Brevet FR2501844A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne de façon générale les cornues rotatives utilisées pour le traitement ther- mique des matières carbonées. Plus précisément, elle con- cerne les mécanismes formant joints d'étanchéité pour cor- nues destinés à assurer l'étanchéité entre la partie rota- tive constituant l'enceinte d'une cornue rotative, et les parties fixes de la cornue. On connaît des cornues rotatives et on les uti- lise couramment pour l'extraction d'hydrocarburesdes ma- tières carbonées telles que le charbon, les schistes bitu- mineux, etc. Le traitement de quantités massives de ma- tières carbonées traitées pendant l'extraction des hydro- carbures nécessite que la cornue rotative soit très grande. Etant donné ses grandes dimensions, l'étanchéité de la partie rotative par rapport aux parties fixes, destinée à empêcher la sortie des hydrocarbures gazeux précieux, a toujours poser un problème. Des tentatives de formation d'un joint conve- nable entre la partie rotative de l'enceinte et les 22 parties fixes de la cornue ont mis en oeuvre des sur- faces d'étanchéité délimitées autour de la partie rotative et avec lesquelles des joints fixes convenables coopèrent de façon étanche pendant la rotation. Etant donné les grandes dimensions de la partie rotative, la formation de surfaces d'étanchéité ne présentant pas une nutatioLt utA une autre rotation irrégulière par ailleurs pendant la rotation de la partie rotative s'est révélée difficile et industriellement pratiquement impossible. On a aussi dû réaliser un mécanisme à joint d'étanchéité de cornue qui compense la nutation des surfaces d'étanchéité ou suit cette nutation afin que l'étanchéité soit constamment assurée entre la partie rotative et les parties fixes. Le mécanisme formant joint d'étanchéité de cornue qui doit compenser la nutation des surfaces d'étanchéité, est habituellement placé dans un bottier qui est monté de manière souple sur la partie fixe afin que le bottier et les joints puissent suivre avec souplesse les nutations 250 1844 des surfaces d'étanchéité. Bien que l'utilisation de soufflets ou d'autres raccords souples ait résolu partiellement le problème posé par le déplacement des joints afin qu'ils suivent les nu- tations des surfaces d'étanchéité, la réalisation d'un dis- positif convenable d'alignement de l'ensemble d'étanchéité- surles surfaces d'étanchéité afin que l'étanchéité soit assurée d'une manière fiable pendant longtemps, continue à poser un problème. Plus précisément, les ensembles clas- siques-formant joints d'étanchéité comportent des joints qui non seulement assurent l'étanchéité par contact avec les surfaces d'étanchéité mais aussi assurent l'alignement de l'ensemble formant joint. Ces joints à double rôle ont une durée réduite étant donné la très grande force d'appui subie lorsqu'ils assurent de façon continue non seulement l'étanchéité par coopération avec les surfaces d'étanchéité mais aussi le déplacement de l'ensemble formant joint à la suite des nutations des surfaces d'étanchéité. Les forces accrues agissant sur les joints lorsqu'ils jouent le rôle de butées d'alignement, provoquent une augmentation de l'usure et une réduction de la durée des joints. Il est souhaitable qu'un mécanisme formant joint d'étanchéité de cornue soit réalisé d'une manière que la fonction de support des joints soit séparée afin que l'in- tensité des forces d'étanchéité soit réduite au niveau des surfaces d'étanchéité et que la durée et l'utilité des joints soient prolongées. Il est en outre souhaitable de disposer d'un mécanisme formant joint d'étanchéité de cornue dans lequel les paliers, les coussinets et les autres dispositifs uti- lisés pour l'alignement des joints par rapport aux sur- faces d'étanchéité soient séparés de façon étanche de la cornue afin qu'ils ne se contaminent pas et qu'ils aient une durée accrue. Plus précisément, un mécanisme formant joint d'étanchéité de cornue, ayant des paliers incorporés, est réalisé selon l'invention. Ce mécanisme, comme les joints connus d'étanchéité pour cornue, est destiné à assurer l'étanchéité entre une partie rotative formant enceinte d'une cornue rotative et une partie fixe de cette cornue. Le mécanisme formant joint comprend un dispositif d'étan- chéité assurant l'étanchéité entre la partie fixe et les surfaces d'étanchéité présentes à au moins une extrémité de la partie rotative formant l'enceinte. Des surfaces d'étanchéité sont par exemple formées sur un disque d'étan- chéité disposé radialement et solidaire de la partie rota- tive formant l'enceinte. Ce mécanisme comprend en outre un dispositif séparé d'alignement des joints destiné à assurer le positionnement du dispositif d'étanchéité à un emplacement d'étanchéité par rapport aux surfaces d'étan- chéité