Brevet FR2508070A1 — publié le 19821224

Les dispositifs de déshydratation sont bien connus dans l'industrie de la fabrication du papier En fait, dans un processus de fabrication du papier, la déshydratation est un processus habituel dans plusieurs zones de la machine Par exemple, dans la partie-presse de la machine, un ou plusieurs tubes aspirants sont reliés à une source d'aspiration et sont fendus pour permettre à un tissu tel qu'un feutre de presse de la machine à papier de se déplacer sur eux L'aspiration à travers les fentes et les tubes déshydrate le feutre et le mélange d'eau et d'air est séparé, de façon classique En gé- néral, dans cette partie de la machine, il est souhaitable d'utiliser une pompe à vide du type à anneau liquide ou à dé- placement positif. Dans l'ensemble, les pompes à vide sont calculées pour des conditions de demande maximale dans le tube d'aspi- ration lorsque le feutre ou tissu analogue est neuf Lorsque le réglage du vide a été exécuté et que l'installation est mise en marche, la pompe à vide fonctionne à sa vitesse maxi- mum lorsque le feutre est neuf Etant donné que la perméabi- lité du feutre décrott avec le temps, le niveau de vide dans le tube d'aspiration croit automatiquement parce que la pompe à vide utilisée est un appareil à volume constant Diverses solutions ont été envisagées pour tirer parti de l'accroisse- ment du vide, par exemple un réglage automatique ou manuel de la largeur de la fente de telle manière qu'une plus grande partie du feutre soit soumise à un vide plus poussé à un ins- tant donné Compte tenu des préoccupations actuelles d'écono- mies d'énergie, on tirerait d'autres avantages si l'on pou- vait réduire l'énergie consommée par la pompe à vide au cours de la durée de vie du feutre Il est extrêmement souhaitable de réaliser des économies d'énergie de cette façon dans les conditions actuelles de la fabrication du papier aussi bien que dans tous autres environnements dans lesquels on consomme de l'énergie. Naturellement, pour la partie de la machine à papier qui utilise des tubes d'aspiration et dans les cas o l'on a à entretenir un niveau de vide désiré dans ces tubes, il est habituel d'utiliser les pompes à vide à anneau liquide ou à déplacement positif de façon à obtenir un rendement maxi- mum Il est certainement souhaitable de trouver le moyen de réduire la consommation d'énergie de ces types de pompes et cela augmenterait le rendement global de la machine à papier, en particulier en ce qui concerne l'économie d'énergie On obtiendrait naturellement en résultat additionnel un abaisse- ment de prix de revient en énergie Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, divers développements réalisés antérieurement dans ce domaine ont permis des réductions du prix de revient Par exemple, on a déjà conçu des installations qui réduisent à un minimum les besoins de puissance des pompes à vide Ces perfectionnements sont décrits dans les demandes de brevets déposées aux E U A le 6 décembre 1979, sous le No 100 617 et sous le No 100 814. Compte tenu de ce qui précède, un but principal de la présente invention est de réaliser un nouveau dispositif de réglage du vide pour machine à papier, en particulier pour la partie de la machine dans laquelle on utilise des tubes d'aspiration pour déshydrater des tissus tel que des feutres de presses L'invention utilise un dispositif d'entraînement à vitesse variable d'une pompe à vide à anneau liquide ou à déplacement positif pour régler le vide maximum d'un ou de tubes d'aspiration utilisés pour déshydrater des feutres de presse ou tissus analogue En fait, l'installation suivant l'invention peut 9 tre utilisée pour les tissus dont la per- méabilité au flux d'air change avec le temps ou avec le mode d'utilisation Un important avantage de l'installation sui- vant l'invention réside dans la réduction de la quantité to- tale d'énergie consommée par les pompes à vide de déshydra- tation des feutres. Un but de l'invention est de relier un moteur d'en- traînement à vitesse variable et un circuit de commande com- portant un détecteur de vide à la pompe à vide et à un ou plusieurs tubes d'aspiration Un but est de simplifier le fonctionnement de l'installation de déshydratation de telle manière que son fonctionnement puisse être déclenché par le réglage du vide maximum nécessaire pour déshydrater un feu- tre donné lorsqu'il est à son