Brevet FR2544756A1 — publié le 19841026

La récupération des vieux papiers occupe une place de plus en plus grande dans la fabrication de pâte à papier. Pour cette récupération, la première opération consis- te à placer en vrac les vieux papiers dans des appareils alimentés en eau et à les soumettre à un-premier traitement de nature à désintégrer la fibre et à permettre ou à effec- tuer la séparation des grosses impuretés telles que les fi- celles, fils de fer, plastiques de grandes dimensions etc. Pour cette séparation, on utilise soit des trommels désintégrateurs, soit des appareils dits pulpeurs primaires. Les trommels sont généralement des cylindres tournant à axe horizontal dans lesquels sont prévus des barres ou des boulets de déchiquetage et qui sont suivis de trom- mels à tamis ou d'appareils séparateurs Mais ces trommels ont un fonctionnement lent et de faible débit et ils fournis- sent un mélange à faible concentration de pâte ( 2 à 3 % de matière sèche) , de sorte qu'il faut ensuite procéder à des opérations de concentration coûteuses. Les pulpeurs primaires sont des appareils en forme de cylindres généralement ouverts pourvus d'un rotor à pales dans le fond Dans certains de ces appareils, le rotor est rela- tivement plat et exerce sur la matière une action centrifuge violente au contact d'un fond perforé ou muni de barrettes ce qui provoque un déchiquetage de la matière dont une partie traverse le fond pour être ensuite repris par des sépara- teurs ou pulpeurs secondaires. L'inconvénient de ces appareils est une faible con- centration de la matière obtenue et un déchiquetage exces- sif, qui intéresse non seulement les parties fibreuses à récupérer, mais également des parties non fibreuses (ficelles, parties métalliques, plastiques). Or l'une des difficultés récentes de la récupération des vieux papiers vient de l'emploi accru des matières plastiques, notamment des feuilles de plastiques combinées au papier et il est d'une grande importance de parvenir à réaliser le défibrage du-papier sans fractionner les parties en matière plastique de façon à faciliter leur séparation. Certains autres pulpeurs, connussous le nom de pulpeurs,h Iélico",, comportent une turbine en forme d'hélice à axe vertical qui imprime à la matière un mouvement descen- dant axial suivi d'un mouvement centrifuge sur un fond lisse. Avec ces appareils, le défibrage est réalisé par friction fibres sur fibres, la matière centrifugée étant projetée sur de la matière relativement immobile Il se produit peu de déchiquetage et par suite les contaminants ou impuretés sont préservés et ne sont pas divisés tandis que le papier est défibré. Ces appareils opèrent généralement de façon discon- tinue, sans grille de fond, et le contenu du pulpeur est ensuite déversé dans des séparateurs qui séparent la bonne pâte des impuretés; un tel séparateur est décrit au brevet français no 83 04929 déposé le 25 mars 1983 au nom de la demanderesse. La concentration obtenue dans ces appareils est de l'ordre de 15 % de matières sèches, ce qui est assez élevé pour permettre une dilution dans les appareils de classement qui suivent. Cependant, l'inconvénient de ces appareils est la difficulté de réaliser des appareils de petites dimensions. Les nécessités de l'équilibrage de l'hélice exigent l'emploi de 3 pales décalées de 1200, ce qui détermine 3 canaux entre les pales, canaux qui s'enroulent autour de l'axe vertical selon une spirale à faible pente dans la partie supérieure pour s'évaser en canaux centrifuges et divergents dans la partie basse. Lorsqu'il s'agit d'un pulpeur de 40 m 3 et de 2 m de haut, l'hélice a une hauteur de l'ordre de 0,50 m à 0,70 m et l'appareil fonctionne convenablement. Mais sur les appareils de petits modèles de moins de m 3 environ, par exemple, cette turbine hélice donne de mau- vais résultats. La raison en est que l'espace entre les pales de l'hélice est trop petit et que la matière se bourre entre les pales; pour maintenir un espace suffisant entre les pales, il faut alors augmenter leur pente, mais la matière reçoit de ce fait une composante de vitesse centrifuge dans la partie haute de l'hélice, ce qui est contraire à son bon fonctionnement D'autre part, dans les grands appareils, la vitesse linéaire le long de l'axe est relativement lente par rapport à la vitesse linéaire à la périphérie de la partie inférieure de l'hélice, de sorte que l'on obtient une vites- se de sortie inférieure tangentielle centrifuge de la matière suffisante pour le défibrage Dans les petits appareils, pour obtenir la même vitesse inférieure centrifuge, il faut augmenter la vitesse de rotation de l'hélice, ce qui-augmente encore l'effet centrifuge en partie haute de l'hélice. