect par le jeux 46 dans la rainure 3n8uaIre detanchte. 38 refouieraieat la graisse sans les cazux d irmengatinn 50 48- ce qui provwQuerait la r:upture de ea coucb. liqude d4tachd.ité entre les surfaces tournantes et les surfaces ixes. La pres.-ion de la graisse ne doit cependant pas être si élevée que d'importantes quantités de grainse sont expulsées Par les jeux 40. A2, 44 et 46, La couche de grai-.sse liquide dans les -ainures 36 et 38 produit une étenchéité efficace entre la coulisse 24 et l'anneau 20 et diminue en même temps 1- frzoaement entre la coulisse et l'anneau pa- laa lubrification qu'eile assure. Pour limiter ies pe:tes de graisse et créer ur joirt efficace, il importe de mainteair les jeux 40, 42, 44et 46 ussi petits que possible à chaque instant. En raison des variations de l'épaissaur de tanneau 20 et en raison des nutacions da cet anneau, il est préférable qoe les rai.ures 36 et 38 p-ssèdenc une certaine mobilité relative. De cette manière, des adaptations à des nutations et à d'autres vailations de l'anneau 20 sont possible pendat la rotation. Pour cri-_er cette mobilité reiative de; rainurss dans le-sens latéral, la rainure 36 est ménagée dans un piston annulaire d'étan- chéité 54 - dont il a d ëjà ié question - qui est dispos. coulissant, de manière a pouvoir s'approcher et s:dcarter de l'anneau 20, dans une chambre de piston annlaire 56 formée dans le bras annulaire 28 de la coulisse 24. La rainure 36 est alimentée en graisse à travers des perages 55 du piston 54, ce qui est égairment visible sur la figure 4. I1 est important que le piston 54 soit poussé en perma- nence vers l'anneau 20 pour que les jeux 40, 42, 44 et 46 restent aussi petits que possible afin d'empecher ou de limiter les pertes de graisse. Le piston 54 peut être poussé vers l'intérieur 2n direction de l'an- neau d'étanchéité 20 par différents moyens, comprenant des ressorts par exemple. Il est cependant préférable de charger le piston d'étan- chéité 54 dans ee sens par de la graisse sous pression, comme cela est le cas dans l'exemple représenté, o la graisse sous pression arrivant par le canal d'alimentation 48 est introduite dans une chambre de pression 58 avant d'être envoyée par les perçages 55 dans la rainure annulaire d'étanchéité 36. La chambre de pression 58 est ménagée à l'arrière du piston 54 dans le bras 28 de la coulisse. La face arrière 53 du piston 54 est plus grande que l'aire de surface de l'anneau 20 en contact avec la graisse sous pression dans la rainure 36. La graisse dans la chambre de pression 58 étant habituellement à la même pression que la graisse dans la rainure 36, la plus grande surface utile du piston dans la chambre de pression 58 a pour effet que le piston est poussé vers l'anneau. Pour que la coulisse 24 puisse suivre les nutations de l'anneau 20, elle est montée dans des cercles de suspension reliés par des articulations 60. Ce montage permet le'mouvement axial relatif et le réajustement de la coulisse 24 pendant le fonctionnement de la cornue. Les mouvements relatifs dans le sens radial sont possibles par le coulissement et le réajustement de l'anneau d'étanchéité 20 dans la coulisse 24. Les cercles de suspension avec les articulations sont supportés par une monture annulaire 62 faisant partie de la tête fixe 16 de la cornue. La figure 2 montre que les articulations de la suspension sont réparties autour du dispositif d'étanchéité 18. Comme ce montage de la coulisse n'est pas étanche aux gaz ou aux liquides, il est également nécessaire d'étancher la coulisse 24 par rapport à la tête fixe 16 pour empêcher l'échappement de produits. A cet effet, un soufflet 64 est fixé par une extrémité 66 à la tête fixe 16 et par son extrémité opposée 68 à la coulisse 24, comme repré- senté sur la figure 3. Le soufflet 64 est de type ordinaire en caout- chouc ou un autre matériau souple permettant l'allongement, la com- pression et la flexion du soufflet pour que celui-ci puisse suivre les mutations de la coulisse 24 sous l'effet des nutations de l'anneau d'étanchéité 20. Pendant les nutations de l'anneau 20 au cours du fonc- tionnement de la cornue, des intervalles ou jeux plus grands et des zones de haute ou de basse pression de courte durée sont créés tout au long des rainures annulaires d'étanchéité 36 et 38. Pendant ces chutes de pression momentanées et ces augmentations de jeu de très courte durée, il est souhaitable de restreindre l'écoulement de graisse pour empêcher que d'importantes quantités de graisse ne s'échappent des rainures annulaires 36 et 38. A cet effet, les bras 28 et 30 de la coulisse contiennent des étranglements 70 et 72 prévus dans les canaux d'alimentation en graisse 48 et 50 pour limiter le débit de graisse. De cetto manire, lorsque des pressions basses sont établies le long des rainures 36 et 3'% de petites quantités eeulemeat de graisse pourront sécihapp-r avant que, par son action d'autocompen- sation, le piston 54 à commanda hydraulique ne referme les jeux et n'égalise de nouveau la pression dans le système. La coulisse 24 étant librement mobile sur son montage à la cardan 60 elle peut suivre librement les mutations de l'anneau d'étanchéité tournant 20 et elle peut se déplacer en outre dans l'une ou l'autre direction pendant les ajustements des jeux entre la coulisse et l'anneau 20. L'invention apporte par consdquent un dispositif d'étanchéité 18 qui est lubrifié en permanence, qui suit continuellement la mutation de l'anneau d'étanchéité tournant 20 et s'ajuste également de façon automatique à la variation de l'épaisseur de cet anneau. