Brevet FR2634008A1 — publié le 19900112

Procédé de refroidissement et de chauffage d'un cy- lindre chauffé et cylindres correspondants, notamment pour des machines à papier ou analogues ". L'invention concerne un procédé de chauffage et de refroidissement d'un cylindre pouvant être mis en équilibre thermique de l'intérieur et de l'exté- rieur au moyen d'un dispositif de chauffage ou de re- froidissement intérieur ou extérieur, pour le traite- ment de matériaux en bande. L'invention est caractéri- sée en ce qu'au cylindre est associé un dispositif de commande et de régulation au moyen duquel au cours de la phase de mise en route, on peut commander les dis- positifs de chauffage ou de refroidissement, de telle sorte que les températures sur la surface intérieure et sur la surface extérieure soient maintenues aux mê- mes niveaux. Il existe depuis longtemps des structures de cylindres chauffables qui sont munies de canaux inté- rieurs à travers lesquels on fait circuler un milieu caloporteur fluide. Les surfaces de ces canaux consti- tuent les surfaces intérieures à travers lesquelles de la chaleur est transmise aux cylindres, depuis l'inté- rieur. Dans ce nombreux cas, ces canaux sont formés par des trous profonds à axes parallèles, qui peuvent comporter des liaisons en bout pour parvenir à guider le milieu de refroidissement sur un trajet formant des méandres, qui assure une répartition homogène de la température. Des cylindres, percés en périphérie, peu- vent être fixés avec entre eux une largeur de travail allant jusqu'à 7500 mm et être utilisés sur des machi- nes à papier et des calandres. Cependant, sur de nom- breux cylindres dont la largeur de travail est plus importante, on introduit des cylindres creux périphé- riques comportant autour une entretoise non tournante, sur laquelle la surface intérieure constitue la péri- phérie des cylindres creux et ainsi il n'y a aucun problème de fabrication des perçages profonds compara- bles à la conception d'une surface intérieure. La cha- leur est échangée à partir du milieu caloporteur se trouvant en contact avec la périphérie intérieure se trouvant à l'intérieur des cylindres creux. De tels cylindres peuvent être fabriqués dans des dimensions les plus grandes utilisées en pratique, allant aussi bien jusqu'à 10 m de long et 1 m de diamètre. Des corps de cylindre d'une telle dimension sont coulés. Du fait du procédé de coulée, il se forme une structure déterminée qui apporte avec elle des ré- serves connues sous le rapport des contraintes thermi- ques plus étendues des cylindres creux. Le problème des contraintes thermiques se pose fondamentalement en effet sur tous les cylindres chauffés, particulière- ment marqué cependant sur les cylindres creux chauffés en fonte grise ou en fonte trempée. Les matériaux sont cassants et tendent sous l'effet de contraintes en traction à des ruptures dans la structure, qui peuvent déboucher sur des fissurations plus importantes. Les tubes en fonte trempée sont particulièrement exposés en raison de la répartition de leurs tensions internes dues aux conditions de fabrication. Les fabricants de tels cylindres donnent une vitesse maximale de chauf- fage d'environ 2'C/min, lors du chauffage à partir d'un des côtés, ainsi il ne se produit pas une con- trainte globale qui, en raison de différences de tem- pérature importantes et de contraintes thermiques en résultant, se transformeraient en tensions internes et dépasseraient la résistance de la structure. Des temps de chauffage de l'ordre de ceux donnés ci-dessus, conduisent cependant à ce que, lors du chauffage de tels cylindres pendant deux à trois heures, à des températures de surface de 200 à 300'C, il faut attendre deux à trois heures pour que soit atteinte la température de fonctionnement et que la production puisse commencer. Des cylindres de la tech- nique en question font partie en général d'installa- tions plus importantes, et il s'ensuit ainsi également en raison de ces temps d'arrêt des pertes importantes. En outre, lors du chauffage se posent aussi les problèmes cités, lors des pertes de chaleur ou du refroidissement des cylindres. Un refroidissement ra- pide peut s'avérer nécessaire pour pouvoir procéder à un échange de produit à une température plus basse, et lors d'un changement de cylindre rapproché, faire baisser la température à un niveau qui permette un dé- montage des cylindres. L'invention se propose de raccourcir les temps de chauffage et de refroidissement de la techni- que concernée, sans avoir