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a pour objet une turbine en hélice pour pulpeur permettant de réaliser à moindre coût et avec une plus grande effica- cité une gamme de pulpeurs beaucoup plus étendue-en volume, et permettant notamment la réalisation d'unités de petites dimensions. La turbine en forme d'hélice selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est formée d'un arbre portant successivement au moins deux disques hélicoïdaux coaxiaux à l'arbre, de faible pas, s'étendant au plus sur 3600 environ, séparées le long de l'arbre par une distance au moins égale à 1,5 fois le pas hélicoïdal des disques, la base de la turbine portant un ensemble d'ailettes rayonnantes, ayant une section perpendiculaire à l'axe de la turbine en forme de spirale. De préférence:- a) Le pas des disques hélicoîdaux supérieurs est tel que la pente périphérique ce ces disques par rapport au plan perpendiculaire à l'axe soit de l'ordre de 150 ( 10 à 20 ). b) Les diamètres moyens des disques hélicoïdaux vont en croissant du sommet de la turbine vers la base. c) Les ailettes inférieures sont incurvées en spirale de Bernouilli d'angle compris entre 250 et 350 environ (la tangente à la spirale en un point quelconque fait un angle constant compris entre 250 et 350,de préférence voisin de 300 avec la tangente au cercle passant par ce point). d) Les différents disques hélicoïdaux sont décales l'un par rapport à l'autre d'un angle voisin de 3600 divisé par le nombre des disques - Ces dispositions et toutes autres particularités - t 544756 de l'invention sont illustrées par le dessin joint sur le- quel: La figure l est une vue schématique en coupe verti- cale d'un pulpeur primaire muni d'une turbine selon l'in- vention; La figure 2 est une vue en élévation d'une turbine à deux disques et trois ailettes selon l'invention La figure 3 est une vue en élévation d'une turbine à trois disques et trois ailettes selon l'invention; La figure 4 est une vue axiale de dessous de la tur- bine de la figure 2; La figure 5 est une vue axiale de dessus de la même turbine. En se reportant à ces figures, on voit que la turbine selon l'invention, destinée à être placée sur le fond d'un pulpeur primaire 1 de-forme connue, est formée d'un arbre 2 d'axe 9 portant successivement, à partir du haut, plu- sieurs disques hélicoïdaux 3, 4, 5, distants l'un de l'autre, et à la base, plusieurs ailettes spirales 6, 7, 8. Les disques hélicoïdaux 3, 4, 5 s'enroulent en hélice ou en vis d'archimède autour de l'arbre 2, chaque disque ayant une extension au plus égale à un tour complet ( 3600). Le pas de chacun de ces disques hélicoïdaux est faible, la pente o à la périphérie du disque étant de l'ordre de 150. La distance AB entre deux disques, mesurée le long de l'ar- bre 2, est, par contre, relativement grande C'est cette distance qui détermine la hauteur du canal d'écoulement défini par deux disques successifs Cette distance peut varier dans d'assez larges limites L'invention prévoit que la distance AB soit au moins égale à 1,5 fois et de préfé- rence de l'ordre de 2 fois le pas d'un disque. La forme des ailettes spirales 6, 7, 8 est particu- lièrement visible sur la figure 4 (vue de dessous) Leur forme générale est celle de lames qui se développent en spirale à partir de l'arbre 2 De préférence, la courbe adoptée est celle de spirales de Bernouilli d'angle P constant compris entre 250 et 350 La hauteur des lames 6, 7, 8 va de préfé- rence en décroissant depuis l'arbre 2 jusqu'à leurs extrémités, le point haut de chaque ailette pouvant être voisin du dis- que hélicoîdal le plus proche Le nombre de ces ailettes est de préférence au moins égal à trois Elles s'inscrivent dans un diamètre externe supérieur à celui des disques 3, 4, 5. L'ensemble ainsi formé s'inscrit dans une forme géné- rale de cône ou de cloche d'angle au sommet Y de l'ordre de 600 à 800. Ainsi constituée, la turbine selon l'invention se présente comme un arbre portant une succession de rondelles hélicoïdales de diamètre croissant placées à distance l'une de l'autre et suivies d'un rotor centrifuge à ailettes spi- rales. Les avantages de l'invention sont les suivants Le fait que l'on n'emploie plus une hélice de turbine à pales continues du haut en bas, mais une turbine formée de disques séparés et superposés, permet d'obtenir un canal d'écou- lement