Brevet FR2508069A1 — publié le 19821224

Il existe de nombreux procédés de déshydratation bien connus qui sont actuellement en usage dans l'industrie de la fabrication du papier Un dispositif communément uti- lisé est une machine à papier Fourdrinier qui utilise un sys- tème de caisses aspirantes plates comportant une série de caisses aspirantes plates disposées en série et reliées par un collecteur Au moins la dernière caisse est habituellement appelée caisse sèche Dans le dispositif connu, des organes de réglage du vide sont reliés à chacune des caisses de la série pour y entretenir les conditions de vide désirées Dans ce dispositif interconnecté, il est généralement nécessaire de réaliser un niveau de vide maximum dans le collecteur en raison de la chute de pression qui se produit dans ltappareil de réglage du vide affecté à la ou aux dernières caisses qui travaillent normalement avec le vide le plus élevé La néces- sité d'établir un niveau de vide maximum implique une forte demande d'énergie, même lorsque ce niveau de vide n'est pas nécessaire pour les besoins de la déshydratation dans l'ins- tallation En conséquence, un dispositif capable de réduire la consommation d'énergie dans une machine à papier serait extrêmement souhaitable. Il existe plusieurs types de base de pompes à vide qui sont utilisés pour réaliser l'installation de vide la plus efficace pour différents types d'application des machi- nes à papier tels que celui qui a été exposé plus haut Trois types de base de pompes à vide utilisées dans l'industrie du papier sont la pompe à anneau liquide, la pompe à déplacement positif et l'exhausteur centrifuge quelquefois appelé souf- flante Chaque type a ses avantages et ses inconvénients par rapport aux autres et le choix de la pompe à vide est basé sur les différents paramètres de l'installation Naturelle- ment, il est souhaitable de pouvoir utiliser des pompes à vi- de de l'un quelconque des types mentionnés plus haut d'une façon classique en tant que partie d'une machine à papier telle qu'une machine à papier Fourdrinier En outre, une tel- le utilisation en combinaison avec des parties particulières de la machine telle que le système de caisses aspirantes pour former un dispositif de réglage du vide permettant des éco- nomies d'énergie importantes de telle sorte qu'il constitue un dispositif plus efficace et peu coûteux, est un autre per- fectionnement. On a déjà récemment réalisé des économies de prix de revient en réalisant des dispositifs qui réduisent les be- soins de puissance des pompes à vide Ces développements sont amplement exposés dans les demandes de brevet déposées aux E U A sous le No 100 617 le 6 Décembre 1979 et 100 814 dé- posée le 6 Décembre 1979. Compte tenu de ce qui précède, il est parmi les prin- cipaux buts de l'invention de réaliser un nouveau dispositif de réglage du vide pour machine à papier, en particulier pour le système de caisses aspirantes plates d'une machine Four- drinier Un but de l'invention est d'utiliser un entra nement a vitesse variable sur l'une des différentes pompes à vide bien connues, telles qu'un exhausteur centrifuge ou une pompe a vide à anneau liquide, pour régler le niveau de vide ou la demande d'air de la dernière caisse aspirante, ou caisse sè- che, d'une machine à papier Fourdrinier Ce dispositif est avantageux en ce qu'on obtient une réduction notable des be- soins d'énergie de la pompe à vide utilisée pour déshydrater une feuille dans le système de caisses aspirantes plates d'u- ne machine à papier On obtient des résultats spectaculaires sur des machines qui fabriquent des nuances ou qualités mul- tiples, o les spécifications du débit d'air exigés des pom- pes à vide varient lorsqu'on a à déshydrater des qualités di- verses de papiers. Un but de l'invention est de fournir un nouveau moyen de réglage du vide pour déshydrater une feuille dans le sys- tème de caisses aspirantes d'une machine à papier de type ana- logue à ceux qui ont été décrits dans les demandes précitées. L'invention réside dans la suppression de l'appareil de ré- glage du vide sur la ou les dernières caisses sèches d'une série de caisses aspirantes reliées par un collecteur dans