Brevet FR2590650A1 — publié le 19870529

I L'invention a pour objet un cylindre à frette tour- nante utilisable notammrrrnent dans un laminoir. Dans les installations de production et/ou de lami- nage de matériaux en bandes, tels que du papier ou des pro- duits métalliques, on utilise, depuis un certain temps, des cylindres dits "à frette tournante" comprenant une envelop- pe tubulaire déformable. On sait qu'un laminoir comprend, d'une façon généra- le, deux cylindres de travail s'appuyant respectivement sur 10. au moins deux cylindres d'appui, l'ensemble étant monté dans un châssis fixe. Pour diverses raisons et en parti- culier pour régler la planéité du produit laminé, on a pré- vu d'agir sur le profil des cylindres de travail ou des cylindres d'appui. A cet effet,on peut utiliser des dispo- sitifs de cambrage agissant sur les extrémités des arbres des cylindres, ou bien, sur le profil de la surface exté- rieure du cylindre,les deux dispositions pouvant d'ailleurs être combinées. Pour agir sur le profil extérieur du cylin- dre, notamment dans le cas des cylindres d'appui,on utilise avantageusement des cylindres comprenant une enveloppe tu- bulaire déformable tournant librement autour de son axe sur un arbre formant une poutre résistante prenant appui sur les deux montants du châssis et définissant l'axe de rota- tion. Entre l'arbre fixe, et l'enveloppe tubulaire sont placés, sur toute la longueur d'une génératrice de l'enveloppe, une série de patins à paliers fluides présen- tant vers l'extérieur une face d'appui cylindrique de cour- bure égale à celle de la surface interne de l'enveloppe et actionnés chacun par un ou plusieurs vérins dont les cham- bres sont ménagées dans la poutre ou solidaires de celles- ci et dont les pistons sont solidaires des patins. De l'huile est injectée sous pression entre la face d'appui du patin et la surface interne de l'enveloppe de façon à for- mer un film permettant la rotation de l'enveloppe par effet hydrostatique ou hydrodynamique, ces deux principes pouvant d'ailleurs être combinés. Un système d'alimentation permet de régler individuellement les poussées de chaque patin pour contrôler le profil de l'enveloppe déformable, par exemple en fonction de mesures de planéité effectuées en différents endroits de la largeur du produit laminé. On peut aménager de la sorte au moins l'un des cy- lindres d'appui, ou bien, dans certains cas, des cylindres de travail. Un cylindre à frette tournante de ce genre est décrit, par exemple, dans le brevet N 83 16 341 de la mê- me Société. Dans une telle disposition,chaque patin de maintien de l'enveloppe constitue donc un palier fluide inversé dans lequel le patin est fixe par rapport à la frette qui tourne autour de l'arbre et il en résulte un certain nombre de problèmes de réalisation industrielle dûs notamment au fait que la ligne de génératrice des paliers fluides est longue par rapport au diamètre de ceux-ci. Comme on l'a indiqué,les paliers fluides peuvent être du type hydrostatique ou hydrodynamique. Dans le cas, le plus général, o les paliers sont du type hydrostatique, chaque patin comprend, sur sa face tournée vers l'enveloppe,une chambre alimentée en fluide sous pression avec un certain débit de fuite permettant de réaliser le film lubrifiant. Ce dernier doit être récupéré afin d'être refroidi et envoyé à nouveau dans les paliers. Dans le cas o l'on utilise des patins hydrodynami- ques, la circulation du fluide en couche mince provoque un effet d'échauffement et, pour éviter que la température n'augmente progressivement jusqu'à un niveau excessif, il est nécessaire également de récupérer le fluide pour le re- froidir avant de le réintroduire dans le cylindre. 