Brevet FR2629905A1 — publié le 19891013

La présente invention concerne des dispo- sitifs d'étanchéité à l'air ou aux gaz pour des cylindres tournants tels que des fours rotatifs ou analogues, o l'entrée et la sortie de fluides gazeux diluants et contaminants aux extrémités du cylindre tournant sont sensiblement réduites par le dispositif d'étanchéité. Dans l'art antérieur, de nombreux disposi- tifs sont connus pour assurer l'étanchéité de l'intervalle annulaire existant entre un cylindre tournant tel qu'un four rotatif et une structure stationnaire telle qu'un carter d'alimentation placé à une extrémité du four rotatif ou bien un caisson de foyer placé à l'extrémité opposée du four rotatif. Par exemple, le joint annulaire d'étanchéité du brevet des Etats Unis n 3 042 389 comporte une structure auto-équilibrée qui est telle que le centre de gravité du joint annulaire d'étanchéité soit situé dans un plan normal à l'axe de rotation du cylindre dans lequel la partie annulaire d'étanchéité est en contact avec la surface extérieu- re du four. Il résulte d'une telle structure la création d'un bras de levier qui produit une poussée continue de la partie annulaire d'étanchéité pour l'amener en contact étanche avec la structure stationnaire associée, par exemple le carter d'ali- mentation stationnaire prévu à une extrémité du four rotatif ou bien le caisson de foyer stationnaire prévu à l'extrémité opposée du four. La structure de joint d'étanchéité qui vient d'être décrite empêche pratiquement une fuite de fluide gazeux au travers de l'intervalle annulaire existant entre le cylindre tournant et les structures stationnaires prévues aux extrémités opposées respectives du cylindre tournant. Une variante du joint annulaire d'étanchéité pour cylindres tournants est décrite dans le brevet des Etats Unis n 4 280 707. Ce joint d'étanchéité utilise plusieurs segments d'étanchéité s'étendant circonférentiellement qui sont reliés de façon pivotante pour permettre une articulation des segments reliés dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre tournant de façon à s'adapter à des parties de la circonférence du cylindre présentant un défaut de'rotonditél". Un autre joint d'étanchéité connu dans l'art antérieur pour de grands cylindres rotatifs utilise une série d'éléments en forme de lames minces, espacés circonférentiellement, fixés par une extré- mité sur l'élément stationnaire et dont l'autre extré- mité est poussée en continu au contact de l'élément tournant. Les éléments en forme de lames sont espacés circonférentiellement et se recouvrent partiellement de façon à créer un joint continu le long de la surface extérieure du four. Cependant, en fonctionnement, de petits espaces ou intervalles se produisent entre des lames adjacentes lors de la rotation du four, notamment si la surface extérieure du four est irrégulière ou présente un défaut de rotondité. Un objet de la présente invention est d'apporter un perfectionnement au dispositif d'étan- chéité pour le type d'équipement qui vient d'être décrit ci-dessus, dans lequel un ensemble d'éléments d'étanchéité du type-lame adjacents sont montés sur l'élément stationnaire et sont poussés en continu en direction de l'élément tournant de telle sorte que, lors de la rotation du cylindre, les bords extérieurs des éléments en forme de lames se déplacent en continu pour absorber des tolérances de fabrication et des diamètres extérieurs variables de l'enveloppe et pour maintenir ainsi un contact étanche avec la surface extérieure d'étanchéité de l'élément tournant. Pour atteindre cet objectif, il est prévu conformément à l'invention un second ensemble d'élé- ments en forme de lames qui sont positionnés pour recouvrir les bords des lames du premier ensemble afin d'empêcher une fuite entre des éléments adja- cents en forme de lames du premier ensemble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limita- tif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale, en partie en coupe, d'un four rotatif mettant en oeuvre la présente invention;. la figure 2 est une vue tridimensionnelle faite selon la ligne II-II de la figure 1 et montrant un joint d'étanchéité conforme à l'invention qui est fixé sur le caisson de foyer prévu à l'extrémité du four; la figure 3 est une vue à échelle agrandie des éléments d'étanchéité qui sont fixés sur le caisson de foyer; la figure 4 est une vue tridimensionnelle du joint d'étanchéité conforme