Brevet FR2521044A1 — publié le 19830812

La présente invention a pour objet un dispositif pour l'in- troduction et/ou le retrait, d'une manière étanche, de solides à travers au moins un orifice d'une enceinte de traitement à basse pression notamment. L'objet de l'invention se rattache notamment au secteur tech- nique de la technologie en général et plus particulièrement à la dynamique des fluides. De nombreux traitements de surface modernes se font dans des enceintes dans lesquelles est ménagé un vide plus ou moins poussé. Il existe des traitements qui s'opèrent avec un vide de l'ordre de 1,333 pascal, tels que les traitements en phase vapeur, ou de 1 'ordre de 1,333 10 Pascal, cl'est le cas par exemple des dépôts de nitrure de titane par pulvérisation Actuellement, les machines à traiter sous vide sont discon- tinues D'une manière générale, elles présentent une série de cham- bres o peuvent régner des hauteurs de vide différentes, lesdites chambres étant susceptibles successivement, de décaper, traiter, sécher, refroidira etc Chaque opération successive est carac- térisée par l'ouverture simultanée d'un ensemble de vannes qui sé- parent les enceintes deux par deux, et par une avancée de toute la chaîne de traitement, égale à la longueur modulaire d'une en- ceinte Après chaque fermeture de vanne, les ensembles de pompes à vide entrent en action pour rétablir la pression désirée. De tels systèmes sont mal adaptés à des produits longs ou à des produits continus, solides, tels que les fils ou les tôles. Lorsque le solide circule entre deux enceintes consécutives, les différences de pression de part et d'autre de la paroi étant rela- tivement faibles, on peut se contenter d'un simple orifice de com- munication, le débit de pompe compensant les fuites d'une enceinte à l'autre Mais, le problèmeest différent lorsque le solide doit passer de l'extérieur dans la première enceinte, ou de la dernière enceinte vers l'extérieur Dans ce cas, les systèmes classiques connus présentent tous des inconvénients, le plus souvent rédhibi- toires. C'est notamment le cas pour les opérations et traitements suivants Lorsque l'on désire un jeu aussi faible que possible entre le fil, ou la tôle, et l'orifice de sortie, il se produit un raclage du produit contre la paroi Si les marques ou griffures qui en ré_ sultent sont tolérables avant le traitement du produit, elles sont el lep Tnlj np suo Tssead sal De Ae uos Tvu Tquoo ue enb Tumu Ap ju To op op euoz eun i Tu Tj 9 p op 4 agie anod v Tnb uo Tjoas op enbsnaq quemabuutp un gnee &Tu oz - &Jegao 1 uobej op 4 Toz np nve A Tu nunbsn juem -alq Tsues Tanque A aqn; np lua 6 ae Auoz el za Am 9 xdooz neaainog 4 TP el f Tanlue A op eqnl el 4 a ai;nv no e 4 u To Due e 4 Tpvl op a D Tj Taol eaque uo Tqvz Tunwmoo op la uo Tlonpoa 4 uip je Txe nveaanog un 4 ag 4 aod Sú -dei aje Tuem eunp no queme 4 zai Tp 6;uameana Tae;u T quv 4 uesgid 'aiq -ne no uo Tssaid assvq lq e Ano lalu Ta Duel q gldno Dze ea 4 tp alq T 4 -deosns 'uoq Duvoe I Tpel f Tin 4 ue A op aqnq np ana Ta 9 l UT&I op UUT:lz>ea -Tp ue -4 ueme-lnozg uos qa uo-çssead snos ap Tni; unip Uo TqzaçUT 41 Q-14 -4 amaed inod qd Tnbq 4 a pzuabi R uottztmtu un lq iluabje Auc Q np 949 z np Oú 49 T Iez;uv 4 g aqn; 4 Tpel 64 uabje A Tp un 4 a loz un &quebae Auoo un juew -e A Tsseozns la luemeana Tielu T 4 uenq Tqsuoz Tin 4 ue A op aqnq un pueid -mo D 1 Tnb oz ue elqvnbavviai 4 se j- F 4-çsods-çp el 44 nq e D su Qa -Iv Tpemm T qtramauuoa T &Uel op elle D î ai -ne Tagju T;se auje 4 u T uo Tssead el juop, 4 uemai Tu J 4 op elu Ta Due eun'p S? GZT-ZTJO un su-çou ni i; zej Llej-4 lq sep-ç-los op 6 e 14 Duie 4 g lueme 4 Tvgjvd ai -;-çuvw eunp 114-rvajoi el no/4 a uo Tlonpoi; u Tl jamied Tnb j T 4 Tsode Tp un ia Dvz Tjga la aldu T% ejiTuvw aun p 4 ?s Tlvpj u uo ls 4 ua Tup Auoou T 94 uaiegi Tp sez lq je Tpgmea anod 4 uo T 4 ue &U-Fl uoles -jej op esvq lq 4 se 1-çnpoid el -ps OZ enb-r;gub-eut doevqv un lq s-riunos sep-çn T jozzie; sep ze Av 94-igiq Due 4 lo eun a- çue-4 qo -4 ned au uo $aldtuexé Tud f I Tnpoad np emu T 49 ubvm ne:kg:kule 4 Ilep,çnl;ojaee np ap Tnb TI a T; md el op e 4 uvan 4 es anedv A op uo Tsueq el -q Igluv 4 is Tojolno 