à redouter des dangers pour la structure des cylindres creux. Ce problème est résolu par l'invention en ce que pendant les phases de chauffage et de refroidisse- ment, les températures du dispositif de chauffage ou de refroidissement agissant sur la surface intérieure et du dispositif de chauffage ou de refroidissement agissant sur la périphérie extérieure du cylindre sont maintenues aux mêmes niveaux. En raison des températures extérieures et intérieures de même valeur, on évite radialement sur les cylindres, l'établissement de gradients thermiques plus élevés. On peut donner en effet un gradient ther- mique depuis les surfaces périphériques des cylindres vers l'intérieur, un tel gradient thermique est alors en raison d'une capacité calorifique relativement plus faible limité simultanément par une conductibilité thermique plus importante des cylindres creux. Il ne se produit aucune différence de température entre l'intérieur et l'extérieur, ce qui donnerait des con- traintes thermiques pouvant avoir du fait des tensions internes des conséquences dommageables. Un transfert de chaleur à travers le corps de cylindre ne peut avoir lieu ici en raison de l'absence de différences de température entre l'extérieur et l'intérieur. Alors que l'invention, peut aussi s'appli- quer fondamentalement à des cylindres de types plus anciens comportant des canaux intérieurs pour l'effi- cacité, le domaine d'utilisation préféré est celui des cylindres à appuis intérieurs hydrostatiques, caracté- risés en ce que le cylindre est un cylindre supporté hydrauliquement de l'intérieur par un cylindre creux tournant et une entretoise non tournante laissant un intervalle concentrique à la périphérie intérieure du cylindre creux et courant sur toute la longueur de ce- lui-ci, sur laquelle le cylindre creux s'appuie au moyen d'un dispositif de soutien hydraulique agissant contre sa périphérie intérieure, auquel se transmet de la chaleur par le liquide hydraulique, parce qu'en ou- tre, les dimensions des cylindres creux et les con- traintes thermiques se produisant de ce fait arbitrai- rement lors de différences de température abandonnées à elles-mêmes sont particulièrement grandes. Pris en soi d'après la demande de brevet pu- bliée DE-OS 34 29 695, on connaît un cylindre supporté intérieurement par voie hydraulique, sur lequel on ap- porte un chauffage depuis l'intérieur au moyen d'un milieu de pression liquide et de l'extérieur par un chauffage par induction, sans qu'il s'agisse de pro- blème de chauffage. En relation avec la régulation de la temp'é- rature selon l'invention, la réalisation du chauffage depuis l'extérieur par voie inductive est tout indi- quée parce que celle-ci est facilement régulable et rapide. Grâce à l'invention, la vitesse de variation de la température sans risque pour le rouleau tubulai- re peut atteindre 5*C/min, ce qui correspond à un rac- courcissement des temps de chauffage et de refroidis- sement allant de une à deux heures. Sur la figure unique, on a représenté sché- matiquement un exemple de réalisation de.l'invention. Cette figure montre une coupe à travers un cylindre selon l'invention. Le cylindre est désigné dans son ensemble par 10, et forme avec un contrecylindre 11 un espace inter-cylindres 1, à travers lequel est guidée une bande 12 par exemple de papier ou d'un produit fibreux à solidifier. Le cylindre 10 entoure une entretoise fixe 2 autour de laquelle tourne un cylindre creux 3 qui laisse à sa périphérie intérieure de tous côtés un intervalle par rapport à l'entretoise 2. Le cylindre creux 3 s'appuie sur l'entretoise 2 par des éléments d'appui 4 qui sont disposés dans des alésages 5 du cy- lindre de l'entretoise 2 et peuvent se déplacer radia- lement contre la périphérie intérieure du cylindre creux 3. Le long du cylindre, on prévoit plusieurs éléments d'appui 4 qui peuvent être réglés individuel- lement ou en groupe. Dans l'exemple de réalisation, l'espace intermédiaire entre l'entretoise 2 et le cy- lindre creux 3 est rempli complètement par du liquide hydraulique, et des éléments d'appui 4 se trouvent sous forme de pièces d'étanchéité qui enferment le li- quide hydraulique dans la zone correspondant à leur section, de sorte que, dans cette zone, il ne s'exerce aucune pression contre la périphérie intérieure du cy- lindre creux 3, et celui-ci est soumis à une force correspondant à la pression dirigée vers le haut dans une zone déterminée du c8té supérieur de l'entretoise 2. Le liquide hydraulique sortant de l'espace intermé- diaire 