pendant la rotation de la partie rotative 'formant l'enceinte. Le dispositif d'alignement comporte des paliers d'alignement radial du dispositif d'étanchéité sur le dis- que d'étanchéité, et comprend en outre des paliers d'ali- gnement axial du dispositif d'étanchéité par rapport au disque. Selon une autre caractéristique de l'invention, les joints ou éléments d'étanchéité de cornue sont placés radialement vers l'intérieur des paliers d'alignement afin qu'ils protègent ceux-ci contre les gaz, la matière car- bonée et d'autres impuretés provenant de la cornue. La protection des paliers d'alignement permet un fonctionnement régulier et une longue durée de ces paliers. En outre, les paliers d'alignement logés dans un bottier convenable peuvent être lubrifiés par un lubrifiant convenable grâce à un passage destiné à transmettre un lubrifiant aux é]é- ments d'étanchéité de la cornue qui sont ainsi lubrifies le cas échéant. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en sa référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale gqelérale d'un exemple de cornue rotative ayant un mécanisme foii.int joint d'étanchéité selon l'invention, en place du côté droit de la cornue rotative; la figure 2 est une coupe de la cornue de la figure 1 par le plan II-II; la figure 3 est une coupe transversale par- tielle détaillée de la figure 2, par le plan décalé III-III; et la figure 4 est une coupe détaillée d'un palier d'alignement radial par le plan IV-IV de la figure 3. La figure l représente un exemple de cornue rotative destinée au traitement thermique des matières carbonées et portant la référence générale 10. La cornue rotative 10 a une partie rotative 12 formant une enceinte, une partie fixe gauche 14 et une partie fixe droite 16 de cornue. La cornue rotative 10 fonctionne de manière classique par mise en oeuvre des principes bien connus pour le traitement thermique. Par exemple, des matières carbonées brutes telles que du charbon ou du schiste bitu- mineux, pénètrent par la partie fixe 14 dans la partie ro- tative 12. Celle-ci est maintenue à une température suf- fisamment élevée pour qu'elle provoque un traitement ther- mique de la matière et la formation de gaz et de liquide produits ainsi que d'un résidu de traitement. Les produits et le résidu sont alors extraits de la partie rotative 12 par la partie fixe droite 16. Comme indiqué sur la figure 1, la partie rota- tive 12 coopèrent de façon étanche avec la partie fixe droite 16 par l'intermédiaire d'un mécanisme 18 formant joint d'étanchéité de cornue selon le mode de réalisation avantageux de l'invention. La partie fixe gauche 14 coopère aussi de façon étanche avec la partie rotative 12 par l'in- termédiaire d'un dispositif convenable d'étanchéité, non représenté. Le mécanisme 18 est raccordé de façon souple à la partie fixe droite 16 par un manchon souple 20. relui- ci permet la nutation du mécanisme 18 par rapport à la partie fixe droite 16, lorsque la partie rotative!2 pr- sente une nutation. Comme l'indique la figure 3, le mécanisme formant joint d'étanchéité de cornue, selon un mode de réalisation avantageux, porte la référence générale 18. Ce mécanisme est destiné à assurer l'étanchéité contre des surfaces 56 et 58 d'étanchéité portées par un disque 22 d'étanchéité. Celui-ci est solidaire de la partie rotative 12, à son extrémité externe 24. Le disque 22 peut être solidaire de la partie rotative 12 ou il peut y être fixé de manière étanche par soudage ou de toute autre manière convenable formant une jonction étanche et hermétique. Le mécanisme 18 formant joint comprend de pré- férence un seul boîtier 26 de logement de joint. Ce bottier 26 peut être considéré comme formé de deux éléments séparés, un boîtier 28 de logement de joint et un boîtier 30 d'alignement. Bien qu'il soit avantageux que les deux bol- tiers 28 et 30 forment un seul boîtier 26 en une seule pièce de montage de joint, l'invention peut aussi être mise en oeuvre avec un boîtier d'étanchéité et un boîtier d'ali- gnement séparés pourvu que ceux-ci soient fixés rigidement l'un par rapport à l'autre et subissent un mouvement commun lors de la nutation du disque 22 d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité destiné à assurer la coopération étanche de la partie fixe 16 de la cornue avec le disque 22 comprend un premier élément gauche 32 d'étanchéité et un second élément droit 34 d'étanchéité. Ces éléments 32 et 34 sont des nervures ou des bagues an- nulaires qui forment des cercles continus d'étanchéité sur les faces opposées du disque 22 (c'est-à-dire sur les sur- faces d'étanchéité 56 et 58). Les éléments 32 et 34 peuvent être formés de toute matière convenable à cet effet, par exemple du caoutchouc, des élastomères synthétiques ou d'autres matières qui conviennent