3usqu'à présent, cette récupération du fluide lubri- fiant était effectuée simplement par gravité, mais on a constaté que cette récupération était difficile à réaliser, notamment lorsque la vitesse de rotation de la frette de- vient importante. L'invention a pour objet des perfectionnements aux cylindres à frette tournante permettant de réaliser dans de bonnes conditions la récupération et le recyclage du fluide lubrifiant L'invention s'applique donc, d'une façon générale, à un cylindre à frette tournante, comprenant un arbre fixe en forme de poutre allongée prenant appui à ses extrémités sur un bâti de support,une frette tournante constituée d'une enveloppe cylindrique entourant l'arbre fixe et prenant ap- pui sur ce dernier par l'intermédiaire de deux paliers de centrage placés à ses deux extrémités et alignés suivant un axe de rotation et une ligne de patins à palier fluide de maintien et de réglage du profil de l'enveloppe,disposés le long de l'arbre, chacun prenant appui sur ce dernier par l'intermédiaire d'au moins un vérin individuel de poussée et sur la face interne de l'enveloppe par l'intermédiaire. d'une portée d'appui cylindrique, chaque patin étant relié à au moins un circuit d'alimentation en fluide, ce dernier étant amené dans l'espace compris entre la portée d'appui et la face interne de l'enveloppe et s'échappant dudit es- pace avec un certain débit de fuite. Conformément à l'invention,le cylindre est équipé d'un organe de captage par raclage d'au moins une partie du fluide lubrifiant s'échappant des patins de maintien, ap- pliqué contre la paroi interne de l'enveloppe pour former avec celle-ci une zone de récupération ouverte dans le sens inverse de rotation de la frette et reliée à un circuit d'évacuation du fluide récupéré. Dans le mode de réalisation préférentiel de l'invention,le moyen de récupération du fluide lubrifiant est constitué d'au moins un patin formant un palier hydro- dynamique placé en aval de la ligne de patins de maintien dans le sens de rotation,et appliqué contre la paroi inter- ne de l'enveloppe le long d'une génératrice de contact, le- dit patin comprenant sur son extrémité tournée vers l'enveloppe,une face inclinée par rapport à la paroi inter- ne de l'enveloppe et formant avec celle-ci un dièdre s'ou- vrant vers l'amont à partir de la génératrice de contact et constituant une zone de mise en pression du fluide dans laquelle débouche un conduit d'évacuation relié à un cir- cuit de récupération et de recyclage du fluide. Normale- ment,une pluralité de patins de captage seront disposés les uns à la suite des autres le long de la génératrice de contact de façon à former, à l'intérieur de l'enveloppe,une seconde ligne de patins à palier fluide placés en aval de la première ligne de patins de maintien. Selon une autre caractéristique essentielle,chaque patin de récupération s'appuie sur la paroi interne de l'enveloppe par l'intermédiaire d'une face de contact de faible largeur,maintenue légèrement écartée de la paroi interne de l'enveloppe par le passage d'un débit minimal de fuite du fluide lubrifiant. En agissant sur le débit du circuit de récupération du fluide ou sur la pression d'appui sur l'enveloppe,on peut régler la pression entre le patin et l'enveloppe de façon à maintenir l'écartement vou- lu entre la face de contact du patin et la paroi interne de l'enveloppe, avec un débit minimal de fuite. Mais l'invention sera mieux comprise grâce à la des- cription détaillée d'un exemple de réalisation,donnée à ti- tre d'exemple,et représentée sur les dessins annexés. Fig.l représente schématiquement,en coupe par un plan transversal à l'axe,un cylindre à frette tournante mu- ni des dispositions selon l'invention; Fig.2 est une vue de détail de la figure 1; Fig.3 est une vue schématique du cylindre selon l'invention, en coupe axiale selon la ligne 3-3,de la figu- re 1. Le cylindre à frette tournante représenté schémati- quement sur la figure 3,comprend, à l'intérieur d'un bâti 1, un arbre fixe 2 porté à ses extrémités par deux montants du bâti 1 et sur lequel est enfilée une enveloppe tubulaire 3. Cette dernière est montée rotative sur l'arbre fixe 2 par l'intermédiaire de paliers 21 définissant un axe de ro- tation 20. Elle constitue ainsi ce que l'on appelle souvent une frette tournante 3. Selon une disposition bien connue,le profil exté- rieur de la frette tournante 3 peut être réglé au moyen d'une série de patins de maintien 4 qui sont répartis,le long d'une génératrice, pratiquement