Brevet FR2586720A1 — publié le 19870306

APPAREIL DE CRIBLAGE POUR PÂTE A PAPIER Pendant de nombreuses années, les papeteries ont fait un emploi important, pour le nettoyage de la pâte à papier, d'un appareil de criblage comportant un élément de criblage cylindrique perforé définissant des chambres d'entrée et d'acceptation sur ses côtés opposés à l'intérieur d'un coffre fermé et comprenant un élément de rotor qui fonctionne dans l'une des chambres pour maintenir les perforations de criblage ouvertes et les débarrasser des matériaux solides qui ont tendance à se coller à la surface de criblage. Couramment, la pâte ou fourniture est introduite dans la chambre d'entrée à proximité d'une extrémité du cylindre de criblage, et le matériau rejeté par le cylindre de criblage est collecté et sorti à l'extrémité opposée. L'auteur de l'invention a fabriqué et vendu de nombreux cribles de ce type selon une série de brevets US commençant par le brevet US N0 2.347.716 de Staege, et suivi du brevet US Ne 2.835.173 de Martindale, des brevets US Seifert N0 3.849.302 et 4.105.543 et des brevets US Chupka-Seifert N0 4.155.841 et 4.383.918.En partant de la construction présentée dans le brevet Martindale, tous ces cribles fabriqués et vendus par le cessionnaire de l'inventeur ont été caractérisés par un rotor comprenant des barres ou des pales ayant une section en forme d'aile portante se déplaçant en étant très rapprochées de la surface du cylindre de criblage mais sans contact avec lui dans le but de créer des ondes de pression alternativement positives et négatives efficaces sur les perforations du cylindre de criblage pour l'empêcher de se boucher. L'art antérieur a effectué des expériences importantes sur des variantes de détail des écrans du type ci-dessus, y compris sur des variantes de la forme des pales et d'autres formes du rotor ainsi que des dimensions de la configuration et de l'espacement des perforations dans le cylindre de criblage. Ainsi, à l'époque du brevet Staege vers le milieu des années 1940, le cylindre de criblage a été fabriqué à partir d'une plaque d'acier avec des perforations cylindriques multiples uniformément percées. Lorsque cette plaque percée était enroulée en forme de cylindre, un résultat naturel de l'opération d'enroulement était d'effectuer une certaine réduction et une certaine dilatation, respectivement, dans les extrémités intérieure et extérieure des trous perforés qui se trouvaient sur les surfaces d'entrée (intérieures) et d'acceptation (extérieures) du cylindre de criblage ainsi obtenu.Ceci conduit & la pratique qui consiste à dégager l'extrémité côté acceptation (sortie) de chaque perforation cylindrique par un alésage conique ou une portion alésée pour réduire au minimum les risques de bouchage. Au cours des années plus récentes, il a été proposé dans le commerce des cribles i pression généralement du type ci-dessus dans lesquels les perforations du cylindre de criblage étaient des fentes allongées et non plus des trous ronds. Des constructions typiques de ce type se trouvent présentées dans le brevet US N0 3.617.008 de Lamort, dans le brevet US N0 3.581.903 de Holz et dans le brevet cité ci-dessus 3.849.303 de Seifert's et celui de Chupka-Seifert. Les deux brevets de Lamort et de Holz présentent des cylindres de criblage munis de fentes, dans lesquels les fentes ont des portions latérales parallèles sur la face d'entrée du cylindre, mais sur la face de sortie, chaque fente a des parois latérales qui divergent beaucoup.De même dans le brevet Chupka-Seifert, le cylindre de criblage est fabriqué à partir d'un fil de section triangulaire, la base du triangle étant du côté entrée du cylindre. Cette pratique qui consiste à dégager le côté sortie des perforations du cylindre de criblage d'un crible sous pression a ainsi été suivie de façon régulière dans 11 industrie du papier depuis qu'elle a été d'abord présentée. La technique antérieure s'est révélée convaincue que cette pratique était nécessaire pour réduire au minimum les risques pour les perforations d'être bouchées par des fibres ou des particules de contamination sauf si leur dimension minimale se trouve du côté de leurs entrées. En réalité, cette conviction est devenue si sûre que la totalité des revendications du brevet Holz comprennent des limitations à une configuration des fentes de criblage en forme de "bâteau" du côté sortie du cylindre de criblage. Un autre brevet délivré au cessionnaire de la présente invention, Lehman 4.276.159, a