à cette invention, qui est fixé sur le carter d'alimentation prévu à une extré- mité du four; la figure 5 est une vue en coupe fragmentaire à échelle agrandie de l'élément d'étanchéité fixé sur le carter d'alimentation prévu à une extrémité du four; la figure 6 est une vue de détail à échelle agrandie d'un des éléments d'étanchéité qui sont fixés à l'extrémité de la trémie de décharge de l'élément annulaire d'étanchéité; la figure 7 est une vue à échelle agrandie montrant comment les éléments d'étanchéité sont disposés l'un par rapport à l'autre; et la figure 8 est une vue de détail à échelle agrandie montrant une modification des éléments d'étanchéité, o les éléments sont fixés sur l'enveloppe du four tournant et o les extrémités libres sont en contact avec la surface extérieure d'un tube stationnaire; et la figure 9 est une vue de détail à échelle agrandie montrant l'élément d'étanchéité fixé sur l'enveloppe tournante et les extrémités libres s'appliquant contre la surface extérieure plane, et s'étendant radialement, d'un carter stationnaire. En référence maintenant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1, il est représen- té un four rotatif désigné dans son ensemble par 10 qui est incliné légèrement vers le bas depuis un carter d'alimentation 12 jusqu'à un caisson de foyer 14 pour faciliter le mouvement des matières dans le four depuis une extrémité d'alimentation 12 jusqu'au caisson de foyer 14. Le four 10 comprend une envelop- pe tubulaire ou cylindrique 16 comportant un garnis- sage intérieur 18 formé d'un matériau réfractaire approprié, comme par exemple des briques réfractai- res. Plusieurs anneaux de déplacement 20, dont un seulement est visible sur lès dessins, sont disposés circonférentiellement autour de l'enveloppe 16 et sont supportés par des rouleaux appropriés 22. Il est prévu des moyens appropriés d'entraînement ( non représentés), comme par exemple une couronne dentée entraînée par moteur et montée circonféren- tiellement autour de l'enveloppe 16 de façon à faire tourner cette enveloppe autour de son axe longitu- dinal. Un plateau extrême annulaire 24 est fixé à une extrémité du four et délimite une ouverture d'alimentation 26 sensiblement circulaire au travers de laquelle passe une matière d'alimentation, soit sèche soit sous forme d'une boue, en provenance d'une goulotte 28 assurant la liaison entre une chambre 30 du four et un auxiliaire de stockage approprié ( non représenté). Un autre plateau extrême annulaire 32 est fixé sur l'extrémité opposée de l'enveloppe 16 et délimite une ouverture de décharge 33 sensiblement circulaire par l'intermédiaire de laquelle la matière est déchargée après traitement dans le four. Après avoir été déchargée du four, la matière s'écoule vers des transporteurs, des refroidisseurs ou analogues, en fonction du type de conditionnement imposé pour la matière en train d'être traitée. A l'extrémité d'alimentation du four, une goulotte 28 est supportée à l'intérieur du carter d'alimentation 12 et s'étend au travers d'un collet 36 monté sur une paroi 37 du carter 12 et pénétrant dans l'enveloppe 16. Le diamètre extérieur du collet 36 est plus petit que celui de l'ouverture 26 du plateau extrême 24 fixé sur l'enveloppe cylindrique 16. La différence dimensionnelle entre le diamètre extérieur du collet 36 et le diamètre intérieur 26 définit entre le collet 36 et l'enveloppe 16 une partie annulaire 38 qui permet à l'enveloppe 16 du four de tourner en cours de marche sans effet de blocage entre l'enveloppe 16 du four et le collet 36. Les éléments d'étanchéité 39 de cette invention sont fixés sur la paroi 37 à laquelle est relié le collet 36 et s'étendent vers l'extérieur pour entrer en contact avec le plateau extrême 24 de l'enveloppe 16 du four. Le caisson de foyer 14 est placé dans une position adjacente à l'extrémité de décharge du four 10. Le caisson comprend un carter 40 pourvu d'un garnissage 42 formé d'un matériau réfractaire approprié. Le caisson de foyer 14 contient un brûleur classique 44 par l'intermédiaire duquel est introduit le mélange de combustible et d'oxygène défini pour le processus spécifique à réaliser dans le four. Le carter 40 du caisson de foyer comprend une paroi avant 46 dans laquelle est définie une ouverture 48 qui circonscrit la périphérie extérieure de l'enveloppe 16 du four afin de former entre elles un intervalle annulaire 49. La paroi 46 est sensible- ment perpendiculaire à