minimum de perméabilité Lors- que le point de réglage du vide a été fixé, la pompe à vide travaille à sa vitesse maximum si le feutre est neuf Lors- que la perméabilité du feutre décroit avec le temps, le ni- veau de vide mesuré dans le tube d'aspiration croit autoinati- quement parce que la pompe à vide utilisée est un appareil à volume constant Pendant tout ce temps, la-pompe à vide travaille à sa vitesse maximum, jusqu'à ce que le niveau de vide ait atteint le point fixé sur les éléments de réglage. Pour maintenir ce niveau de vide maximum désiré dans le tube d'aspiration, le moteur dtentrainement à vitesse variable est mis en action pour commencer à ralentir la pompe à vide lorsque la perméabilité du feutre diminue L'abaissement de la vitesse de la pompe se traduit par un abaissement de la puissance d'entrainement consommée En fait, les besoins de puissance de la pompe à vide peuvent être presque la moitié de ce qu'ils sont dans les installations classiques actuelles vers la fin de la vie d'un feutre donné. En résumé, on réalise un dispositif de réglage du vide pour la déshydratation de tissu utilisé dans une ma- chine à papier qui est particulièrement bien adapté à la par- tie de la machine qui utilise des tubes d'aspiration Une pompe à vide est connectée à chaque tube d'aspiration pour lui transmettre le niveau de vide désiré Des moyens sont prévus sur la machine pour faire passer le tissu sur une fente formée dans le tube d'aspiration de manière que l'as- piration appliquée à travers cette fente déshydrate le tis- su Des moyens de réglage sont reliés au tube d'aspiration et à la pompe à vide et, en réponse à un accroissement du niveau de vide régnant dans le tube, lorsque la perméabilité du tissu diminue, ces moyens de réglage réduisent de façon correspondante la vitesse de la pompe à vide et conservent le niveau de vide désiré dans le tube d'aspiration. Les caractéristiques et avantages de l'invention ap- paraitront mieux 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 du réglage du vide incorporé dans la partie d'une machine à papier qui utilise des tubes d'aspiration; et la Fig 2 est un bloc diagramme des éléments de commande du dispositif du réglage de vide suivant l'invention. La partie représentée 20 d'une machine à papier de type bien connu est la partie de l'extrémité presse de la ma- chine qui utilise un ou plusieurs tubes d'aspiration 22 pour déshydrater un feutre de presse 24 ou un tissu analogue Ceci constitue une disposition habituelle dans la presse de la machine à papier. Ainsi qu'il est bien connu, chaque tube d'aspiration 22 comprend un conduit creux 26 qui présente une fente 28 formant une ouverture à sa partie supérieure Un conduit de sortie 30 est relié à un séparateur liquide-gaz 32 de type classique Le séparateur 32 est relié par un conduit 34 à une pompe à vide 36 telle qu'une pompe à vide à anneau liqui- de ou à déplacement positif, de type classique Comme dans la technique classique, il est prévu dans l'installation une soupape de s reté 38 sur le conduit reliant le séparateur a la pompe à vide, pour casser le vide lorsque celà est néces- saire Le séparateur 32 a une sortie inférieure 40 pour l'a- menée du liquide séparé dans une fosse de joint hydraulique 42 par l'intermédiaire d'une branche pendante 43 Sur le des- sin, l'eau 44 recueillie par déshydratation est montrée dans la fosse de joint hydraulique 42. Un arbre d'entrafnement classique 39 relie un moteur d'entraînement à vitesse variable 41 à la pompe à vide 36 de façon à régler et à entrainer cette pompe à vide à diver- ses vitesses choisies fonctions des conditions de vide ré- gnant dans la cavité intérieure du tube d'aspiration 22 Un tableau de commande électrique classique 45 est relié au mo- teur d'entraînement à vitesse variable par une ligne 47 et commande ce moteur, et, par conséquent, la vitesse de la pom- pe 36 Les commandes sont également connectées électriquement par l'intermédiaire d'un conducteur 46, à un type bien connu de détecteur de vide 48, électrique ou pneumatique monté sur le tube d'aspiration, de manière à mesurer le niveau de vide à l'intérieur de ce tube à un instant donné. L'installation ci-dessus est analogue aux installa- tions de déshydratation bien connues qui sont utilisées ac- tuellement dans les usines, à l'exception du moteur d'entrat- nement à vitesse variable 40 et des organes de