présenté la découverte indiquant que l'art antérieur s'était trompé dans sa conviction qu'il était nécessaire de dégager les perforations de criblage du cylindre de criblage d'un crible sous pression du côté sortie du cylindre. Plus précisément, ce brevet a montré que non seulement de tels cribles fonctionnaient sans se boucher lorsque les perforations de criblage n'étaient pas dégagées du côté sortie du cylindre, mais de façon très intattendue, des résultats nettement améliorés sont obtenus lorsque les perforations sont dégagées du côté entrée du cylindre, par exemple de la même manière ou dans la même mesure que ce qui a été effectué couramment du côté sortie des cylindres de l'art antérieur. Une modification récente du crible du brevet Lehman est décrite dans le brevet US N0 4.529.520 de Lampenius, dans lequel l'entrée d'un cylindre de criblage présente des rainures orientées dans la direction axiale et ayant une section trapézoidale et dans lequel des orifices de criblage cylindriques sont percé, dans les fonds de ces rainures. La caractéristique revendiquée dans le brevet Lampenius est que le côté aval de chaque rainure fait un angle relativement oblique par rapport à la direction de la circulation de la pale, de préférence un angle d'environ 30~, et à cet égard, Lampenius a suivi de près les enseignements du brevet canadien Fredriksson N0 972.322, dans lequel des perforations de criblage sont présentées sur la face amont des rainures ou sont prévues avec un dégagement alésé sur leur face aval. Ces deux brevets insistent sur la nécessité de réduire la surface de cible sur la face entrée de chaque perforation de criblage qui est "vue" par les fibres en cours de circulation. Dans le crible du brevet Lehman, les perforations de criblage - à la fois des fentes et des trous cylindriques - sont présentées en étant diposées avec I-eur portwlon de-diamere minimale à la surface du côté sortie de cylindre de criblage. Cette portion de chaque orifice ou fente est relativement petite ou courte dans la direction axiale, et le reste de l'orifice ou de la fente possède un diamètre ou une largeur plus grande en direction de la face d'entrée du cylindre et atteint ses dimensions maximales sur la surface d'entrée du cylindre. Selon la présente invention, il a été découvert que des avantages significatifs inattendus de fonctionnement s'obtiennent avec des éléments de criblage employant des trous de criblage cylindriques si la portion de chaque trou faisant face à la face d'entrée du cylindre est conformé à un diamètre sensiblement plus grand que celui de la portion de diamètre minimale tout en maintenant sa dimension axiale relativement petite ou courte, c'est-à-dire en faisant un alésage à un diamètre maximal deux fois plus grand ou davantage que le diamètre minimal. Cette portion alésée, a cependant de préférence un angle d'alésage qui est relativement petit par rapport à la surface environnante de l'élément de criblage, par exemple 22,5 , de sorte que chacune des portions alésées est donc peu profonde. Dans un mode de réalisation préféré, les trous de criblage sont disposés en rangées à la fois dans la direction axiale et sur la circonférence de l'élément de criblage, et donc aussi en rangées s'enroulant en spirale autour du cylindre. La profondeur et l'angle des portions alésées des trous sont tels que des portions adjacentes chevauchent ou se rapprochent très près l'une de l'autre dans une ou plusieurs de ces directions afin de couvrir et de loin la majeure partie de la surface du cylindre et de former des nervures multiples relativement aiguës le long de leur portion en recouvrement.Le reste de chaque trou peut être uniformément cylindrique, mais il comprendra de préférence une portion cylindrique relativement courte de diamètre minimal adjacente à la portion d'entrée alésée, tandis que le reste de l'orifice sera conique vers l'extérieur avec un petit angle par rapport à l'axe de la portion de diamètre minimal. L'invention va maintenant être décrite par rapport aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un appareil de criblage sous pression réalisant l'invention ; la figure 2 est une vue partielle agrandie du côté entrée du cylindre de criblage du crible de la figure 1 avant la formation du cylindre à partir d'une tôle métallique plate la figure 3 est une coupe partielle le long de la ligne 3-3 de la figure 2 ; et la figure 4 est une autre coupe partielle agrandie le long de la ligne 4-4 de la figure 2. L'appareil