l'axe de rotation du four 10. La partie de la paroi avant 46 s'étendant radialement en éloignement de l'ouverture 48 définit une surface de montage des éléments d'étanchéité 39 de cette invention. Le dispositif d'étanchéité conforme à cette invention est mieux visible sur la figure 6 et va être décrit initialement en relation avec le caisson de foyer. Ce dispositif d'étanchéité comprend un ensemble d'éléments 50 en forme de lames qui sont fixés de façon amovible sur un support 51 lui-même monté sur la paroi 46. Le support 51 est fixé sur la paroi, par exemple par soudage, et il comporte un rebord 53 s'étendant vers l'extérieur et sur lequel les éléments d'étanchéité 50 sont fixés de façon amovible comme par des boulons 54 passant dans des trous 55 prévus dans les coins supérieurs des éléments d'étanchéité 50. Les éléments d'étanchéité 50 ont tous une forme rectangulaire dans l'ensemble et sont montés de façon amovible sur le rebord 53 du fait qu'ils sont soumis à une forte usure en cours de fonctionnement et qu'ils doivent être périodiquement remplacés pour maintenir une bonne étanchéité. Les éléments en forme de lames s'étendent axialement en éloignement de la paroi 46 et jusqu'au contact avec la surface extérieure de l'enveloppe 16. Les éléments en forme de lames 50 sont constitués d'un matériau élastique, comme de l'acier à resàort mince, et ils sont montés de telle sorte que les bords extérieurs 61 soient poussés en continu en contact étanche contre la surface extérieure de l'enveloppe 16. Les éléments en forme de lames sont espacés circonférentiellement autour de l'enveloppe dans une condition de léger recouvrement comme indiqué sur la figure 7 afin de former une surface continue d'étanchéité entre l'enveloppe 16 du four et le caisson 14. Un ensemble d'éléments 57 en forme de volets rectangulaires sont montés sur la paroi 46 dans des positions adjacentes aux éléments en forme de lames. Les éléments en forme de volets 57 sont espacés circonférentiellement, ils se recouvrent partiellement et s'étendent axialement sur le côté et le long des lames 50 mais en étant quinconces par rapport aux lames,comme indiqué sur la figure 7, afin de recouvrir des bords de lames adjacentes pour empêcher une fuite de gaz au travers d'intervalles qui se forment en cours de fonctionnement entre des lames adjacentes. Le cas échéant, les éléments en forme de volets 57 peuvent recouvrir plusieurs lames. Les éléments en forme de volets 57 peuvent être constitués de tout matériau approprié, comme un matériau à fibres céramiques, et ils doivent être poussés au contact des lames pour obtenir les meilleurs résultats d'étanchéité. Dans ce but, un second ensem- ble d'éléments en forme de-lames 59 à sollicitation automatique peuvent être prévus pour pousser en conti- nu les éléments 57 en forme de volets au contact des lames 50 du premier ensemble. Les lames du second ensemble sont montées sur la paroi 46de la même manière que les lames du premier ensemble. Les extrémités extérieures 61 des lames s'appliquent contre l'enveloppe tournante 16 pour remplir la fonction principale d'étanchéité et elles se déplacent radialement quand le four tourne afin de maintenir un contact étanche avec la surface extérieure de l'enveloppe, indépendamment d'irrégu- larités de la surface extérieure du four. Malheureu- sement, le mouvement radial a tendance à augmenter les dimensions des espaces ou intervalles qui se forment naturellement entre des lames adjacentes. Les intervalles se produisent principalement dans la zone o les lames ont une courbure maximale entre leurs extrémités. C'est dans cette zone que les volets 57 agissent pour empêcher un passage de gaz au travers du joint d'étanchéité. Un autre agencement du joint d'étanchéité conforme à cette invention est représenté à l'extré- mité d'alimentation du four 10 et est illustré sur les figures 4 et 5. Les éléments d'étanchéité 50 du joint sont disposés circonférentiellement et fixés sur la paroi 37 par des supports 52. Les lames s'étendent radialement vers l'extérieur pour entrer en contact étanche avec le plateau extrême 24 de l'enveloppe 16 et elles sont espacées de façon à former un élément continu servant à l'étanchéité de l'ouverture annulaire 38. Dans cet agencement, les lames sont en contact avec la surface plane du plateau extrême 24 au lieu de l'être avec la surface cylindrique de l'enveloppe 16, comme indiqué pour les lames 50 prévues à l'extrémité