le système de caisses aspirantes L'appareil de réglage du vide de la dernière caisse sèche est remplacé par un mécanisme dfentraînement à vitesse variable pour la pompe à vide Par conséquent, au lieu d'utiliser un appareil de réglage de vi- de sur la dernière caisse pour régler son vide sur une valeur désirée, on règle la vitesse de marche de la pompe à vide pour satisfaire les besoins de cette caisse Le résultat est une réduction du niveau de vide maximum demandé au collecteur en raison de l'élimination de la chute de pression dans l'ap- pareil de réglage de la ou des dernières caisses aspirantes qui travaillent normalement sous le vide le plus élevé En ramenant le niveau de vide dans le collecteur de 381 mm Hg par exemple, à 304,8 mm Hg, qui est le vide typique pour la dernière caisse aspirante on réduit la puissance d'entratne- ment de 19 % lorsqu'on utilise un exhausteur centrifuge et de 10 % lorsqu'on utilise une pompe à vide à anneau liquide. Ltéconomie d'énergie peut ktre beaucoup plus élevée dans de nombreux cas parce que les chiffres indiqués sont basés sur l'utilisation d'un dispositif de pompage de vide parfaite- ment adapté dans lequel les écoulements d'air nécessaires pour des caisses aspirantes ne varient pas Par exemple, si les besoins d'air dans les caisses aspirantes varient de 3 cpo, ce qui n'est pas inhabituel, on peut ralentir la pompe à vide à anneau liquide de 30 % tout en conservant son niveau de vi- de Ceci réduit la puissance d'entraînement de la pompe à vi- de d'environ 50 Sa comparativement à une pompe à vide à vi- tesse constante Une réduction de 30 % du débit d'air dans le cas d'un exhausteur centrifuge à vitesse variable économi- se à nouveau 14 %, ce qui porte l'économie totale à environ 33 % A la différence de ce qui se produit dans une pompe à vide à anneau liquide ou à déplacement positif, dans un ex- hausteur le maximum de vide est affecté par la vitesse Il n'est donc pas possible de réduire sa vitesse autant que cel- le d'une pompe à anneau liquide en conservant un niveau de vide donné Dans les deux cas, que l'on utilise une pompe à anneau liquide ou un exhausteur centrifuge, on réalise d'im- portantes économies d'énergie. Il est également significatif qu'un réglage de la vitesse d'une pompe à vide pour le contrôle de la teneur en humidité dans une partie d 7 un dispositif de réglage du vide pour déshydratation de feutres, constitue un moyen idéal pour économiser l'énergie Cette observation s'applique également au système de caisses aspirantes de la machine à papier La modification du dispositif peut consister dans l'utilisation d'une caisse aspirante additionnelle placée dans la zone sè- che, et utilisée pour tirer parti du volume d'air excédentai- re d'une pompe à vide, selon un principe analogue à l'allon- gement du temps de passage de déshydratation du feutre qui a été exposé dans les demandes de brevets indiquées plus haut. En résumé, l'invention a pour objet un dispositif de réglage du vide pour le système de caisses aspirantes pla- tes d'une machine à papier Ce dispositif comprend plusieurs caisses aspirantes disposées en série, et reliées par un col- lecteur Des moyens de réglage du vide sont reliés à un nom- bre prédéterminé des caisses pour régler et engendrer les conditions de vide désirées dans celles-ci Des moyens sont prévus pour faire passer une feuille à déshydrater sur les caisses Des moyens de production du vide transmettent le vi- de aux caisses et déshydratent la feuille qui passe sur ces dernières Des moyens de réglage reliés au moins à la derniè- re caisse et à la pompe à vide et sensibles à une modifica- tion du niveau du vide ou de la demande de débit d'air de la dernière caisse aspirante règlent en conséquence la vitesse de la pompe à vide pour obtenir le vide désiré au moins sur la dernière caisse. Les caractéristiques et avantages de l'invention ap- para tront au cours de la description qui va suivre Sur les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig 1 est une vue schématique du dispositif de réglage du vide incorporé à la partie caisses plates de la machine à papier; et la Fig 2 est un schéma bloc des organes de com- mande du dispositif