commande inter- connectés 45 utilisés pour ajuster la vitesse de la pompe 36. En fonctionnement, l'installation est réglée comme représentéesur la Fig 1 et les organes de commande sont ajus- tés pour réagir à un réglage du vide maximum nécessaire pour déshydrater un feutre donne tel que le feutre 24 lorsqu'il présente sa perméabilité minimum Lorsque ce point de vide a été fixé, la pompe à vide 36 fonctionne à sa vitesse maxi- mum si le feutre 22 est neuf Le feutre passe de la gauche vers la droite sur la fente 28, comme indiqué par la flèche. L'aspiration par le tube d'aspiration 22 attire l'air et l'eau contenus dans le feutre 24 à travers ce dernier jusque dans la cavité intérieure du tube d'aspiration 22, lorsque le feutre passe sur la fente 24 Cette combinaison d'air et d'eau passe ensuite par le conduit de sortie 30 dans le sé- parateur 32, o l'eau et l'air sont séparés L'eau s'écoule par l'ouverture de sortie inférieure 40 dans la fosse de joint hydraulique 42, en passant par la branche descendante 43 L'air séparé encore soumis à l'action du vide est aspiré par le conduit 34 dans la pompe 36 et est rejeté dans l'at- mosphère à travers l'ouverture de sortie 50 de la pompe à vide Ce trajet est indiqué par les flèches de la Fig 1. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, lorsque le point de vide a été déterminé par réglage sur le tableau de commande, la pompe à vide 36 fonctionne à sa vitesse maximum si le feu- tre est neuf Au fur et à mesure que la perméabilité du feu- tre décroit avec le temps, le niveau de vide dans le tube d'aspiration 22 croit automatiquement parce que la pompe à vide 36 est un appareil à volume constant Pendant ce temps, la pompe à vide 36 fonctionne à sa vitesse maximum, jusqu'à ce que le niveau de vide ait atteint le point de réglage du tableau de commande 45 Le détecteur 48 détecte les condi- tions de vide dans le tube d'aspiration 22 pendant toute cet- te période de temps et les organes de commande 45 répondent au vide signalé par le capteur 48 Pour maintenir le niveau de vide maximum désiré dans le tube d'aspiration 22, la pom- pe à vide 36 commence à ralentir avec la diminution de la perméabilité du feutre Ceci est assuré par le connecteur é- lectrique 47 placé entre le tableau de commande 45 et le moteur d'entrainêmant à vitesse variable 41 -Let cmnmandes dbligent le moteur d'en- tràfnément à réduire la vitesse de la pa 3 e 36 Cette réduction de la vites- se de la pare se traduit par un abaissement de la puissance consoerúe pour l'entraînement De cette façon, vers la fin de la durée utile d'un feutre donné,la -puissance nécessaire à la pompe e vide 36 est dans de nom- breux cas réduite à peu près à la moitié de ce qu'elle serait dans une installation classique non équipée du moteur à vi- tesse variable et des organes de commande appropriés. Le tableau de commande électrique 45 travaille de la façon suivante, comme illustré sur la Fig 2 Le niveau de vide dans le conducteur de détection de vide 46 est trans- formé en un signal électrique de bas niveau par un transduc- teur de pression classique 52 Ce signal de bas niveau est amplifié par un amplificateur conditionneur de signaux 54 qui peut également posséder éventuellement une caracteristi- que de gain non linéaire De cette façon, on peut en effet rendre linéaires les caractéristiques d'écoulement d'air non linéaires de la pompe à vide ou de l'exhauster Ceci permet d'assurer un réglage stable sur un plus large intervalle de valeurs du débit d'air qu'on ne pourrait le faire sans le gain non linéaire. Le signal amplifié est transmis à un circuit de com- mande proportionnelle 56 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 de-ce circuit de commande proportionnel 56 est utilisé comme si- gnal de réglage de la vitesse et transmis par la ligne 47 au moteur d'entra nement à vitesse variable 41. En plus du réglage de la vitesse du moteur de la pompe en fonctionnement normal, les organes de commande doi- vent en outre assurer la protection de la pompe et du moteur contre les conditions anormales Un circuit 58, composé de détecteurs de limites et de portes logiques numériques, as- sure un arrêt approprié et s r dans ces circonstances Ce circuit commande également la mise en marche du dispositif de réglage Les signaux numériques émis par ce circuit sont connectés directement à des entrées de commande prévues sur le moteur