sur toute la longueur de la paroi interne de la frette 3. Dans le cas o le cylin- dre 3 constitue le cylindre d'appui supérieur des rouleaux de travail d'un laminoir,les patins de maintien 4 sont cen- trés dans le plan vertical passant par l'axe 20 du cylin- dre, à la partie inférieure de la poutre 1. Chaque patin de maintien 4 présente, du côté de la paroi interne 30 de la frette 3,une face d'appui cylindri- que 40 de même rayon de courbure sur laquelle sont ménagées les conditions d'une lubrification hydrodynamique ou hydro- statique ou encore une combinaison de ces deux systèmes. De l'autre côté, chaque patin de maintien 4 prend appui sur une face intérieure 22 de la poutre l,par l'intermédiaire d'un ou plusieurs vérins hydrauliques comprenant une cham- bre 5, ménagée dans la poutre 2 ou solidaire de celle-ci et à l'intérieur de laquelle se déplace un piston 51 solidaire du patin 4.UJn circuit 50 permet d'alimenter en fluide sous pression les chambres des vérins 5,ces derniers étant diri- gés de façon à déterminer un mouvement radial du patin cor- respondant 4.Chaque circuit 50 correspondant à un patin de maintien 4 est muni d'un moyen 55 de réglage individuel de la pression de pouss-ée dudit patin 4,en fonction,notamment, d'informations données par un dispositif de mesure de pla- néité pouvant, par exemple,mesurer la tension du produit laminé en différents endroits répartis sur la largeur de celui-ci et correspondant aux positions respectives des pa- tins 4 correspondants.Les circuits 50 sont alimentés par exemple à partir d'une unité de fluide sous pression com- prenant un réservoir 52 et une pompe 53. D'autre part,l'intervalle entre la face d'appui 40 du patin et la paroi interne 30 de la frette est alimenté en fluide sous pression,par exemple à partir des chambres des vérins 5 de façon à constituer un film de fluide lubri- fiant qui permet la rotation de la frette. Dans l'exemple représenté sur les figures I et 3,la face d'appui 40 du patin est munie de systèmes d'appui à fluide, respectivement à effet hydrostatique 41 et à effet hydrodynamique 42 alimentés en fluide sous pression,respec- tivement par des circuits 43 et 44.Chaque patin de maintien 4 constitue ainsi une sorte de palier à fluide qui,dans l'exemple représenté,combine deux systèmes de type hydros- tatique et hydrodynamique mais pourrait également fonction- ner de façon hydrostatique seule ou hydrodynamique seule. Par ailleurs,chaque patin 4 à palier fluide exerce sur la frette 3 une poussée réglable individuellement qui permet donc de contrôler le profil extérieur de la frette,notarmment le long de la génératrice de contact avec les cylindres de travail,de façon à corriger les défauts de planéité en fonction des mesures effectuées. De telles dispositions sont bien connues et peuvent faire l'objet de variantes qui sont décrites dans de nom- breux brevets et c'est pourquoi il n'y a pas lieu de le dé- crire plus en détail,l'invention portant sur un autre objet. En effet, quel que soit le système employé, hydros- tatique, hydrodynamique ou combiné, il existe obligatoire- ment un débit de fuite entre la face 40 d'appui du patin et la paroi interne 30 de la frette et par conséquent le flui- de lubrifiant va se répandre à l'intérieur de la cavité cy- lindrique limitée par la frette. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le cylindre à frette tournante comprend une seconde ligne de patins à palier fluide 6 placés en aval de la première ligne de patins de maintien 4,dans le sens de rotation de la frette représenté par la flèche F sur la figure. Chaque patin 6 est solidaire d'un piston 61 monté coulissant suivant une direction radiale dans une chambre 62 placée dans une zone située entre la poutre fixe et l'enveloppe et pouvant, par exemple, être ménagée à l'intérieur de la poutre fixe 2. Le piston 61 est repoussée vers l'extérieur par exemple par un moyen élastique tel qu'un ressort 63 comprimé entre le patin 61- et le fond de la chambre 62. Comme on l'a représenté plus en détail sur la figure 2, chaque patin 6 présente, à son extrémité tournée vers la