de criblage présenté sur la figure 1 est généralement construit selon le brevet US N 4.105.543 de Seifert, à certaines exceptions près selon l'invention. Il comprend un coffre principal 10 monté sur un socle 11, et å l'extrémité supérieure du coffre se trouve une chambre d'entrée 12 ayant une ouverture d'entrée tangentielle 13 & laquelle le produit arrive sous pression comme à l'habitude avec un appareil de criblage de ce type. Un élément de criblage cylindrique 15 divise l'intérieur du coffre au-dessous de la chambre 12 en une chambre centrale d'alimentation 16 et une chambre d'acceptation 17 ayant une ouverture de sortie 18. La paroi inférieure 20 de la chambre d'alimentation 16 comprend une gouttière 21 conduisant à une ouverture de sortie 22 équipée d'un ensemble de vannes de commande 23 qui peut être réglé dans le but d'effectuer une vidange continue désirée de la pâte riche en déchets. Les particules lourdes qui se déposent dans la gouttière 21 tombent de cette gouttière dans un collecteur de déchets lourds 24 en passant par une vanne à commande manuelle 25 afin d'effectuer un dégagement intermittent. Un rotor 30 est supporté sur un arbre d'entrainement 31 au centre de la chambre d'alimentation 16 et entraîné par l'intermédiaire d'engrenages ou de courroies convenables par un moteur 33 également monté sur le socle 11. Des pales ou barres 35 sont montées sur le rotor 30 grâce à des bielles supports 36, et des connexions réglables 37 entre les extrémités intérieures des bielles 36 et le rotor 30 permettent de positionner les vannes 35 en les espaçant convenablement par rapport à la surface intérieure de l'élément de criblage 15, selon des méthodes pratiques classiques. Les pales 35 s'étendent sur toute la longueur de la surface de criblage de l'élément de criblage 15 et elles sont courbées en hélice et disposées de telle façon que l'extrémité supérieure de chaque pale est espacée en avant de l'extrémité inférieure dans la direction de rotation du rotor, représentée ici dans le sens des aiguilles d'une montre. Deux pales 35 sont représentées, mais il est possible d'utiliser des nombres de pales différents, et en général un nombre supérieur, par exemple 4, peut permettre un meilleur fonctionnement pour des consistances plus importantes. Le cylindre de criblage 15 est perforé de multiples trous de criblage 40 ayant une section circulaire, qui pour faciliter la fabrication devraient être disposées en rangées placées à la fois le long de la circonférence et dans la direction axiale des cylindres, et qui en pratique vont sensiblement couvrir la totalité de la surface du cylindre. Ces trous sont de préférence forés ou usinés d'une autre manière dans une plaque métallique plane, qui est ensuite enroulée en forme de cylindre et dont les bords en butée sont soudés ensemble. Un matériau typique pour la plaque qui a été jugé satisfaisant dans la pratique de l'invention, est une tôle d'acier inoxydable de 4,8 mm d'épaisseur environ (0,188 pouce). En se référant plus particulièrement à la vue agrandie de la figure 4, on voit que chaque trou 40 est composé de trois portions concentriques, une portion cylindrique interne 41 d'un diamètre minimal prédéterminé, une portion d'entrée 42 et une portion de sortie 43. La portion d'entrée a un diamètre qui augmente rapidement à partir d'un minimum qui coincide avec le diamètre de la portion cylindrique 41, jusqu'à un maximum sur la surface 44 qui est sensiblement supérieur à son diamètre minimal.La portion 41 de diamètre minimal peut s'étendre tout du long jusqu'à la face de sortie 45, comme dans le brevet Lehman, mais la portion de sortie 43 est de préférence légèrement évasée vers l'extérieur pour réduire la longueur axiale de la portion cylindrique 41, des résultats satisfaisants ayant été obtenus lorsque la portion 43 est évasée vers l'extérieur en faisant un angle de 7 e par rapport à l'axe de la portion cylindrique 41. Il a été jugé important pour le succès de l'invention, que la dimension axiale de chaque portion d'entrée 42 ait un diamètre sensiblement inférieur à son diamètre maximal du côté entrée 44 de l'élément de criblage, de façon à être relativement peu profond mais d'avoir une périphérie extérieure relativement longue. Cette condition peut être facilement établie en formant la portion d'entrée 42 par un alésage classique avec un angle d'inclinaison relativement plat, comme l'illustre la figure 4, et d'excellents résultats ont été obtenus avec un angle d'inclinaison