comme joints dans les opérations de traitement en cornue. Les éléments gauclic et droit 32 et 34 d'étanchéité sont logés chacun dans un car- 'ter 36, 38 de joint respectivement. Ces carters 36, S8 ont aussi une forme annulaire, chacun ayant une surface , 42 formant siège de joint, logeant et maintenant les f éléments annulaires 32 et 34. Les carters 36 et 38 peuvent coulisser dans des chambres 44 et 46 formées dans le bot- tier 28. Des carters 36 et 38 se logent dans les chambres 44 et 46 dans lesquelles ils peuvent coulisser de façon étanche, si bien que les gaz, les liquides et des débris ne peuvent pas s'échapper par passage autour des carters 36 et 38, dans les chambres 44 et 46. Des dispositifs de rappel des joints annulaires 32 et 34 en coopération étanche avec le disque 22 sont formés par une série d'ensembles 48 à ressort de rappel espacés annulairement autour du bottier 28 comme représenté sur la figure 2. Ces ensembles 48 comportent un boîtier 50 et un ressort 52 destiné à.repousser une tige 54 de rappel contre les bottiers 36 et 38 afin que la coopération étanche entre les éléments 32 et 34 et les surfaces correspondantes d'étanchéité 56 et 58 du disque 22 soit facilitée. On peut noter que, en l'absence d'un dispositif d'alignement séparé maintenant l'alignement des éléments 32 et 34 sur le disque 22 qui présente une nutation pendant la rotation, ces é1l- ments 32 et 34 sont soumis à des forces de support d'inten- sité variable, car ils maintiennent constamment le bottier 26 dans l'alignement du disque 22 qui subit une nutation. Le dispositif d'alignement de joint décrit dans la suite du présent mémoire résout le problème posé. Le dispositif d'alignement de joint selon un - mode avantageux de l'invention comprend des paliers d'ali- gnement logés dans le boîtier 30. Plus précisément, plu- sieurs paliers 60 d'alignement radial sont espacés-annu- lairement autour du bottier 26 comme indiqué sur la figure 2. Les paliers 60 d'alignement radial sont montés afin qu'ils puissent tourner par rapport au bottier 26, sur des axes 62. Un coussinet 64 ou un roulement convenable permet une rotation régulière et sans frottement du palier 60 autour de son axe 62. Les paliers 60 d'alignement radial assurent le positionnement radial des éléments 32 et 34 sur le disque 22. Le dispositif axial d'alignement des éléments 32 et 34 par rapport au disque 22 comprend plusieurs rou- lements à rouleaux coniques dont la moitié sont représentés en traits interrompus sur la figure 2 par la référence 68. Comme l'indique la figure 3, un roulement 68 à rouleau conique est placé du côté gauche ou du premier côté 56 du disque 22 alors qu'un second roulement à rouleau conique 70 est placé de manière qu'il assure l'alignement du second côté droit 58 du disque 22 en étant à son contact. Les paliers 68 et 70 sous forme de rouleaux coniquessont logés dans des chambres 72 et 74. Ces paliers 68 et 70 sont montés sur des axes convenables 76 et 78. Comme dans le cas des paliers d'alignement radial 60, les paliers 68 et d'alignement axial ont des coussinets souples 80 et 82 ou des roulements convenables permettant une rotation ré- gulière et sans frottement important des rouleaux 68 et 70. Un trou de remplissage (non représenté) peut être formé dans le bottier 30 d'alignement du bottier 26 afin qu'il permette la lubrification des paliers 60, 68 et 70, le cas échéant. On peut utiliser toute graisse ou huile lubrifiante convenable. Un passage 84 de lubrifiant est formé des deux côtés du disque 22 afin qu'il permette au lubrifiant de venir au contact des éléments 32 et 34 d'étanchéité. Ainsi, ceux-ci peuvent être lubrifiés cons- tamment, en même temps que les paliers 60, 68 et 70 d'ali- gnement. Le bottier 26 est de préférence formé de deux moitiés 86 et 88. Ces deux moitiés sont raccordées comme indiqué par la référence 90. Ces moitiés 86 et 88 peuvent être maintenues ensemble au niveau du raccord 90 par tout dispositif amovible convenable tel que des pinces ou des boulons et des écrous. Comme le bottier 26 est formé de deux moitiés 86 et 88, il peut être retiré du disque 22 d'une manière simple et commode par déconnexion des deux moitiés. ceci permet un accès commode pour l'entretien ou dans d'autres buts, aux paliers d'alignement 60, 68 et 70 et aux joints 32 et 34. Le bottier 26 a en outre à son extrémité inférieure des nervures 92 et 94 de raclage. Celles-ci, bien qu'elles ne forment pas un joint étanche et hermétique, empêchent l'accumulation de grandes quantités de matières solides près des éléments 32 et 34 d'étanchéité. Le boîtier 26 a en outre un cylindre 96 de montage qui a une surface cylindrique 98 dans laquelle le manchon souple ou soufflet 20 est introduit de manière étanche. Cette configuration permet le transfert étanche des