Brevet FR2596433A1 — publié le 19871002

I CYLINDRE DE PRESSE DESTINEE NOTAMMENT A ELIMINER LE LIQUIDE D'UN MATERIAU EN FEUILLE, TEL QUE PATE A PAPIER, ELABORE EN CONTINU, ET PRESSE COMPORTANT UN TEL CYLINDRE La présente invention vise notamment à améliorer l'élimination du liquide d'un matériau en feuille élaboré en continu, tel que pâte à papier, chargée de liquide, à l'aide de cylindres-presseurs. Cette invention est notamment destinée à l'industrie de transformation de pâte à papier ou papier, carton ou similaire. En effet, il est bien connu que le papier ou similaire (il sera parlé de feuille de papier dans le reste de la description pour plus de simplicité), est obtenu à partir de la pâte à papier par une succession d'opérations visant notamment à structurer la feuille de papier et à éliminer de la pâte l'eau contenue dans celle-ci ainsi qu'à la sécher. L'une de ces opérations est 15 représentée schématiquement à la figure 1; elle consiste à faire passer la pâte à papier I chargée d'eau, qui est généralement soutenue par un tapis en feutre 2, entre des presses cylindriques 3. Ainsi que le montre la figure 1, une telle presse 3 est formée de deux cylindres 4 pressés l'un contre l'autre et tournant en sens inverse l'un 20 de l'autre, de façon à entraîner la feuille de papier I située entre ceux-ci. Ces cylindres 4 laminent la pâte ou feuille de papier 1, lorsqu'elle passe entre ceux-ci, structurent cette pâte ou feuille, et expulsent une partie de l'eau contenue dans celle-ci. Ainsi que le montre notamment la figure 2, qui est une vue de 25 détail en coupe transversale d'un cylindre 4, chaque cylindre 4 est traditionnellement formé d'un corps métallique 5 et d'une couche 6 de matériau plus souple que le métal. Du fait des dimensions extérieures importantes de ces cylindres 4 (diamètre extérieur souvent compris entre 200 et 2 000 mm et longueur 30 souvent comprise entre 2 et 15 mètres), le corps 5 de ceux-ci est généralement creux. La couche 6 de matériau souple est généralement réalisée dans un matériau de type polymère tel que élastomère, (caoutchouc, polyuréthane ou autre), matériau thermoplastique ou thermodurcissable. L'épaisseur de cette couche peut varier de quelques centièmes de millimètres à plusieurs centimètres selon les cylindres considérés, et dans certains cas, le corps 5 du cylindre lui-même peut être entièrement ke constitué d'un ou plusieurs polymères. Ainsi que le montre la figure 2, des trous radiaux (à la précision des moyens d'usinage près) borgnes 7 sont généralement ménagés dans la couche de revêtement 6 de chaque cylindre 4 (système connu sous la dénomination commerciale DRI-PRESS de STOWE-WOODWARD). Du fait de la compression de cette couche 4 au niveau de la zone de contact des deux cylindres 4 de chaque presse 3, ces trous 7 réalisent un effet de pompage de l'eau contenue dans la pâte à papier I et servent donc notamment à mieux éliminer l'eau de cette pâte à papier au cours du 0 laminage de celle-ci entre les cylindres 4, tout en limitant le phénomène de marquage de papier (bien connu dans la profession sous le nom de "shadow marking"). Les feutres 2 installés autour des cylindres 4 servent également à améliorer le transfert de l'eau hors de la feuille de papier 1. Ainsi que le montre la figure 3, les trous radiaux 8 ménagés dans la couche 6 de revêtement du cylindre peuvent être des trous traversants, et être prolongés par des trous également traversants 9 et coaxiaux à ceux-ci ménagés dans le corps 5 du cylindre. Dans ce cas, un système d'aspiration est généralement prévu à l'intérieur du cylindre, afin de 20 renforcer l'effet d'aspiration donné par les trous 8 et d'augmenter l'efficacité de ceux-ci. A la place des trous 7,8,9 ou en combinaison avec ceux-ci, des rainures circulaires ou hélicoïdales peuvent être également prévues dans le revêtement et/ou le corps du cylindre (système connu sous la dénomination 25 commerciale VENTA-NIP de la Société BELOIT). Ces rainures (non représentées sur les figures I à 3), servent également à structurer la feuille de papier, à renforcer l'action d'élimination de l'eau, et ont une section droite, c'est-à-dire perpendiculaire au plan tangent au cylindre au niveau de l'ouverture de