d'entraînement à vitesse variable 41. Des composants classiques sont disponibles pour la réalisation de toutes les parties du circuit décrit plus haut. Par exemple, un appareil acceptable comme transducteur de pression relative 52 est le modèle DP 15 fabriqué par Validy- ne Engineering Corporation de Northridge, Californie, 91324 (E.U A) Le modèle CD 15 de la même-société fonctionnerait correctement comme l'amplificateur électronique de condition- nement des signaux 54 Le circuit de commande proportionnel 56 pourrait être constitué de façon satisfaisante par le mo- dèle AP 2162-3106 de la société Action Instruments Co, Inc. de San-Diego, Californie 92123 (E U A) Un exemple de cir- cuit acceptable pour le circuit 58 composé de détecteurs li- mites et le dispositif de commutation de commande est le mo- dèle AP 1020-300 de la même firme Action Instruments Co,Inc. Le tableau donné ci-après montre ltamélioration de la réduction de consommation d'énergie assurée par le circuit suivant l'invention comparativement à un dispositif classi- que Les indications du tableau se rapportent à un tube d'as- piration ayant deux fentes de 12,7 mm avec une demande maxi- mum de vide de 330,2 mm Hg La presse est la troisième presse de la partie presse de la machine à papier Les teneurs en humidité M Pl et MP 2, respectivement mesurées en amont et en aval des tubes d'aspiration sont respectivement de 0,6 H 20/ feutre et 0,54 H 0/feutre Le dispositif était conçu pour éliminer 0,06 H 20/feutre de l'eau d'arrosage La perméabilité du feutre était de 60 New, la largeur du feutre de 5,842 m et la vitesse de la machine de 746,76 m/mn. INSTALLATION CLASSIQUE 233,68 266,7 317,5 330,2 330,2 330,2 124,52 400 170 9,19 124,52 400 175 10,5 123,95 400 190 12,5 122,82 400 190 13,0 122,82 400 190 13,0 122,82 400 190 13,o 330,2 122,82 400 190 13,0 La perméabili t est le débit d'air en unités valant 0,305 m /mn/m avec une perte de charge de 12,7 mm Hg NOUVELLE INSTALLATION AVEC POMIPE A VIDE A VI Tt:SSE VARIAIBLE PP 2 124,52 124,52 123,95 ,04 99,81 68,06 débit minimum M Pl est le tube MP 2 est le tube minimum inférieur à 300 tr/rn (estimé) 0,6 0,54 0,57 0,51 0,54 0,48 0,53 0,47 0,54 0,48 0,56 0,50 0,6 0,54 la teneur en humidité avant passage sur d'aspiration, en kg H 20/kg feutre la teneur en humidité après passage sur d'aspiration, en kg H 120/kg feutre r 4 U 1 L Ji C" Co 0 > f Il ressort du tableau comparatif ci-dessus que les besoins de puissance de l'entraînement de la pompe à vide diminuent lorsque la perméabilité du feutre atteint 35 tan- dis qu'ils restent constants (au maximum) avec un dispositif classique Suivant les conditions de la machine, on peut es- pérer obtenir une réduction d'environ 25 % de la consommation de puissance d'entraînement de la pompe à vide sur l'ensemble de la durée utile d'un feutre. Il est possible d'utiliser pour la pompe à vide un exhausteur centrifuge mais les économies d'énergie ne sont pas aussi grandes parce que le niveau de vide varie avec la vitesse. On peut utiliser un équipement classique comme par- tie du dispositif Par exemple, une pompe à vide fabriquée par la firme Nash Engineering Company de Norwalk, Connecticut, E.U A serait acceptable Par ailleurs, la firme Hoffman Air and Filtration System de Syracuse, New York (E U A) fournit également un équipement de pompe à vide acceptable Un exem- ple de moteur d'entraînement à vitesse variable acceptable est celui qui est connu comme un moteur à fréquence variable et fabriqué par-la firme Parametrics of Orange, Connecticut (E.U A). il R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de réglage du vide pour la déshydra- tation d'un feutre de presse d'une machine à papier, compre- nant un tube d'aspiration ( 22, 26), une pompe à vide ( 36) reliée au tube d'aspiration pour établir un niveau de vide maximum prédéterminé, des moyens pour faire passer le feutre ( 24) sur une fente ménagée dans le tube d'aspiration de ma- nière que l'aspiration appliquée à travers le feutre déshy- drate ce dernier, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de réglage reliés au tube d'aspiration et à la pompe à vide et sensibles à un accroissement du ni- veau de vide dans le tube d'aspiration lorsque la perméabi- lité du feutre décro t, qui réduisent de façon correspondan- tes la vitesse de la pompe à vide et maintiennent le niveau de vide désiré dans le tube d'aspiration. 