gaz et liquides produits hors de la partie rotative 12 de la cornue, par l'intermédiaire du cylindre 96 et du soufflet 20 vers la partie fixe droite 16 et vers un trai- tement ultérieur en aval. Lors du fonctionnement, lorsque la partie rota- tive 12 formant l'enceinte est supportée et entraînée en rotation par les mécanismes bien connus d'entraînement à pignons et à paliers (non représentés), le disque 22 pré- sente une nutation d'un côté à l'autre (axialement) et vers le haut et vers le bas (radialement). Les différents paliers d'alignement radial et axial 60, 68 et 70 suivent constamment le disque 22 si bien qu'ils assurent l'alignement des élé- ments 32-et 34 d'étanchéité sur lui. Ainsi, la durée des éléments d'étanchéité est accrue et les caractéristiques d'étanchéité sont meilleures que celles des ensembles con- nus n'ayant pas de dispositifsséparés pour l'alignement des joints par rapport au disque d'étanchéité pendant la nutation de celui-ci. Le mode de réalisation précédent ayant été décrit à titre purement illustratif et non limitatif, il faut noter que, parmi les variantes possibles, le disque d'étanchéité utilisé pour la formation d'uresurface d'etai- chéité peut être remplacé par une surface annulaire plate d'étanchéité souhaitable lorsqu'un seul élément d'étanchéité est utilisé en coopération avec des paliers d'ali.gnenunt convenablement placés afin qu'ils alignent l'élément c'étan- chéité pendant la rotation de la cornue et sa nutation. Bien entendu, diverses modifications peux'crnt être apportées par l'homme de l'art aux dispGsitifs qi 2501844 ' viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mécanisme formant joint d'étanchéité pour cornue, destiné à assurer l'étanchéité entre une partie rotative (12) formant l'enceinte d'une cornue rotative et une partie fixe (16) de la cornue, la partie rotative (12) ayant des surfaces d'étanchéité (56, 58) à une extré- mité au moins, ledit mécanisme étant caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif d'étanchéité (32, 34) assurant l'étanchéité entre la partie fixe (16) et les surfaces d'étanchéité (56, 58) de la partie rotative (12) , et - des dispositifs séparés d'alignement de joint (60, 68, 70) destinés à placer le dispositif d'étanchéité (32, 34) en position de coopération étanche par rapport aux surfaces d'étanchéité (56, 58) pendant la rotation de la partie rotative (12). 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alignement du dispositif d'étan- chéité comprend un boîtier d'alignement (26) fixe par rap- port au dispositif d'étanchéité (32, 34), le boîtier d'ali- gnement ayant un dispositif destiné à suivre les surfaces d'étanchéité et à aligner constamment le boîtier d'aligne- ment (26) par rapport aux surfaces d'étanchéité (56, 58) à la suite des nutations de ces surfaces pendant là rota- tion de la partie rotative (12), si bien que te dispositif d'étanchéité qui est fixe par rapport au boîtier d'aligne- ment, est constamment aligné sur les surfaces d'étanchéité. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité comprend un boîtier fixé de façon souple et étanche sur la partie fixe (16) de cornue afin qu'il permette un déplacement d'alignement du boîtier d'étanchéité (26) par rapport aux surfaces d'étanchéité, ce boîtier ayant un ou plusieurs éléments d'étanchéité (32, 34) destinésà coopérer de façon étanche avec les surfaces d'étanchéité (56, 58). 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces d'étanchéité (56, 58) sont formules sur un disque d'étanchéité (22) disposé radialement à une extrémité de la partie rotative (12), le dispositif suiveur des surfaces d'étanchéité comprenant un dispositif de positionnement radial destiné à aligner radialement le boîtier d'alignement par rapport au disque d'étanchéité, et un dispositif de positionnement axial destiné à aligner axialement le boîtier d'alignement par rapport au disque d'étanchéité. 5. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de positionnement radial et le dis- positif de positionnement axial comprennent des paliers à rouleaux (60, 68, 70). 6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de positionnement axial comporte des paliers à rouleaux coniques (68, 70). 7. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bottier d'étanchéité et le bottier d'aligne- ment sont solidaires afin qu'ils forment un seul bottier (26). 8. Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dispositifs de positionnement radial et de positionnement axial (60, 68, 70) sont décalés radialement vers l'extérieur des éléments d'étanchéité. 9. Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments d'étanchéité. (32, 34) sont placés de part et d'autre du disque d'étanchéité (22) et sont re- poussés vers les surfaces d'étanchéité (56, 58) du disque (22).