la rainure. Cependant, toutes ces dispositions ne permettent pas d'éliminer totalement l'excès d'eau contenue dans la feuille de papier 1, et l'opération de laminage est ensuite suivie d'une opération de séchage, au cours de laquelle l'excès d'eau qui n'a pu être enlevé mécaniquement doit être enlevé thermiquement dans une partie sècherie de la machine à papier, laquelle 35 opération de séchage est bien évidemment fort coûteuse en énergie. Le but de la présente invention est donc de réduire l'énergie dépensée au cours de l'opération de séchage, et de fournir des cylindres permettant notamment d'augmenter encore l'élimination mécanique de l'eau au cours de la phase de laminage des feuilles de papier fabriquées en continu. Ce but est atteint en ce que les cylindres selon l'invention 5 présentent des trous et/ou des rainures dont l'axe forme un angle différent de 90 avec le plan tangent à l'enveloppe extérieure du cylindre au niveau de l'ouverture constituant le débouché dans cette enveloppe du trou et/ou de la rainure concernée. Cette disposition permet, d'une part, d'augmenter la longueur des 10 trous et des rainures, notamment lorsqu'il s'agit de trous et de rainures borgnes, et d'augmenter pour un même diamètre de trou la surface d'ouverture et, d'autre part, d'augmenter l'effet de pompage obtenu à l'aide de ces trous et ou rainures. Les trous peuvent être disposés ou non dans un plan perpendicu15 laire à l'axe du cylindre; ils peuvent être combinés de différentes façons entre eux ou avec des rainures. Ces trous et rainures peuvent également être combinés avec les trous et rainures radiaux de type connu. De toute façon, l'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit 20 en référence au dessin schématique annexé illustrant à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes de réalisation du cylindre selon l'invention: Figure 4 est une vue en coupe transversale partielle d'un cylindre selon une première forme de réalisation; Figures 5 et 6 sont des vues similaires à figure 4 illustrant le 25 mode de fonctionnement du cylindre de figure 4 selon le sens de rotation de celui-ci; Figures 7 et 8 sont des vues similaires à figure 4 illustrant deux autres formes de réalisation des trous dans un cylindre; Figure 9 est une vue de dessus d'un cylindre illustrant trois autres 30 modes de réalisation des trous; Figure 10 est une vue similaire à figure 9 montrant encore trois autres formes de réalisation des trous dans un cylindre; Figures 11 à 13 sont des vues similaires à figure 4 illustrant d'autres formes de réalisation des trous dans un cylindre; Figure 14 est une vue en perspective avec section transversale d'un cylindre montrant une autre forme de réalisation de trous; Figure 15 est une vue similaire à figure 14 montrant une premiere forme de réalisation de rainures dans le cylindre Figures 16 à 18 sont des vues partielles en coupe longitudinale d'un cylindre montrant trois autres formes de réalisation de rainures dans celui-ci. Ainsi que le montre la figure 4, le cylindre 10 selon l'invention est également formé d'un corps creux Il métallique ou constitué d'un ou plusieurs matériaux synthétiques (tels que polymère), et d'une couche de revêtement 12 en un matériau plus souple (élastomère, caoutchouc, poly.10 uréthane). Des trous borgnes 13 sont également ménagés dans la couche de revêtement 12 du cylindre 10; cependant, à la différence des trous borgnes 7 montrés dans la figure 2, ces trous borgnes 13 ne sont pas radiaux, mais leur axe 13a est incliné par rapport à la direction radiale, c'est-à-dire que 15 leur axe 13a forme un angle c surface de contact 15 considérée. Cette disposition permet, d'une part, d'avoir, pour une même épaisseur de revêtement 12 ou de partie travaillante du cylindre 10, des 25 trous borgnes 13 beaucoup plus longs et qui pourront donc retenir plus d'eau que les trous radiaux 7 décrits précédemment. D'autre part, du fait de leur inclinaison par rapport à la direction d'application des forces F, dans la zone de contact 15 des deux cylindres 10 de la presse (c'est-à-dire dans la zone o le revêtement 12 de chaque 30 cylindre o de la partie travaillante de celui-ci est fortement comprimé par l'autre cylindre) ces trous 13 se trouvent, surtout dans le cas de revêtements souples, aplatis sur une bonne partie de leurlongueur (Cf. Figures 5 et 6), et ont alors ainsi un volume très faible (proportionnellement beaucoup plus faible que celui de simples trous radiaux 7 partiellement aplatis). 