de 22,5 par rapport à la surface de la plaque. Comme indiqué sur la figure, les dimensions axiales des trois portions individuelles 41-43 sont telles que les dimensions axiales combinées des portions 41 et 42 font un total inférieur à la dimension axiale de la portion de sortie 43. Par exemple, des résultats très satisfaisants ont été obtenus lorsque cette longueur axiale combinée était située dans la gamme allant de 1,0 à 1,52 mm environ (0,040 à 0,060 pouce) pour une tôle d'acier de 4,8 mm environ, de sorte que la portion de sortie 43 est deux fois plus longue ou davantage que la longueur axiale des portions combinées 41 et 42. Le diamètre et la profondeur de chaque portion d'entrée 42 sont spécialement liés à la dimension de la portion cylindrique associée 41 et à l'espacement des trous adjacents 40. Pour obtenir des résultats préférés au cours de la mise en pratique de l'invention, l'espacement relatif entre les trous adjacents et la dimension maximale de leur portion d'entrée 42 devraient être tels que les surfaces combinées des faces alésées constituent une grande majorité de la surface totale 44 de l'élément de criblage. Un résultat de cette condition est que les portions d'entrée adjacentes seront si rapprochées ou empiétront tellement l'une sur l'autre dans au moins une direction qu'elle définiront des arêtes multiples relativement pointues 46 de contour cintré sur toute la surface 44. Par exemple, dans une réalisation de l'invention, le diamètre minimal de chaque trou 40 était de 1,27 mm (0.050 pouce) et les trous adjacents étaient espacés de 3,175 mm (0.125 pouce) entre axes le long de la circonférence de l'élément formant crible et de 6,90 mm (0.272 pouce) dans la direction de son axe. Ensuite, avec chaque portion d'entrée ayant une profondeur maximale de 0,51 mm (0.020 pouce), le rayon maximal (r) était de 1,86 mm (0.0733 pouce), ce qui donnait lieu à un recouvrement maximal de 0,56 mm (0.022 pouce) le long de la circonférence du cylindre et de 0,25 mm (0.010 pouce) sur une spirale du cylindre. Cette combinaison de dimensions a abouti à des surfaces totales des alésages (nr2 fois le nombre total n de trous) dépassant 80 % de la surface 44, les zones planes restantes étant discontinues et ayant des dimensions individuelles faibles. Dans un autre exemple, les trous 40 avaient un diamètre minimal de 1,57 mm (0.062 pouce) et leur écartement le long de la circonférence et dans la direction axiale de l'élément formant crible était respectivement de 6,35 mm (0.250 pouce) et de 5,56 mm (0.219 pouce). Chaque portion d'entrée ayant une profondeur de 0,76 mm (0.030 pouce) sur sa périphérie intérieure, le diamètre extérieur de chaque portion d'entrée était de 5,69 mm (0.224 pouce),ce qui donnait lieu à un recouvrement maximal de 2,55 mm (0.102 pouce) le long des spirales sur l'élément formant crible et de 0,13 mm (0.005 pouce) le long de la circonférence de l'élément formant crible. Les surfaces totales combinées des des alésages (cran) devraient théoriquement dépasser l'aire de la surface 45 sans compter les recouvrements. Dans un autre exemple, les trous 40 avaient un diamètre minimal de 3,175 mm (0.125 pouce) et leur espacement le long de la circonférence et dans la direction axiale de l'élément formant crible était respectivement de 6,35 mm (0.250 pouce) et de 9,52 mm (0.375 pouce). Avec chaque portion d'entrée mesurant 0,76 mm (0.030 pouce) de profondeur sur sa périphérie intérieure, le diamètre extérieur de chaque portion d'entrée était de 6,86 mm (0.27 pouce), ce qui formait un recouvrement de 0,51 mm (0.020 pouce) entre des portions d'entrée adjacentes dans la direction axiale de l'élément formant crible et de 1,14 mm (0.045 pouce) le long des spirales de l'élément formant crible, et à une arête 46 ayant une largeur minimale de 2,54 mm (0.10 pouce) entre des portions d'entrée adjacentes dans la direction axiale de l'élément formant crible.Le total de la surface des alésages (cran) dépasserait alors théoriquement l'aire de la surface 45 sans compter les recouvrements. L'étude de ces exemples montrera que dans chaque cas, les surfaces des alésages couvriront de loin la majorité de la surface de la face d'entrée de l'élément formant crible et formeront une grande multiplicité de bords ou arêtes cintrés relativement pointus. Les tests effectués sur un certain nombre d'exemples de ce type ont montré que la combinaison de la surface irrégulière de l'élément formant crible résultant avec l'action hydraulique des