4 04 inaq es uo osep Tnljoziai sep jud ielle T 4 -j Qd sumo ne igq Tgq Duv 4 g eun a Tue 4 qop gsodoid luamelelbp Q uo SI -epommoo nad la gnb T Idwoo aj;Avs 4 au 4 eqz VI je 4 taiv suvs il Tnpoid 4 Tpnp enb T Immo 4 nv abv I Tjuaea el lquemelte 4 uep To De edmoz es Tnb 4 nu Tluoo I Tnpoid unp s Qz al suvp isnld a -e A Tssaoxe a Duuss Tnd eun jallv 4 su Tp ai To 4 vb Tlqo siolv 4 ivavddu IT 4 uo T 4 va -Tdsv eunp Tunm unzvqz 194 uaweqzoazgp squeaejj Tp a 6 vuem uoj TS O la 'qz Q 4 uoz el ae 4 TA 9 inod abxel juamwvs Tjjns na un za AQ q Tnpuoz un sae Ava 4 lq I Tnpoid el jessed oi Tuj 4 ne A uo,,l V qvz el quea - 60004 a 69:paq 4 Tnpoid np azvgjns el op uo T In I -jod 'p Toig ne no jnelvqz el lq-enua 4 6 eluvanq Qe madv A op uo Tsuaq &;Tnpoid np e 6 ez Q 6 qp: slanbsel Twavd gs 4 ua Tug Auo Du T sejqnvp S q 'BJJ 04 op sau Tez Tp sanblenb op snossap-ua quepue Dsep suo Tssead sel anb sep 6 siolu e 4 inaq es uo 4 anb T 4 su 15 i jalzu Tqds unp ina Tigl -u Tj i Inu T;uoz no buol 4 I Tnpoid el je 4 loag ai Tvg qna A uoj TS - e 4 Tnpoid np a T;jos el op saol 4 uawa 4 Tviq el s;jdv sea To 4 Tq Tqpga -3- ou les solides étant susceptibles d'être introduits du c 8 té du diver- gent pour être engagés sans frottement dans l'alésage du fourreau de communication en vue d'être introduitsentièrement et totalement secs à l'intérieur de l'enceinte. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiont de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'inventiao sans toutefois le limiter dans lesdessirs annexés: Les figures 1, 2 et 3 sont des vues à caractère prument schéma- iotique montrant, selon trois variantes de réalisation, le principe de l'écoulement fluidique applicable audispositif de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple nulle- ment limitatif de réalisation du dispositif. La figure 5 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 5-5 de la figure 4. Les figures 6 et 7 montrent par des vues schématiques, deux exem- ples d'application possibles du dispositif. La figure 8 est une vue schématique montrant un traitement chimi- que du fil selon l'art antérieur. La figure 9 montre le traitement chimique d'un fil avec applica- tion du dispositif selonl'invention. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative, en se référant aux exemples de réalisation des figures du dessin. Selon l'invention, comme le montrent notamment les figures 1, 2 et 3, on a voulu utiliser le principe des trompes à fluides pour une appli cation nouvelle comme joints immatériels d'étanchéité Dans le cas d'un écoulement laminaire on peut modeliser de la manière suivante: le flui de partant d'une pression initiale (PO), d'une vitesse (VO), passe parun pression nulle, ou sensiblement nulle, au niveau d'un élargissement brus- que de section pour remonter à la pression atmosphérique à la sortie Dan- ce but, l'écoulement est partagé en trois parties respectivement) II et III Dans la première partie I (figure 1), un convergent (a),qui sertà mettre le fluideen mouvement, transforme l'énergie de pression dudit f luide en énergie cinétique Dans la partie II, qui correspond à un col (b) se produit le changement brusque de section; le fluide, initialement dane la section (SO), à la vitesse (VO) et à la pression (PO), passe brusquemen dansune section ( 51) àune vitesse (VI) et à une pression (PI) très sensi- blement nulle On considère une perte d'énergie par chocs. Dans la troisième partie III, un divergent (c) transforme I' énergie cinétique en énergie potentielle de pression De la section 2521044. 