35 Lorsque ces trous 13, de par la rotation du cylindre, -commencent à sortir de la zone de pression 15, ils ont tendance à reprendre leur volume initial, et constituent ainsi à l'intérieur même du revêtement 12 ou du cylindre une véritable pompe qui présente, de par la grande variation de volume relative (et absolue), un débit beaucoup plus important que celle constituée par les trous radiaux 7 décrits précédemment. La prévision de ces trous inclinés 13 permet donc d'améliorer de 5 façon appréciable l'aspiration de l'eau réalisée par les cylindres 10, et par conséquent de réaliser une économie d'énergie importante lors de l'opération de séchage du papier. Outre cette économie d'énergie, cette augmentation de l'évacuation de l'excès d'eau de la pâte à papier permet d'augmenter l'efficacité de structuration du papier, et, par conséquent, d'augmenter la 10 vitesse admissible de défilement de cette pâte à papier. . Les figures 5 et 6 montrent le travail effectué par chacun des trous 13, lors de leur passage dans la zone de pression 15, en fonction de leur inclinaison par rapport au sens de rotation des deux cylindres 10. Dans ces figures 5 et 6, comme dans les autres figures 7 à 18, les 15 cylindres et les différentes parties les constituant seront toujours désignés par les mêmes références 10,11,12. Dans le cas de la figure 5, les trous 13 sont inclinés dans le sens de rotation (flèche 16) du cylindre 10. Ainsi que le montre cette figure, l'aspiration de l'eau contenue 20 dans la feuille de papier I se fera par les trous 13 situés dans la zone 17 qui se trouve au sortir de la zone de pression 15 dans le sens de rotation 16 du cylindre, c'est-à-dire dans les trous situés à gauche dans cette figure. Dans le cas de la figure 6, les trous 13 sont, au contraire, inclinés dans le sens inverse du sens de rotation (flèche 18) du cylindre 10 et 25 l'aspiration de l'eau est donc effectuée, ainsi que le montre cette figure, par les trous 13 situés à droite dans cette figure 6, c'est-àdire dans la zone 19 située au sortir de la zone de pression 15 dans le sens de rotation 18 du cylindre. Un autre avantage que présentent les trous 13 inclinés est que ces 30 derniers tendent à garder l'eau qu'ils renferment un certain temps, notamment lorsqu'ils sont inclinés en sens inverse du sens de rotation du cylindre 10 comme dans le cas de la figure 6, alors qu'avec les trous radiaux 7 de la technique antérieure, l'eau avait tendance à être restituée immédiatement sous l'effet de la force centrifuge et, de ce fait, à retourner via le tapis de 35 feutre 2 dans le papier dès la sortie de la zone de pression des cylindres. Dans certains cas et selon l'orientation et la profondeur des trous 13, 1'on améliorera encore l'efficacité du produit en ajoutant un caisson 20 25 35 aspirant extérieur au cylindre ou bien au moins un autre cylindre en appui pour éjecter cette eau résiduelle (non représentés sur le dessin). Selon les cas d'utilisation qui sont extrêmement variés en papeterie, l'on pourra optimiser le système en créant des trous 23 présentant différentes inclinaisons par rapport à la direction radiale (Cf. Figure 7) dans une même section du cylindre. De même, selon les cas, il pourra être intéressant de choisir telle ou telle inclinaison par rapport au sens de rotation du cylindre 10. Par exemple, dans le cas de la figure 8, les trous 33 présentent des inclinaisons alternativement opposées par rapport a une meme direction radiale. Dans les exemples montrés aux figures 4 à 8, l'axe de chacun des trous 13, 23,33 était toujours entièrement contenu dans un même plan perpendiculaire à l'axe du cylindre, mais, ainsi que le montrent les figures 9 et 10, ces trous peuvent également s'étendre dans la direction longitudinale du cylindre (sans être forcément parallèle à l'axe longitudinal de celui-ci). Dans le cas de la figure 9, les trous 43 s'étendent dans la direction longitudinale du cylindre et sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal 10a du cylindre. Dans le cas montré à la figure 10, les trous 53 s'étendent dans la direction longitudinale du cylindre 10, parallèlement à l'axe 10a de celui-ci, et sont également inclinés par rapport à un plan transversal passant par exemple par leur ouverture. Ainsi donc n'importe quelle inclinaison des trous 13,23,33,43 est possible du moment que l'angle formé par l'axe de ces trous avec un plan tangentant le cylindre ou son revêtement au niveau du débouché de ceux-ci, soit différent de 90 . Ces différentes inclinaisons des trous peuvent être obtenues par des moyens de moulage ou d'usinage appropriés au revêtement ou au cylindre. De même, la géométrie des trous n'est pas nécessairement cylindrique, et là aussi, avec des moyens de moulage ou d'usinage appropriés au revêtement ou au cylindre, on pourra réaliser des cavités, par exemple en forme de poire, (Cf. trous 63 de la figure Il), en forme de trous oblongs (Cf. trous 44 et 45-figure 9 et trous 54 et 55-figure 10) ou en forme de cône, qui amélioreront encore le phénomène de pompage. La figure 13 montre une autre variante de réalisation de l'invention, dans laquelle les trous 73 sont très inclinés, par rapport à un rayon passant par leur ouverture 74 dans la couche extérieure 12 du cylindre, et s'étendent même pratiquement circonférentiellement. Dans ce cas, ces trous 73 sont sécants avec des trous radiaux 76 ou faiblement inclinés de façon à renforcer la tenue de l'ouverture 74 du trou 73 au niveau de la surface extérieure du cylindre. Cette disposition 5 autorise une inclinaison plus grande des trous 73, et, par conséquent, une longueur de ceux-ci encore plus importante pour une même épaisseur du revêtement 12. La figure 12 montre encore une autre variante de l'invention, dans laquelle les trous 83 présentent des inclinaisons opposées symétriques par 10 rapport à un même rayon 85 et se rejoignent à l'intérieur du corps de cylindre 11 ou de son revêtement 12. Cette disposition permet d'augmenter encore le rendement du système; en effet, du fait du rôle obturateur de trous partiellement joué par le feutre ou la feuille de papier 1 elle-même, le phénomène de pompage créé par la reprise de volume initial des trous 83 15 aura lieu aux deux ouvertures 84 par lesquelles ces trous 83 débouchent à l'extérieur du cylindre et sera donc augmenté d'autant. La figure 14 montre un autre exemple de réalisation destiné notamment à un cylindre 11 présentant intérieurement des moyens d'aspiration. Dans ce cas, plusieurs trous inclinés 93 combinés avec un trou radial 94 se rejoignent et sont ainsi reliés à un autre trou 95 traversant radialement le corps 11 du cylindre, sur toute l'épaisseur de celui-ci. Cette disposition permet de réduire le nombre de trous traversants dans la paroi du corps de cylindre 11 et donc de limiter le risque toujours 25 important de fragilisation du cylindre lui-même. Dans une autre variante de la présente invention, montrée à la figure 15, des rainures 16 s'étendant longitudinalement sont ménagées dans la couche 12 de revêtement du cylindre 10. De même que pour les trous 13,23...93 décrits ci-avant, les 30 rainures 96 font, avec un plan T tangent à leur ouverture 97 dans le cylindre, un angle Od différent de 90 et ne s'étendent donc pas radialement dans l'épaisseur du revêtement 12. Dans ce cas, les rainures 96 sont, de préférence, fines et profondes. Ces rainures 96 inclinées permettent également d'augmenter 35 l'effet de pompage par rapport à des rainures dont l'axe serait contenu dans un même plan radial. Un autre avantage complémentaire du phénomène de "pompage" est qu'une rainure 96 inclinée se trouve écrasée et presque fermée sous l'effet de la pression au moment du passage entre les cylindres 10, ce qui réduit sensiblement sa largeur d'ouverture et donc son marquage sur le papier. La figure 16 montre également des rainures 97 inclinées et formant un angle t différent de 90 avec le plan T tangent à leur ouverture vers l'extérieur. Dans ce cas, les rainures 97 ne s'étendent pas longitudinalement mais périphériquement et elles sont par exemple circulaires ou en forme d'hélice. La figure 17 montre un autre exemple de réalisation de rainures 