de réglage du vide suivant l'invention. Le système de caisses aspirantes plates 20 d'une machine à papier telle qu'une machine Fourdrinier est illus- trée sous une forme schématique sur la Fig 1 Comme indi- qué par la flèche, la feuille passe sur la face supérieure des caisses aspirantes plates 20 en se déplaçant de la gau- che vers la droite et de l'extrémité humide de la machine à son extrémité sèche dans le processus de déshydratation Dans la forme de réalisation représentée, il y a cinq caisses as- pirantes plates 21, 22 j 23, 24 et 25 La dernière caisse 25 est une caisse sèche située à l'extrémité du système de cais- ses aspirantes de la machine Le dispositif est représenté vu de l'avant de sorte que la feuille à déshydrater passe successivement, de la gauche vers la droite, sur les caisses 21, 22, 23, 24 et 25 Chacune des caisses présente, dans sa surface supérieure, des ouvertures appropriées d'accès à la feuille et d'aspiration du liquide de cette dernière Le li- quide passe de la caisse 21 à un collecteur creux 27 par un conduit 26 Le collecteur 27 est un conduit creux qui est perpendiculaire au conduit 26 partant de la caisse 21 Un conduit analogue 28 mène de la caisse 22 au collecteur 27. Un conduit parallèle analogue 29 relie la caisse 23 au col- lecteur 27; un autre conduit 30 va de la caisse 24 au col- lecteur 27 et un conduit 31 relie la caisse 25 au collecteur 27 Les conduits 26, 28, 29, 30 et 31 ont des extrémités in- férieures ouvertes qui débouchent dans une fosse de joint hy- draulique 45 L'extrémité ouverte de chaque conduit est pla- cée au-dessous de la surface libre 47 du liquide dans la fos- se de joint hydraulique 45 afin de maintenir le vide dans l'installation. L'extrémité du collecteur 27, située à l'extrémité sèche de la machine est reliée à un conduit 32 Le conduit 32 pénètre dans un séparateur 33 pour assurer la séparation classique entre le liquide et l'air dans l'installation de vide L'air passe alors, par un conduit 34, à une pompe à vi- de classique ou à un exhausteur centrifuge classique 35, qui évacue l'air par une sortie 36 de la façon habituelle. Le liquide séparé passe du séparateur 33 à la fosse de joint hydraulique 45 par un conduit 49 Le liquide séparé qui a été recueilli dans les conduits 26, 28, 29, 30 et 31 s'accumule également dans la fosse de joint hydraulique 45, en sortant par l'extrémité inférieure ouverte de chacun de ces conduits. Un moteur 37 à vitesse variable de type classique est relié à la pompe à vide 35 pour régler la vitesse de cet- te pompe à vide en réponse a un signal émis par un tableau de commande 38 de nature classique Le tableau de commande 38 est relié au moteur à vitesse variable 37 par une liaison électrique 39 et il est également relié par une ligne 40 de captage du vide, électrique ou pneumatique, à la dernière caisse aspirante 25 du système 20 Un mécanisme capteur clas- sique approprié 43 est en communication avec l'intérieur du conduit 31 pour détecter les conditions de vide régnant dans ce conduit 31 et régler le moteur à vitesse variable et la pompe à vide en conséquence par l'intermédiaire du tableau de commande. Des appareils appropriés de réglage du vide 41 peu- vent 9 tre utilisés sur les caisses aspirantes autres que la dernière caisse sèche 25. En fonctionnement, lorsque la feuille passe sur les caisses aspirantes et que les conditions de cette feuille à déshydrater varient, la demande de vide dans le conduit 31 re- lié à la caisse sèche 25 est détectée par le capteur 43 Le tableau électrique 38 réagit alors à cette demande de vide et règle en conséquence le moteur à vitesse variable, ce qui règle la vitesse de la pompe à vide Au lieu d'utiliser un appareil de réglage du vide dans la dernière caisse pour ob- tenir le vide désiré, on règle la vitesse de la pompe à vide pour satisfaire les besoins de cette caisse Ceci réduit le niveau de vide maximum demandé au collecteur 27 grâce à Ité- limination de la perte de charge dans l'appareil de commande pour la dernière caisse aspirante 25, qui travaille normale- ment au vide le plus élevé Le fait de réduire le niveau de vide dans le collecteur 27 réduit la puissance d'entraîne- ment