suffisamment grand tout en conservant une pente faible pour les disques élicoîdaux De ce fait, l'entraînement des matières à traiter est réellement vertical dans la partie haute de la turbine, sans bourrage et sans effet centrifuge nuisible. Par contre, les ailettes spirales sont mieux alimentées et ont une action centrifuge plus efficace et mieux localisée à la base même de la turbine. De ce fait, il devient possible de réaliser des petites unités, de moins de 5 m 3, aussi bien que des grandes unités ( 5 m 3 à 50 m 3) De plus, la turbine de l'invention permet de travail- ler à des concentrations plus élevées pouvant atteindre plus de 20 %, c'est-à-dire plus de 200 gr de matière sèche par litre, ce qui accroît son pouvoir de défibrage. Ceci résulte du fait que l'importance des contacts entre la matière et la turbine est diminuée et que la centri- fugation est mieux localisée A la base Il en résulte également une diminution de consommation d'énergie tant au niveau du fonctionnement du pulpeur primaire que de celui des sépara- teurs qui la suivent. Enfin, le coût de fabrication de la turbine selon l'invention est considérablement réduit du fait de la simplicité de formes de la turbine. Par rapport aux turbines du type Hélico actuellement sur le marché, le prix de fabrication de la turbine selon l'invention est 4 à 5 fois plus faible ce qui est considé- rable. La turbine selon l'invention ouvre donc des perspec- tives de développement nouvelles à ce genre de pulpeurs pri- maires. Dans l'exemple de la figure 2, la turbine comporte deux disques hélicoïdaux 3, 4 décalés de 180 environ, tandis que dans l'exemple de la figure 3, on a prévu trois disques 3, 4, 5 décalés de 120 environ Les décalages adoptés sont ceux qui donnent le meilleur équilibrage en rotation compte tenu des différences de diamètre des différents dis- ques. Chaque disque hélicoïdal ne s'étendra pas de préféren- ce au-delà d'un tour complet ( 3600) afin d'éviter la forma- tion d'un canal étroit et le bourrage qui en résulte Les disques peuvent être morcelés davantage et s'étendre sur un angle beaucoup plus faible Néanmoins, selon l'invention, il est préféré de leur conserver une extension voisine d'un tour complet pour éviter la multiplication des bords d'atta- que qui peuvent désintégrer à l'excès la matière et consti- tuerdes sources de bourrage. A la base de la turbine une rondelle 10 de soutien des ailettes 6, 7, 8 est avantageusement prévue. REVENDICATIONS 1 Turbine de pulpeur pour le traitement de vieux papiers du type ayant la forme générale'd'une hélice, caractérisée en ce qu'elle est formée d'un arbre ( 2) por- tant successivement au moins deux disques hélicoïdaux ( 3, 4) coaxiaux à l'arbre ( 2), de faible pas, s'étendant au plus sur 360 environ, séparés le long de l'arbre ( 2) par une distance au moins égale à 1,5 fois le pas hélicoïdal d'un disque, la base de la turbine portant un ensemble d'ailettes rayonnantes ( 6, 7, 8) incurvées en forme de spirale à partir de l'arbre ( 2). 2 Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pente périphérique d'un disque hélicoïdal ( 3, 4, 5) par rapport au plan perpendiculaire à l'arbre ( 2) est de l'ordre de 150 environ. 3 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre deux disques hélicoïdaux le long de l'arbre ( 2) est au moins égale à deux fois le pas d'un de ces disques ( 3, 4, 5). 4 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les diamètres moyens des disques hélicoïdaux vont en croissant du sommet de la turbine vers sa base. Turbine selon la revendication 4, caractérisée en ce que cet accroissement de diamètre est tel que les disques hélicoïdaux s'inscrivent dans un cône d'angle au sommet de l'ordre de 600 à 800. 6 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les disques hélicoïdaux ( 3, 4, 5) sont décalés angulairement d'un angle voisin de 3600 divisé par le nombre de disques. 7 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extension des disques hélicoïdaux ( 3, 4, 5) autour de l'arbre ( 2) est voisine de 3600. 8 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes inférieures sont incurvées en spirale de Bernouilli d'angle compris entre 250 et 30 v. 9 Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes inférieures ( 6, 7, 8) sont formées de lames incurvées de hauteur décrois- sante depuis l'arbre ( 2) jusqu'à leur périphérie. Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités des ai- lettes inférieures ( 6, 7, 8) s'inscrivent dans un diamètre supérieur à celui des disques hélicoïdaux ( 3, 4, 5).