4 - ( 52) à la section ( 53), à la sortie du divergent (c), le fluide passe de la vitesse (V 2) à la vitesse (V 3) et de la pression (P 2) à la pression (P 3) correspondant sensiblement à la pression at- mosphérique. On remarque que le changement brusque de section peut s'effectuer soit au niveau de la partie de raccordement du convergent (a) et du col (b) (figure 1), soit en amont du col (b) (figure 2), soit sur une partie de la longueur du col (b) (fi- gure 3). D'une manière préférée, le changement brusque de section n'est pas provoqué dans le divergent (c), car cela nuirait au rendement. Au niveau de ce changement brusque de section, il se produit, en combinaison avec l'écoulement fluidique, une zone (Z) corres- pondant à une zone de joint dynamique Ce phénomène physique s' avère particulièrement important et avantageux poudfaire circuler un produit solide (un fil par exemple) d'un endroit quelconque à une pression (P 3) dans, par exemple, une enceinte dont la pression (Po) est inférieur et cela avec une étanchéité stable et complète, entre les deux. Il convient maintenant de se référer à la figure 4 qui montre un exemple nullement limitatif de réalisation du dispositif qui met en oeuvre les principes fondamentaux énoncés ci-dessus. Le dispositif comprend pour l'essentiel, un tube de venturi ( 1) qui constitue intérieurement et successivement le convergent (a), le col (b) et le divergent (c) Ce tube de Venturi ( 1) est solidaire, d'une manière démontable ou non, du côté du convergent (a), d'un manchon d'accouplement ( 2) conformé extérieurement en ( 2 a) pour permettre l'injection d'un fluide sans pression et son écoule- ment laminaire en direction du tube de Venturi ( 1). Le manchon ( 2) présente intérieurement, directement ou d'une manière rapportée, un fourreau axial ( 2 b) de communication entre le tube de Venturi ( 1) et par exemple une enceinte ( 3) à laquelle est susceptible d'être raccordé le manchon ( 2) Le fourreau ( 2 b) coopère avec le convergent (a), au niveau du col (b) comme indiqué précédemment, de façon à créer à ce niveau le changement brusque de section Il en résulte donc la zone de joint dynamique (Z). La périphérie externe du fourreau ( 2 b), en combinaison avec la paroi interne ( 2 c) du manchon, constitue une chambre annulaire ( 2 d) qui communique avec le convergent (a) pour l'écoulement etl' dans introduction du fluide/le tube de Venturi. - D'une manière importante, non indispensable mais fortement re- commandée, la section extérieure(S) de l'extrémité du fourreau ( 2) au niveau du col (b) ainsi que la section (S') dudit col (b) au droit de l'extrémité du fourreau, doivent être convenablement dimensionnées en combinaison avec la section (s) du solide à in- troduire (figure 5) Il faut que l'efficacité du système (S et S') (cest-à-dire, sans le solide), soit le même que l'efficacité du système (S et(S' s) pour que les rapports SI et S soient équivalents en vue de conduire au même coéfficient de saut de pression lors de la convertion de l'énergie On se fixe ainsi Un minimum de performances quelles que soient les conditions. Ainsi réalisé, le dispositif est particulièrement bien adap- té pour faire entrer et/ou sortir, d'unemanière totalement étan- che, des solides à travers un orifice (o) d'une enceinte de trai- tement ( 3) dont la pression (Po) est inférieure à celle de l'en- vironnement immédiat (P 3) qui peut être une autre enceinte ou la pression atmosphérique. Le ou les solides, des fils par exemple, sont susceptibles d' être introduits du côté du divergent (c), c'est-à-dire au niveau de pression (P 3), pour être engagés sans frottement dans l'alésa- ge du fourreau ( 2) en vue d'être introduits par l'orifice (o) dans l'enceinte ( 3) à la pression (Po) pour y subir divers traitements selon les applications spécifiques recherchées La zone de joint dynamique créée permet à l'enceinte ( 3) de n'être polluée ni par le dispositif, ni par l'environnement. De plus, on observe d'une manière particulièrement importante, que le ou les solides entrés dans le dispositif et/ou le divergent (c), arrivent dans la cuve de traitement entièrement secs et ex- empts de toutes impuretés, ce qui évidemment offre des avantages considérables. Selon les cas d'application, le dispositif (D) peut par exem- ple, être monté comme indiqué, d'un seul c 8 té de l'enceinte ( 3) (figure 6), les solides étant introduits (manuellement, automati- quement, ou par tout moyen approprié), du même côté du divergent (C). Ou bienpourun traitement en continu des solides, l'enceinte peut être équipée de deux dispositifs conformes à l'invention et situés sur un même alignement axial (figure 7), l'un des dispositifs correspondant à l'entrée des solides, l'autre à la sortie Le manchon ( 2), à l'opposé du divergent (c) est toujours situé du c 8 té -6- basse pression (enceinte par exemple). Il est bien évident que selon les lois de la dynamique de flui- de, les différents paramètres sont calculés de façon qu'il n'y ait pas de cheminement possible du fluide de l'extérieur vers l'inté- rieur de l'enceinte. Ce fluide injecté peut être de l'eau, de l'huile ou autre De même, le manchon ( 2) peut présenter intérieurement divers agencement par exemple pour rendre règlable en position linéaire le fourreau de communication, permettre le guidage des solides, etc Ainsi réalisée l'invention trouve des applications particulière- ment avantageuses pour les traitements sous vide, ainsi que pour les traitements de surface chimique ou électrochimique de solides allongés tels que: fils, profilés, tôles, etc Dans ce dernier cas spécifique d'application aux traitements chimiques ou électrochimiques, le dispositif apporte des avantages très importants par rapport aux techniques connues actuellement em- ployées Généralement, comme le montre très schématiquement la figu- re 8, le fil à traiter (F) devait suivre un cheminement spécial pour passer d'une cuve (A) à l'autre en vue de subir les différents trai- tements nécessaires (dégraissage, prérinçage, rinçage, dépassiva- tion, dépôt galvanique). Le dispositif selon l'invention permet notamment de supprimer ce cheminement complexe du fil et d'augmenter d'une manière relati- vement importante le traitement, puisque selon l'art antérieur, à titre indicatif, on était capable de traiter très sensiblement sous l A/dm alors que l'application du dispositif avec une agitation très intense, permet d'atteindre 5 à 10 A/dm La figure 9 montre à titre d'exemple nullement limitatif, une installation pour l'application du dispositif à un traitement chimi- que ou électrochimique. L'installation comprend évidemment plusieurs cuves de traitement désignées dans leur ensemble par (B). A l'entrée de la première cuve (Bi) est monté le dispositif (D) relié du côté du convergent, à une enceinte basse press-ion (E) dont l'orifice d'entrée calibré fait office de perte de charges Entre chacune des cuves suivantes sont montés, d'une manière opposée, deux ensembles tube de venturi (l)-fourreau ( 2), les convergents de cha- cun desdits ensembles étant accouplés par une chambre-commune à basse pression (El) On souligne que la chambre basse pression (El) peut être équipée d'un boisseau d'électrovanne et d'un moyen de commande _ 7- des fuites d'équilibrage des tensions de vapeur. La dernière cuve (B 2) à sa sortie, de la même façon que la première cuve (BI) à son entrée, est équipée d'un ensemble tube de Venturi ( 1) fourreau ( 2) dont le convergent est relié à une en- ceinte basse pression (E 2) Les convergents de chacun des ensem- bles Venturi ( 1) fourreau ( 2), sont convenablement accouplés à des moyens de pompage (P) relatifs à chacune des cuves correspon- dantes. Le fil ou autre solide à traiter, peut donc être introduit, traité et retiré de la première à la dernière cuve, d'une manière totalement linéaire en opposition aux systèmes connus. On prévoit également l'association et la combinaison de plu- sieurs dispositifs conformes à l'invention de façon à' rendre le des avantages système encore plus efficace par accumulation/de chacun des dispo- sitifs pris séparément. Cette association peut s'effectuer soit en combinant N dispo- sitifs montés en série, soit par N groupes de deux dispositifs montés en opposition. Les avantages ressortent bien de la description en particulier on souligne: La simplicité du dispositif L'étanchéité stable et complète réalisée entre l'environnement et l'enceinte de traitement Les produits introduits dans le dispositif, du côté du divergent, arrivent dans la cuve à basse pression totalement secs évitant ainsi l'emploi de moyens auxiliaires onéreux et complexes. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d' application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses di- verses parties ayant plus spécialement été indiquées; elle en em- brasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1 Dispositif pour l'introduction et/ou le retrait de solides à travers au moifis un orifice d'une enceinte de traitement, cuve à basse pression ou autre dont la pression est inférieure à celle de l'environnement immédiat, caractérisé en ce qu'il comprend pour l'essentiel un tube de Venturi ( 1) condituant intérieurement et successivement un convergent (a) , un col (b) et un divergent (c), ledit tube ( 1) étant relié, du c 8 té du convergent (a), à un man- chon ( 2) agencé et équipé pour permettre l'injection d'un fluide sous pression et son écoulement en direction de l'intérieur du tube de Venturi ( 1); ledit manchon ( 2), susceptible d'être ac- couplé à l'enceinte, cuve à basse pression, ou autre, présentant intérieurement, directement ou d'une manière rapportée, un four- reau axial ( 2 b) d'introduction et de communication entre l'orifi- ce de ladite enceinte ou autre et le tube de Venturi ( 1), le fourreau ( 2 b) coopérant avec une partie appropriée de l'intérieur dudit tube de Venturi, de façon à créer à ce niveau un changement brusque de section qui a pour effet de définir une tone (Z) de - joint dynamique en combinaison avec les pressiorn débit et vitesse du fluide; le ou les solides étant susceptibles d'être engagésourdtirs du côté du divergent (c) du tube de Venturi ( 1), à l'intérieur du fourreau de communication ( 2 b) pour être introduits totalement secs dans l'enceinte ou autre. -2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, suivant la longueur du fourreau ( 2 b) engagée dans le tube de Ven- turi, le changement brusque de section s'effectue au niveau de la partie de raccordement du convergent (a) et du col (b). -3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que suivant la longueur du fourreau ( 2 b) engagée dans le tube de Ven- turi, le changement brusque de section s'effectue en amont du col (b), dans le convergent. -4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, suivant la longueur du fourreau ( 2 b) engagée dans le tube de Ven- turi, le changement brusque de section s'effectue sur une partie _____ de la longueur du col (b). -5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 9- caractérisé en ce que la section externe (S) de l'extrémité du fourreau ( 2) à l'intérieur du tube de Venturi, ainsi que la sec- tion interne (S') du Venturi au droit de l'extrémité dudit four- reau, sont convenablement dimensionnées en combinaison avec la section (s) du ou des solides à introduire de façon à ce que l'efficacité du système (S) et (S'), soit la même que l'efficaci- té du système (S) et (S' s) en vue de conduire au même coéf- ficient de saut de pression lors de la convertion de l'énergie. -6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide, sensiblement à l'entrée du con- vergent (a) est à une pression initiale et à une vitesse initia- le déterminées pour passer par une pression nulle ou sensiblement nulle au niveau d'un élargissement brusque de section créé par 1 ' extrémité du fourreau et pour remonter à la pression atmosphéri- que à la sortie du divergent (c). -7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par son application aux traitements chimiques ou électro chimiques de solides au moyen d'une série de cuves de traitement, la première desdites cuves étant accouplée à l'ensemble tube de Venturi ( 1)fourreau ( 2) dont le convergent est relié à une chambre à basse pression, chacune des autres cuves étant en communication par deux ensembles tubes de Venturi ( 1)-fourreau ( 2) montés en oppo- sition et dont les convergents sont accouplés par l'intermédiaire d' une chambrecommunebasse pression, tandis que la dernière cuve, en fin de traitement, est reliée à un autre ensemble tube de Venturi ( 1)-fourreau ( 2) dont le convergent est relié à une chambre basse pression; les convergents de chacun des ensembles Venturi( 1)- fourreau ( 2) étant convenablement accouplés à des moyens de pompa- ges relatifs à chacune des cuves correspondantes. -8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par l'association de plusieurs ensembles tube de Ven- turi ( 1) fourreau ( 2) en combinant un certain nombre d'ensembles montés en série, ou en combinant un certain nombre de groupes de deux ensembles montés en opposition.