paroi interne 30 de la frette 3, une face de contact 64 qui est appliquée par le ressort 63 contre la paroi interne 3. Cette face 64 peut avoir une faible largeur étant donné que les patins 6 n'ont pas pour objet d'assurer le maintien de l'enveloppe 3 et peut même être réduite à une simple arête éven.tuellement arrondie. Les faces de contact 64, ou, le cas échéant, les arêtes de contact des différents patins 6 sont alignées suivant une génératrice de contact à partir de laquelle s'ouvre, du côté amont dans le sens de rotation de la frette 3, un dièdre 7 limité d'un côté par la paroi interne 30 de la frette 3 et de l'autre,par une face incli- née 65 ménagée à l'extrémité du patin 6. Sur toute l'emprise du patin 6,le fluide lubrifiant s'échappant des patins 4 et entralné par effet centrifuge avec la frette 3,s'accumule dans le dièdre 7 qui constitue ainsi une zone de captage à l'intérieur de laquelle la pression du fluide augmente progressivement jusqu'à la face de contact 70 du fait de l'inclinaison de la face 65 du pa- tin. Dans la partie centrale du patin 6 est ménagé un conduit radial 72 qui débouche d'un côté, par un orifice 71, dans la partie centrale ou aval de la face inclinée 65 et de l'autre côté dans la chambre 66 ménagée entre le fond de l'évidement 62 et le piston 61. Cette chambre 66 est re- liée elle-même par un conduit 73 avec un collecteur central 74 ménagé, par exemple, à l'intérieur de l'arbre fixe 2 et s'étendant sur toute la longueur de ce dernier de façon à recueillir l'huile récupérée par tous les patins 6 de la ligne de récupération. Le canal central 74 est relié à un circuit de ré- cupération et de recyclage 8 représenté très schématique- ment sur la figure et pouvant comprendre,par exemple,une cuve 81 de récupération,des moyens 82 d'épuration et de re- froidissement de l'huile et une pompe 83 de recyclage du fluide lubrifiant dans les circuits-43 et 44 d'alimentation sous pression des systèmes à palier fluide 41 et 42 des pa- tins de maintien 4. Le débit du circuit de récupération 8 peut être réglé par exemple par un étrangleur 84 de façon à contr8ler la pression dans la zone de récupération 7 et par consé- quent le débit de fuite qui s'écoule entre la face de contact 64 et la paroi interne 30 de la frette 3. Ce débit peut être réglé à une valeur minimale en fonction de la vi- scosité du fluide et de la pression exercée par le patin 6 contre la frette sous l'action du ressort 63 de telle sorte que l'épaisseur du film de fluide lubrifiant du patin 6 soit suffisante pour assurer la lubrification mais cepen- dant faible par rapport à l'épaisseur du film d'huile s'échappant des patins de maintien 4. Ainsi le risque d'échauffement progressif du fluide lubrifiant est réduit au minimum. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux dé- tails du mode de réalisation qui vient d'être décrit à ti- tre de simple exemple et qui pourrait faire l'objet de variantes, notamment en employant des moyens équivalents, sans sortir du cadre de protection défini par les revendi- cations. C'est ainsi que, dans l'exemple représenté,on a dé- crit l'utilisation d'une ligne de patins 6 s'étendant sur toute la longueur du cylindre,mais, en fonction du débit d'huile à récupérer, il pourrait être suffisant de placer des patins de récupération à certains endroits seulement de la frette. D'ailleurs, s'il semble plus logique d'utiliser une pluralité de patins disposés les uns à c8té des autres mais on pourrait également envisager d'utiliser un patin unique allongé s'étendant sur toute la longueur de l'espace interne de la frette 3. D'autre part,il est plus économique d'appliquer les patins de récupération 6 sur la frette 3 au moyen de res- sorts 63,mais on pourrait envisager d'utiliser à cet effet des vérins hydrauliques dont la pression serait réglée en fonction de la pression dans la zone de récupération 7 de façon à maintenir constante l'épaisseur du film lubrifiant entre la face de contact 64 et la paroi interne 30 de la frette. Dans une autre variante,on pourrait combiner les pa- tins de support 4 et les patins 6 de captage de