de décharge du four. Cependant, en cours de fonctionnement, le plateau extrême tournant 24 présente une surface irrégulière aux extrémités 63 des lames 50 en les obligeant à se déplacer légèrement pour maintenir le contact avec la surface du plateau 24 et à assurer une étanchéité continue entre l'atmosphère et l'intérieur de l'enveloppe. Comme mentionné en relation avec les lames 50 à l'extrémité de décharge, ce mouvement a tendance à élargir les intervalles qui se forment entre des lames adjacen- tes, notamment dans la zone de flexion maximale des lames. En consequence, des volets 57 sont montés sur la paroi 37 et sont espacés de façon à recouvrir les bords de lames adjacentes afin d'assurer l'étanchéité d'intervalles qui se produiraient entre des lames adjacentes. Dans certains cas, il peut être plus efficace ou commode de monter les lames et les volets sur le cylindre tournant au lieu de l'élément stationnaire. De tels agencements sont représentés sur les figures 8 et 9. Sur la figure 8, les lames , 59 et les volets 57 sont montés de façon sépara- ble sur un support 65 par des boulons 68. Le support est à son tour fixé sur un anneau 66 soudé sur la surface extérieure de l'enveloppe 16. Sur la figure 8, les lames s'étendent axialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de rotation de l'enveloppe de façon à entrer en contact avec la surface cylindrique d'un élément de forme de collet qui fait saillie du carter extrême d'alimentation. Sur la figure 9, les lames sont représentées comme s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de rotation de l'enveloppe de façon à s'appliquer d'une manière étanche contre la surface plane d'un carter stationnaire. Comme décrit en relation avec les autres réalisations, des intervalles se produisent entre des lames adjacentes 50 en particulier dans la zone de flexion maximale des lames. Ces intervalles ont tendance à s'élargir lorsque l'enveloppe tourne et les bords extérieurs des lames 50 se déplacent sur la surface 70 du carter 71. Les volets 57 sont agencés de façon à chevaucher les bords de lames adjacentes 50 pour recouvrir les intervalles se produisant entre des lames adjacentes et améliorer ainsi l'étanchéité entre l'intérieur de l'enveloppe 16 et l'atmosphère. Un second ensemble de lames 59 sont montées sur le support 65 et sont positionnées entre des volets adjacents 57 de façon à pousser les volets au contact des lames du premier ensemble de la même manière et dans le même but que décrit en relation avec les autres réalisations de cette invention. Les volets 57 sont de préférence formés d'une matière flexible analogue à du tissu et sont suffisamment grands pour recouvrir plusieurs lames, si cela est souhaité. Comme le montre la figure 7, des volets adjacents 57 se recouvrent pour former une surface continue. Bien qu'on ait décrit et représenté deux ensembles de lames en relation avec l'extrémité de décharge du four, il est évident que, dans de nombreuses applications, un ensemble de lames et un ensemble de volets donneraient satisfaction. Dans de telles applications, il serait préférable d'utiliser des volets qui seraient préformés pour épouser la forme qui sera prise par les lames. Il serait également avantageux que les volets possèdent une caractéristique d'auto-activation. En outre, dans une telle application, les volets devraient être placés sur le côté basse-pression des lames de telle sorte que la différence de pression entre l'intérieur de il l'enveloppe et l'atmosphère puisse être utilisée pour contribuer à pousser les volets au contact des lames. Comme le montre la figure 6, les volets sont plus courts que les lames. Cet agencement est prévu du fait que les extrémités extérieures des lames entrent en contact avec l'enveloppe et que les lames établissent l'étanchéité primaire entre l'enveloppe 16 et l'atmosphère. Les volets sont seulement nécessaire pour recouvrir les intervalles existant entre les lames et se formant en cours de fonctionnement principalement dans la zone o les lames ont leur courbure maximale. Lorsque les volets sont disposés entre l'intérieur de l'enveloppe et l'atmosphère, ils produisent également un effet d'isolement entre les gaz chauds se trouvant dans le four et les lames. En conséquence, dans une telle application, il est souhaitable de former des volets d'un matériau thermiquement isolant. L'utilisation d'un tel matériau réduit la déformation des lames et