98 similaires aux rainures 97 de la figure 16, mis à part le fait que l'arête aigie 99, plus fragile, délimitée par chaque rainure 98 dans le revêtement - 15 12 est tronquée, de façon à renforcer la résistance des bords de l'ouverture de chacune de ces rainures 98. Dans l'exemple de la figure 18, des rainures 100 similaires aux rainures 97 sont également reliées à des trous 101 débouchant à l'extérieur du revêtement 12. Ces rainures pourraient également communiquer avec des 2È trous traversant la paroi du corps 11 de cylindre. Comme il va de soi, la présente invention ne se limite pas aux seuls exemples de réalisation montrés ci-avant à titre d'exemples non limitatifs, mais en embrasse, au contraire, toutes les formes de réalisation mettant en oeuvre des moyens similaires ou équivalents. C'est ainsi que, par exemple, n'importe quelles inclinaisons peuvent être conférées aux trous et aux rainures, du moment que celles-ci sont différentes de 90 par rapport au plan qui est tangent à l'ouverture de ces trous et rainures dans la paroi extérieure du cylindre. De même, les différentes formes de réalisation montrées ci-avant 30 peuvent être combinées ensemble ou avec des trous et/ou rainures radiales, sans que l'on sorte pour autant du cadre de la présente invention. Enfin, cette invention s'applique particulièrement bien à l'industrie papetière, mais il est évident qu'elle peut être appliquée partout o l'on souhaite éliminer un liquide d'une feuille élaborée en continu (rouleaux 35 essoreurs de la métallurgie par exemple). - REVENDICATIONS 1- Cylindre de presse (3) destinée notamment à éliminer le liquide contenu dans un matériau en feuille (1), tel que pâte à papier, élaboré en continu, du type comprenant des trous et/ou rainures ménagés dans le 5 revêtement et/ou le corps de ce cylindre, caractérisé en ce que l'axe (13a) de chacun des ces trous (13,23,33,43,53,63,83,93) et/ou rainures (96,97, 98,100) forme un angle (d) différent de 90 avec le plan (T) tangent à l'enveloppe extérieure du cylindre (10) au niveau de l'ouverture constituant le débouché dans cette enveloppe du trou (13,23,33,43,53,63, 83,93) et/ou de 10 la rainure (96,97,98,100) concerné. 2- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous (13) et/ou rainures (96) sont inclinés dans le sens de rotation (16) du cylindre. 3- Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 15 trous (13) et/ou rainures (96) sont inclinés en sens inverse du sens de rotation (18) du cylindre. 4- Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les trous (83) sont inclinés en sens inverse les uns des autres et en ce qu'ils se rejoignent à l'intérieur du corps ou revêtement de 20 cylindre (10). - Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les trous (73) et/ou rainures sont sécants avec des trous radiaux (76) ou faiblement inclinés. 6- Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 25 caractérisé en ce qu'au moins deux trous (93) inclinés se rejoignent et se raccordent à un trou radial (94) ménagé dans la paroi du corps de cylindre (1 1). 7- Cylindre selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que les trous (44),(45),(55),(56) ont une forme oblongue. 30 8- Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les trous (63) ont sensiblement la forme d'une poire. 9- Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les trous ont une forme conique. - Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à,9 35 caractérisé en ce que les rainures (96) sont réparties le long des génératrices du cylindre (10). L Il- Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les rainures (97,98,100) s'étendent le long de la circonférence du cylindre (10) en cercle ou en hélice. 12- Presse formée de cylindres selon l'une quelconque des reven5 dications 1 à 11, caractérisée en ce qu'au moins un cylindre (10) est associé à une caisse aspirante extérieure apte à évacuer l'eau restée dans les trous et/ou rainures. 13- Presse formée de cylindres selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisée en ce qu'au moins un cylindre (10) est associé 10 à au moins un autre cylindre en contact avec ce cylindre et apte à éliminer l'eau restée dans les trous et/ou rainures de ce cylindre. I - i