l'huile, ces derniers pouvant être situés directement à la sortie des patins,du côté aval dans le sens de rotation de la frette. D'une façon générale, d'ailleurs, la ligne de ré- cupération d'huile pourrait être installée dans une struc- ture indépendante de la poutre de support 2 mais placée à l'intérieur de l'enveloppe 3 REVENDICATIONS l.Cylindre à frette tournante comprenant un arbre fixe (2) en forme de poutre allongée prenant appui à ses extrémités sur un bâti de support (l), une frette tournante constituée d'une enveloppe cylindrique (3) entourant l'arbre fixe (2) et prenant appui sur ce dernier par l'intermédiaire de deux paliers de centrage (21) placés aux deux extrémités de l'enveloppe (3) et alignés suivant un axe de rotation (20), et une ligne de patins de maintien (4) à palier fluide, disposés le long de l'arbre (2),chacun prenant appui sur ce dernier,par l'intermédiaire d'au moins un vérin individuel de poussée (5) et sur la face interne (30) de l'enveloppe (3) par l'intermédiaire d'une portée d'appui cylindrique (40),un fluide lubrifiant étant injecté sous pression dans l'espace compris entre la portée d'appui (40) et la face interne (30)de l'enveloppe et s'échappant dudit espace avec un certain débit de fuite,caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un organe (6) de captage d'au moins une partie du fluide lubrifiant s'échappant des patins de maintien (4),ledit organe (6) étant appliqué contre la paroi interne (30)de l'enveloppe (3) pour former avec celle-ci une zone (7)de récupération ouverte dans le sens inverse de rotation de la frette,ladite zone (7)étant reliée à un circuit (8)d'évacuation du fluide récupéré. 2.Cylindre à frette tournante selon la revendication l,caractérisé par le fait que l'organe de captage du fluide lubrifiant est constitué d'au moins un patin (6) formant un palier hydrodynamique,placé en aval,dans le sens de rota- tion de l'enveloppe,de la ligne de patins de maintien (4), et appliqué contre la paroi interne (30)de l'enveloppe (3) le long d'une génératrice de contact,ledit patin (6) comprenant,sur son extrémité tournée vers l'enveloppe (3),une face (65)inclinée par rapport à la paroi interne (30) de l'enveloppe (3) et formant avec celle-ci un dièdre (7)s'ouvrant vers l'amont à partir de la génératrice de contact (64) et constituant une zone (7)de récupération et de mise en pression du fluide, dans laquelle débouche un conduit d'évacuation (72)relié à un circuit (8)d'évacuation 1l et de recyclage du fluide. 3. Cylindre à frette tournante selon la revendica- tion 2,caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de patins de captage (6)disposés les uns à la suite des au- tres le long d'une génératrice de contact (64) et formant, à l'intérieur de l'enveloppe,une seconde ligne de patins à palier fluide,en aval de la première ligne de patins de maintien (4). 4.Cylindre à frette tournante selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque patin de captage (6) s'appuie sur la paroi interne de l'enveloppe par l'intermédiaire d'une face de contact (64) de faible lar- geur maintenue écartée de la paroi interne de l'enveloppe d'un espace de passage d'un débit minimal de fuite du flui- de lubrifiant. 5. Cylindre à frette tournante selon la revendica- tion 4,caractérisé par le fait que le circuit (8) d'évacuation du fluide comprend des moyens (84) de réglage du débit pour le maintien,entre le patin (6) et l'enveloppe (3),une pression suffisante pour le maintien de l'écartement de la face de contact (64) avec un débit mini- mal de fuite. 6.Cylindre à frette tournante selon l'une des reven- dications 2 et 5,caractérisé par le fait que le circuit (8) d'évacuation et de recyclage du fluide comprend un collec- teur (74)du fluide récupéré dans chaque patin de captage (6),relié à une cuve de récupération (81)alimentant, par l'intermédiaire de moyens (82) d'épuration et de refroidi- sement une pompe (83) de recyclage du fluide sous pression dans au moins un circuit (42) d'alimentation en fluide sous pression d'au moins un système (41)d'appui à fluide de cha- que patin de maintien (4).