nécessaire pour l'exhausteur centrifuge ou pour une pom- pe à vide du type à anneau liquide Ceci se traduit par une économie d'énergie dans l'utilisation de l'installation. Le tableau électrique 38 travaille de la façon sui- vante, décrite en regard de la Fig 2 Le niveau de vide dans la ligne de détection de vide 40 est transformé en un signal électrique de bas niveau par un transducteur à jauge de pres- sion habituel 42 Ce signal de bas niveau est amplifié par un amplificateur 44 de conditionnement des signaux, qui peut également avoir éventuellement une caractéristique de gain non linéaire De cette façon, les caractéristiques de débit d'air non linéaire de la pomipe ou de l'exhausteur peuvent être ef- fectivement rendues linéaires Ceci permet de Xéaliser une commande stable sur un intervalle de valeurs du débit d'air plus large que celui qu'il serait possible d'obtenir sans gain non linéaire. Le signal amplifié est transmis à un circuit de com- mande proportionnelle 46 de type classique L'ajustement du point de réglage de ce circuit de commande permet de mainte- nir le réglage du niveau de vide Le signal de sortie émis par ce circuit de commande proportionnelle 46 est utilisé comme signal de réglage de la vitesse transmis sous forme analogique par une ligne 39 au moteur 37 à vitesse variable. En plus du réglage de la vitesse du moteur de la pompe dans les conditions normales, les commandes doivent protéger la pompe et le moteur des conditions anormales Le circuit 48 qui est composé de détecteurs de limites et de por- tes logiques numériques, assure un arrêt approprié et sûr dans ces circonstances Ces circuits commandent également la mise en marche du dispositif de réglage Les signaux numé- riques émis par les circuits sont transmis directement à des entrées de commande prévues sur le moteur d'entra nement à moteur à vitesse variable 37. Les organes nécessaires pour réaliser toutes les par- ties de l'appareillage décrit ci-dessus se trouvent dans le commerce Par exemple, un appareil acceptable comme trans- ducteur de pression 42 est le modèle DP 15 fabriqué par Vali- dyne Engineering Corporation de Northridge, Californie, 91324 (E U A) Le modèle CD 15 de la même firme donnerait de bons résultats en tant qu'amplificateur électronique 44 de conditionnement des signaux Le circuit de commande pro- portionnelle 46 pourrait Ltre constitué de façon satisfai- sante, par exemple, par le modèle AP 2162-3106 de la firme Action Instruments Co, Inc de San Diego, Californie 92133 (E.U A) Un exemple d'appareillage acceptable pour les dé- tecteurs limites et les dispositifs de commutation de com- mande 48 est le modèle AP 1020-3007 de la même Firme Action Instruments Co, Inc. On peut également utiliser d'autres composants clas- siques pour constituer le dispositif suivant l'invention Par exemple, une pompe à vide ou un exhausteur centrifuge fabri- qué par la Firme Offman Air et Filtration System de Syracuse, New York, E U A, serait acceptable Par ailleurs, la Firme Nash Engineering Company de-Norwalk Connecticut (E U A) four- nit un équipement de pompe à vide également acceptable Un exemple de moteur d'entraînement à vitesse variable accepta- ble pour le dispositif est celui qui est connu sous la dési- gnation de moteur à fréquence variable et fabriqué par la Firme Parametrics de Oranges Connecticut (E U A). R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de réglage du vide pour le système de caisses aspirantes plates d'une machine à papier comprenant plusieurs caisses aspirantes ( 21 à 25) disposées en série et reliées par un collecteur ( 27); des moyens de réglage du vide reliés à un nombre prédéterminé des caisses aspirantes pour régler et produire les conditions de vide désirées dans ces caisses; des moyens permettant de faire passer une feuil- le à déshydrater sur les caisses; des moyens ( 35) formant pompe à vide destinés à transmettre le vide aux caisses et à déshydrater la feuille passant sur elles, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de réglage, re- liés au moins à la dernière caisse aspirante ( 25) et à la pompe à vide et sensibles à une modification du niveau de vi- de ou de la demande de débit d'air dans la dernière caisse aspirante, pour régler de façon correspondante la vitesse de la pompe à vide et obtenir le niveau de vide désiré au moins dans la dernière caisse aspirante ( 25). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de réglage comprennent un moteur à vitesse variable ( 37) pour ltentraînement de la pompe à vide. 3 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que seule la dernière caisse ( 25) est reliée aux moyens de réglage reliés à la pompe à vide de façon à régler la vitesse de la pompe à vide de façon correspondante. 4 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la pompe à vide est une pompe à anneau liquide. Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la pompe à vide est un exhausteur centrifuge. 6 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la dernière caisse aspirante ( 25) est la cais- se sèche d'une machine à papier Fourdrinier. 7 Dispositif suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que les moyens de réglage comprennent un transduc- teur de pression ( 42) relative sensible au niveau de vide et le transformant en un signal électrique de bas niveau, un am- plificateur de conditionnement des signaux ( 44) destiné à amplifier le signal électrique de bas niveau, un circuit de commande proportionnelle ( 46) destiné à recevoir le signal électrique amplifié et présentant un moyen d'ajustement du point de réglage permettant de maintenir le réglage du ni- veau de vide, le circuit de commande proportionnelle ( 46) é- tant relié au moteur dtentraînement à vitesse variable ( 37) de telle manière que le signal de sortie du circuit de com- mande proportionnelle commande le moteur d'entraînement à vitesse variable destiné à entraîner la pompe à vide. 8 Procédé de réglage des conditions de vide régnant dans le système de caisses aspirantes plates d'une machine à papier qui comprend plusieurs caisses aspirantes disposées en série et reliées par un collecteur, des moyens de réglage du vide reliés à un nombre prédéterminé de caisses aspirantes pour régler et produire les conditions de vide désirées dans les caisses aspirantes; des moyens pour faire passer une feuille à déshydrater sur les caisses aspirantes et des moyens formant pompe a% vide pour transmettre le vide aux caisses as- pirantes et déshydrater la feuille qui passe sur ces caisses, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on règle la vitesse de la pompe à vide en utilisant des moyens de réglage reliés au moins à la dernière caisse aspirante et à la pompe à vide, qui répondent à une modification du niveau de vide ou de la demande de débit d'air appliquée à la dernière caisse aspi- rante de manière à obtenir le niveau de vide désiré au moins sur la dernière caisse aspirante. 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un moteur à vi- tesse variable ( 37) pour l'entrafnement de la pompe à vide. Procédé suivant la revendication 8, caractéri- sé en ce que seule la dernière caisse aspirante ( 25) est re- liée aux moyens de réglage reliés à la pompe à vide, pour régler la vitesse de la pompe à vide en conséquence. 11 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la pompe à vide ( 35) est une pompe à anneau liquide. il 12 Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la pompe à vide ( 35) est un exhausteur centrifuge. 13 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la dernière caisse aspirante est la caisse sèche ( 25) d'une machine à papier Fourdrinier. 14 Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un transducteur de pression sensible au niveau de vide et le convertissant en un signal électrique de bas niveau, un amplificateur de con- ditionnement des signaux servant à amplifier le signal élec- trique de bas niveau, un circuit de commande proportionnelle destiné à recevoir le signal électrique amplifié et équipé de moyens d'ajustement permettant de fixer le niveau de vide à entretenir, le circuit de commande proportionnelle étant relié au moteur d'entra Inemçnt à vitesse variable de telle manière que le signal de sortie émis par le circuit de com- mande proportionnelle agit sur le moteur à vitesse variable d'entraînement de la pompe à vide.