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et il'homme de lart pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. 2495Z64 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif d'étanchéité de cornue pour assurer l'étan- chéité entre une partie tournante formant récipient ou four d'une cornue rotative et une partie stationnaire ou tête de cornue, carac- térisé en ce qu'il comprend un première surface d'étanchéité annulaire (32, 34) sur ia partie tourmante (12), une seconde surface d'étanchéité annulaire conjuguée à la tUte fixe (16) et coopérant avec la première, un dispositif d'étanchéité interface (36, 38) formant un joint d'étan- chéité hydrostatique ou joint fluide entre la première surface d'étan- chéité tournante et la seconde surface d'étanchéité conjuguée à la tête fixe (16) par une couche de liquide disposée entre elles, afin d'empêcher l'échappement de gaz et de liquides de la cornue, et un dispositif (60) de suspension à la cardan pour permettre a la seconde surface d'étanchéité de suivre une nutation de la première surface d'étanchéité pendant la rotation de la partie tournante (12) de la cornue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première surface d'étanchéité est formée d'une première (32) et d'une seconde face latérale (34) d'un anneau d'étanchéité (20) orienté radialement et dont la première face latérale est tournée vers la par- tie tournante (12) de la cornue et la seconde vers le c6té opposé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde surface d'étanchéité est formée sur une coulisse annu- laire (24) dispose autour de l'anneau (20), la coulisse ayant une section en forme d'étrier et possédant un premier (28) et un second bras (30) situés en regard des faces latérales (32, 34) de l'anneau (20), le premier bras en regard de la première face (32) et le second en regard de la seconde face (34). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif formant le joint d'étanchéité hydrostatique comprend des rainures annulaires d'étanchéité (36, 38) ménagées en regard des faces latérales d'étanchéité de l'anneau (20) dans les bras (28, 30) de la coulisse (24) et contenant la couche de l quide, les rainures étant ouvertes du côté de l'anneau (20) et chaque couche de liquide contenue dans une rainure étant en contact avec la face latérale correspondante de l'anneau (20). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une au moins des rainures détanchéité (36, 38) est formée dans un piston anulaire d'étanchéité (54) monté coulissant dano un bras (23) de la coulisse (24), de sûrte que la distanr:ca ertre les deu. rainures (36, 38) peut varier. 6. Dispositif selon la evadicati _ 5, crac!rise*e que le piston.5' est Deuss, vers l'an:ea. r u dipsitif de charge de piston (52). 7. Disoositif selon 'a rendia-_ia 4. caractdrisé en ce qu:un disposztif ee press(on est pr.ivu pcur l.ilmen-aio des rai- aures (363 38) Pi. liqui.-i Gous pression et le anatien sous; resaion du joilt hydros-_ique foru par la couche cu les couches -de liquide. 8. Disposi.if selon la revendici o 7, caracterisd en ce que le dispositif de pression produit e-n autre one charge suffisanta sur le piston 134) pour maintenir les jeux (': 42, 44; et 4E) entre les bras (28: O) et les faces latérales (32, 34) de l!anneau (20) faibles et ê';iter ainsi. des fuites excessives de liquide a partir des rainures.23 38)." 9. DispoicLif t- on la raeid(cation. 8c carat rs/ ea ce uie le dispCsfCif de pression comprend un rd-servoir de liiuida coiamun et des canaux (48. 50, 55) pour asmaer le liquide sous pression jus- qu'aux rainures (36, 38). 10. Pispositif selon la revendicatisu 9, caratnr is en ce que les canaux (48,:0) contiennen't des -trang.cments f(7 72) pour empcher- des e:ulemernts excessifs ne liquid- vers les rainures (36, 38) lorsque ia pression dans l'un eu l'autre des canaux. (A48 50) chute momentanument: sous 'effe dun aumentation momentane du jeu (42, 44 respecti-vemctent 40, 46) entre une face iatérale de l'anneau (20} et une face correspondante d'%.n des bras k28, 30) de la cou- lisse (24). I1. Dispositif selon la revendication 10, caract-risé en ce que le liquide est un lubrifiant. i2. Dispositif selon la revendicatrionl, earactérisé en ce que le liquide est une graisse pour haute températureo