6 est chauffé. Les températures aux périphéries intérieure et extérieure du cylindre creux 3 sont dé- tectées respectivement par des capteurs 8 et 9, et sont amenées par des conduites 13 et 14 à un disposi- tif de régulation et de commande 20. Ce dernier agit par des conduites 16, 17 sur un dispositif de chauffa- ge par induction 15 dont la boucle conductrice 7, pla- cée de façon étanche à l'extérieur de la périphérie extérieure du cylindre creux 3, chauffe cette derniè- re. Un échangeur de chaleur non représenté pour le li- quide hydraulique se trouvant dans l'espace intermé- diaire 6 agit par les conduites 18, 19 sur l'appareil de régulation et de commande 20. Le dispositif de régulation et de commande 20 est constitué de telle sorte que pendant la phase de chauffage, par laquelle par conséquent le cylindre creux 3 est porté de la température ambiante à une température élevée allant de 200 à 300'C, on obtient à la périphérie intérieure du cylindre creux 3, par conséquent en 8, et à la périphérie extérieure du cy- lindre 3, donc en 9, en permanence la même températu- re. La structure du cylindre représentée sert seule- ment comme exemple. L'invention vaut également pour d'autres conceptions de cylindre, sur lesquelles par exemple les jambes d'appui sont placées au voisinage de l'intervalle inter-cylindres 1 et exercent locale- ment une pression positive contre la périphérie inté- rieure du cylindre creux 3 ou sur lesquelles par des joints d'étanchéité s'étendant le long de l'entretoise 2 sur la partie la plus large du côté de l'espace in- ter-cylindre 1, une chambre allongée est divisée sous forme de deux coquilles hémicylindriques qui peut être remplie de liquide hydraulique qui exerce une pression homogène contre la périphérie intérieure du cylindre creux 3 sur la longueur de la chambre allongée. L'invention n'est pas non plus limitée au fait que le chauffage de la périphérie intérieure du cylindre creux 3 ait lieu principalement à l'aide d'un liquide hydraulique. On peut aussi envisager un autre mode de chauffage, de la manière que celle de la bou- cle conductrice inductive symbolisée seulement par un exemple de réalisation déterminé. L'exemple de réalisation est également avan- tageux dans la mesure o on représente un cylindre chauffé. Les points de vue valent cependant de la même façon pour un cylindre refroidi qui par exemple est soumis de l'intérieur et de l'extérieur à l'action de l'azote liquide. REVENDICATIONS 1') Procédé de chauffage et de refroidisse- ment d'un cylindre pouvant être mis en équilibre ther- mique de l'intérieur et de l'extérieur au moyen d'un dispositif de chauffage ou de refroidissement inté- rieur ou extérieur, pour le traitement de matériaux en bande, caractérisé en ce que pendant les phases de chauffage et de refroidissement, les températures du dispositif de chauffage ou de refroidissement agissant sur la surface intérieure et du dispositif de chauffa- ge ou de refroidissement agissant sur la périphérie extérieure du cylindre sont maintenues aux mêmes ni- veaux. 2') Cylindre pouvant être mis en équilibre thermique, destiné au traitement de matériau en bande, comportant un dispositif de chauffage ou de refroidis- sement pour la mise en équilibre thermique d'une sur- face intérieure du cylindre et un dispositif de chauf- fage ou de refroidissement pour la mise en équilibre thermique de la périphérie extérieure du cylindre, ca- ractérisé en ce qu'au cylindre (10) est associé un dispositif de commande et de régulation au moyen du- quel au cours de la phase de mise en route, on peut commander les dispositifs de chauffage ou de refroi- dissement, de telle sorte que les températures sur la surface intérieure et sur la surface extérieure soient maintenues aux mêmes niveaux. 3') Cylindre pouvant être mis en équilibre thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre est un cylindre (10) supporté hydrau- liquement de l'intérieur par un cylindre creux tour- nant (3) et une entretoise (2) non tournante laissant un intervalle concentrique à la périphérie intérieure du cylindre creux (3) et courant sur toute la longueur de celui-ci, sur laquelle le cylindre creux (3) s'ap- puie au moyen d'un dispositif de soutien (4, 4...) hydraulique agissant contre sa périphérie intérieure, auquel se transmet de la chaleur par le liquide hy- draulique. 4') Cylindre pouvant être mis en équilibre thermique selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage intérieur est un dispositif de chauffage par induction (15).