pales ou ailettes du rotor entraînait des configurations de remous irréguliers à proximité de l'entrée de chacun des trous de criblage, ce qui facilitait considérablement un action efficace du criblage. Bien que les formes de l'appareil tel qu'il a été décrit ici représentent des réalisations préférées de cette invention, il faut bien comprendre que l'invention n'est pas limitée à ces formes précises d'appareils et que des modifications peuvent lui être apportées sans s'écarter de la portée de l'invention qui est définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Appareil de criblage pour pâte à papier comprenant, un coffre (10) sous pression, un élément cylindrique de criblage (15) d'épaisseur uniforme prédéterminée divisant l'intérieur dudit coffre en une chambre d'entrée (12) et une chambre d'acceptation (17), ledit élément de criblage étant traversé par de multiples perforations de criblage (40), et un rotor (30) comprenant des moyens de pales (35) monté pour tourner à l'intérieur dudit coffre afin d'empêcher lesdites perforations de se boucher, et encore caractérisé en ce que (a) chacune desdites perforations possède une section transversale circulaire et une portion (41) de diamètre minimale prédéterminée (b) chacune desdites perforations comprend une portion (42) d'extrémité d'entrée tronconique concentrique ayant un diamètre maximal à la surface dudit élément formant crible qui est sensiblement supérieur a la fois audit diamètre minimal et à la dimension axiale de ladite portion d'entrée ; et (c) ladite dimension axiale de ladite portion d'entrée constitue une fraction mineure de l'épaisseur dudit élement formant crible et dudit diamètre maximal de ladite portion d'entrée. 2. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite portion d'entrée tronconique fait un angle relativement faible avec la surface environnante dudit élément formant crible. 3. Appareil de criblage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit angle est de l'ordre de 22,5'. 4. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'espacement relatif desdites perforations adjacentes et le diamètre maximal de ladite portion d'extrémité d'entrée de chacune desdites perforations sont tels que lesdites portions d'entrée adjacentes définissent des arêtes (46) sur la surface de la face d'entrée dudit élément formant crible. 5. Appareil de criblage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdites dimensions sont telles que certaines au moins desdites portions d'entrée adjacentes empiètent les unes sur les autres. 6. Appareil de criblage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdites perforations sont diposées en rangées orientées dans la direction axiale, sur la circonférence et en spirale sur ledit élément formant crible, et en ce que lesdites dimensions sont telles que lesdites perforations adjacentes desdites rangées dans une au moins desdites directions empiètent les unes sur les autres. 7. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune desdites portions d'entrée a un rayon maximal (r), et dans lequel la valeur nr2 multipliée par le nombre total (n) desdites perforations est égale à plus de la moitié de l'aire de la surface totale dudit élément formant crible. 8. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune desdites portions d'entrée a un rayon maximal (r) et dans lequel la valeur nr2 multipliée par le nombre total desdites perforations est égale à plus des trois quarts de l'aire de la surface totale dudit élément de criblage. 9. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune desdites portions d'entrée a un rayon maximal (r), et que la valeur nr2 multipliée par le nombre total (n) desdites perforations dépasse l'aire de la surface totale desdits éléments formant crible. 10. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune desdites perforations comprend une portion d'extrémité de sortie (43) dont le diamètre est supérieur audit diamètre minimal sur toute sa longueur axiale. 11. Appareil de criblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite portion de diamètre minimal de chacune desdites perforations a une dimension axiale qui constitue une fraction mineure de l'épaisseur dudit élement formant crible. 12. Appareil de criblage selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la dimension axiale totale de ladite portion d'entrée et de ladite portion de diamètre minimale prédéterminée est inférieure à la moitié de l'épaisseur dudit élément formant crible.