augmente ainsi leur durée de service. - Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité pour des appareil- lages à cylindres tournants comme des fours, comprenant un élément stationnaire et un cylindre tournant disposé télescopiquement dans ledit élément stationnaire, ledit cylindre coopérant avec ledit élément stationnaire pour définir entre eux une ouverture annulaire, le dispositif d'étanchéité entourant et fermant ladite ouverture annulaire, dispositif d'étanchéité caractérisé en ce qu'il comprend: - un ensemble d'éléments en forme de lames (50, 59) comportant des moyens de fixation (51, 53, 54, figure.6; 65, 66, 68, figures 8 et 9) sur l'un de deux organes (14, 16), ces organes étant consti- tués par ledit élément stationnaire'(14) et ledit cylindre tournant (16); les éléments en forme de lames (50, 59) dudit ensemble s'étendant de l'un vers l'autre des deux organes précités ( 14, 16) et étant automatiquement poussés au contact de la surface extérieure de l'autre organe (14, 16), lesdits éléments en forme de lames (50, 59) étant espacés circonférentiellement et se recouvrant partiellement ( figure 5) pour former une surface continue ( figure 4) afin de recouvrir complète- ment l'ouverture annulaire existant entre ledit cylindre tournant (16) et ledit élément stationnai- re (14), et - un ensemble d'éléments en forme de volets flexibles (57, figures 8 et 9) comportant des moyens de fixation (51, 53, 54; 65,-66, 68) sur le même organe (14, 16) que celui o sont fixées les lames (50, 59) dudit ensemble; les volets flexibles (57) dudit ensemble s'étendant en direction de l'autre organe (14, 16) et étant placés dans des positions adjacentes auxdites lames (50, 59), lesdits volets (57) étant espacés circonféren- tiellement pour couvrir les bords en chevauchement de lames adjacentes (50, 59) afin d'améliorer l'effet d'étanchéité entre l'intérieur dudit cylindre tournant (16) et l'atmosphère. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les lames (50, 59) s'étendent dans une direction axiale par rapport audit cylindre tournant (16) et s'appliquent contre la surface cylindrique extérieure dudit élément cylindrique (14). 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdites lames (50, 59) et lesdits volets (57) sont fixés sur ledit élément cylindrique tournant (16). 4. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit cylindre (16) comporte à une extrémité un plateau plan (24) s'étendant radialement et lesdites lames s'étendent radialement vers l'extérieur par rapport audit cylindre (16) et s'appliquent contre la surface exiieure dudit plateau (24). 5. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un second ensemble de lames (59) à auto- activation qui sont montées sur ledit élément stationnaire (14), les lames du second ensemble étant espacées circonférentiellement et recouvrant partiellement et étant montées sur le côté opposé desdits volets de façon à interposer lesdits volets entre lesdits ensembles de lames. 6. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits volets (57) mutuellement adjacents se recouvrent partiellement. 7. Dispositif d'étanchéité selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que lesdits volets recouvrent au moins trois lames. 8. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites lames sont formées d'un acier à ressort mince. 9. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits volets (57) sont constitués d'un matériau à auto-activation et sont agencés de telle sorte que ces volets soient poussés au contact desdites lames. 10. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il existe une différence de pression de part et d'autre dudit dispositif d'étanchéité et lesdits volets sont placés sur le côté haute-pression desdites lames de telle sorte que la pression du gaz se trouvant dans le four pousse lesdits volets au contact desdites lames. 11. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits volets sont formés d'un matériau thermique- ment isolant et sont positionnés sur le côté desdites lames qui est adjacent à l'intérieur dudit cylindre. 12. Dispositif d'étanchéité selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits volets (57) sont plus courts que lesdites lames (50, 59) de façon à permettre aux bords exté- rieurs desdites lames (50, 59) d'entrer directement en contact avec la surface extérieure de l'autre élément (14) pour établir une étanchéité directement entre eux.