2 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le tissu ( 24) est un feutre de presse de ma- chine à papier. 3 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de réglage comprennent un moteur à vitesse variable ( 41) qui entraîne la pompe à vide. 4 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la pompe à vide ( 36) est une pompe à anneau liquide. 5 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la pompe à vide ( 36) est une pompe à déplace- ment positif. 6 Dispositif suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de réglage comprennent un conducteur de détection de captage de vide ( 46) relié au volume intérieur du tube d'aspiration ( 26) et à un moteur à vitesse variable ( 41) qui entra ne la pompe à vide ( 36). 7 Dispositif suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'un séparateur de liquide ( 32) est interposé en- tre le tube d'aspiration ( 16) et la pompe à vide ( 36) pour séparer le liquide et le gaz provenant du tube après la déshy- dratation du tissu. 8 Dispositif suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que les moyens de réglage comprennent un transduc- teur de pression relative ( 52) sensible au niveau de vide et le transformant en un signal électrique de bas niveau, un amplificateur de conditionnement des signaux ( 54) qui ampli- fie le signal électrique de bas niveau, un circuit de com- mande proportionnelle ( 56) qui reçoit le signal électrique amplifié, est muni d'un ajustement du point de réglage permet- tant de maintenir le réglage du niveau de vide, et est con- necté au moteur d'entraînement à vitesse variable ( 41) de telle manière que le signal de sortie du circuit de commande proportionnelle actionne ce moteur pour entraîner la pompe à vide ( 36). 9 Procédé de réglage des conditions de vide dans une machine à papier, au droit de la partie aspirante de cette machine, qui comprend une pompe à vide reliée à un tube d'aspiration pour transmettre un niveau de vide désiré à ce tube de manière que l'aspiration appliquée par l'intermédiai- re de ce tube déshydrate un tissu qui passe sur le tube d'as- piration, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on règle la vitesse de la pompe à vide par l'intermédiaire de moyens de commande qui sont reliés au tube d'aspiration et à la pompe à vide et qui répondent à un accroissement du niveau de vide dans le tube d'aspiration, se manifestant lorsque la perméa- bilité de ce tissu décroît, en réduisant de façon correspon- dante la vitesse de la pompe à vide et en maintenant ainsi le niveau de vide désiré dans le tube d'aspiration. Procédé suivant la revendication 9, caràctéri- se en ce que le tissu ( 24) est un feutre de presse de ma- chine à papier. 11 Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un moteur à vi- tesse variable ( 41) pour l'entratnement de la pompe à vide ( 36). 12 Procédé suivant la revendication 9, caractéri- sé en ce que la pompe à vide ( 36) est une pompe à anneau li- quide. 13 Procédé suivant la revendication 9, caractéri- sé en ce que la pompe à vide ( 36) est une pompe à vide à déplacement positif. 14 Procédé suivant la revendication 9, caractéri- sé en ce que les moyens de réglage comprennent un conducteur de détection du vide ( 46) qui est relié au volume intérieur du tube d'aspiration ( 26) et à un moteur à vitesse variable ( 41) qui entraîne la pompe à vide. Procédé suivant la revendication 9, caractéri- sé en ce qu'un séparateur de liquide-( 32) est interposé entre le tube d'aspiration et la pompe à vide ( 36) pour séparer le liquide et le gaz reçu, provenant du tube d'aspiration après la déshydratation du tissu. 16 Procédé suivant la revendication 11, caractéri- sé en ce que les moyens de réglage comprennent un transduc- teur de pression relative ( 52) sensible au niveau de vide et le convertissant en un signal électrique de faible niveau, un amplificateur de conditionnement des signaux ( 54) qui am- plifie le signal électrique de faible niveau, un circuit de commande proportionnelle ( 56) qui reçoit le signal électrique amplifié, comporte des moyens d'ajustement du point de régla- ge permettant de maintenir le réglage du niveau de vide, et est relié au moteur d'entraînement à vitesse variable ( 41) de telle manière que le signal de sortie émis par le circuit de commande proportionnelle agit sur ce moteur dtentratnement à vitesse variable qui entratne la pompe à vide.