Brevet FR2685458A1 — publié le 19930625

"Tambour pour le refroidissement de produits en feuille ou plaque". Un très grand nombre de branches de l'industrie utilisent des tambours ou cylindres, dits de refroidissement, pour refroidir rapidement un produit conformé à haute température sous forme de feuilles ou de plaques, d'épaisseurs diverses. Dans un très grand nombre de ces tambours, la régularité de refroidissement sur toute la largeur de la plaque ou de la feuille, ainsi que la rapidité de ce refroidissement, sont essentiels pour obtenir un produit qui, par la suite, soit transformable dans des conditions optimales. De tels tambours sont utilisés en particulier pour la fabrication des films biorientés réalisés en matière thermoplastique. Les polymères utilisés sont généralement fondus dans une extrudeuse, puis formés en plaque, par passage à travers une filière, et reçus sur un tambour assurant leur refroidissement, avant d'être transformés ultérieurement en film, par étirage longitudinal puis transversal. Lorsqu'on est en présence de matières cristallines, la taille des cristaux et l'aptitude plus ou moins grande de ces matières à être orientées, dépendent essentiellement de la rapidité du refroidissement. I1 est donc essentiel, pour l'obtention de produits de ce type, que les tambours de refroidissement utilisés allient, à la fois, d'une part, une très grande régularité de température sur toute la face utile du tambour ou table, de façon que la feuille soit homogène sur toute sa largeur, et, d'autre part, une très grande rapidité de refroidissement, de façon que la structure cristalline soit fine et donc conforme aux exigences de transformation ultérieure. I1 est donc courant d'utiliser, sur de telle machine, des tambours de refroidissement de conception diverse, mais poursuivant tous, à des degrés divers, l'objectif énoncé ci-dessus. Les tambours les plus anciens sont constitués par une virole simple qui, réalisée dans un métal ayant un excellent coefficient de conductibilité thermique, est simplement maintenue à température basse par aspersion interne, au moyen de jets d'eau ou d'un brouillard composé d'un mélange d'eau et d'air. De tels tambours présentent une très bonne régularité thermique dans le sens transversal, mais leur capacité de refroidissement rapide est limitée par la conductibilité thermique du métal, ainsi que par le coefficient d'échange entre les jets d'eau ou le brouillard et la face interne de la virole. Ils sont donc utilisés exclusivement pour des films très minces, conduisant à un faible apport de calories sur le tambour. Dans une version également classique, pour palier aux inconvénients du faible coefficient de transfert entre la face interne du tambour et le fluide de refroidissement, il est prévu la circulation directe d'un liquide, généralement de l'eau, maintenu à température constante au contact de la face intérieure de la virole du tambour. Dans la plus simple de ces versions, l'eau circule simplement dans une double enveloppe. Ce système est peu utilisé car la vitesse de circulation de l'eau, et donc le coefficient d'échange, sont faibles, et qu'il est en outre difficile, voire impossible, d'assurer une vitesse constante en tous points de la face interne de la virole. Un système plus perfectionné consiste à assurer la circulation du fluide au contact de la virole par des canaux hélicoïdaux (2a, 2b, 2c), comme montré schématiquement figure 1, ont l'avantage de forcer le liquide à circuler contre la face interne de la virole avec une vitesse contrôlée. Selon le type d'exécution, et selon la précision demandée, l'eau circule dans les canaux hélicoïdaux, soit dans le même sens, par exemple de la droite vers la gauche, soit en flux dit croisé alternativement, et comme montré figure 1, de la droite vers la gauche dans un canal (2b) et de la gauche vers la droite dans les canaux juxtaposés (2a-2c). Ces systèmes présentent l'inconvénient qu'il n'est pas possible, pour des raisons de coût et de construction, de multiplier le nombre de canaux hélicoïdaux. Un nombre limité ce canaux, généralement 4 ou 6, assure donc la circulation du fluide. Ils ont un pas faible de façon à couvrir la totalité de la surface. L'eau contenue dans chaque canal, comprenant plusieurs spires, passe donc plusieurs fois dans des zones du tambour en contact avec le polymère chaud et peut donc se réchauffer chaque fois. Cela perturbe la répartition de la température dans la partie du canal qui est postérieure aux réchauffements. De façon à éliminer cet inconvénient, les canaux hélicoïdaux sont, dans d'autres formes d'exécution, remplacés par des canaux longitudinaux (3), parallèles à l'axe du tambour, comme montré sur la figure 2 annexée. L'eau circule dans chacun de ces canaux en effectuant soit un aller simple, soit, dans certains cas, un aller retour. Dans les tambours à canaux hélicoïdaux ou longitudinaux, l'alimentation en eau de ceux-ci est assurée à partir de compartiments extrêmes, qui, eux mêmes raccordés à un conduit axial d'alimentation primaire ou de retour, sont munis de moyens de division du flux primaire en autant de flux secondaires qu'il y a de canaux. Pour que ces tambours fonctionnent correctement, il est indispensable d'une part, que les flux secondaires aient des débits rigoureusement égaux, afin que soient uniformes sur toute la face interne du tambour, les vitesses de circulation de l'eau, et, d'autre part, que les canaux soient toujours dans un bon état de propreté, de façon que la section transversale de passage d'eau ne soit pas réduite progressivement, par exemple par des dépôts calcaires provenant de cette eau. Ce dernier point est particulièrement important, car, malgré toutes les précautions prises au niveau de l'eau de refroidissement, il s'avère que, après un certain nombre de mois, un dépôt se constitue inévitablement à l'intérieur des canaux. Ce dépôt réduit le coefficient d'échange et introduit, entre les différents canaux, des disparités qui croissent d'autant plus que les procédés de nettoyage par voie chimique n'assurent pas un nettoyage complet et uniforme, et tendent, au contraire, à accroître ces disparités. C'est pour cette raison qu'ont été imaginés des tambours dans lesquels, pour le nettoyage, il est possible d'accéder aux canaux internes de distribution. Dans une forme d'exécution connue, c'est la totalité de la virole extérieure qui est amovible pour permettre un accès complet aux canaux internes de distribution. Cette technique présente l'inconvénient, qu'après remontage, et en raison des jeux fonctionnels, la cylindricité du tambour est perdue, puisqu'il est impossible de remonter sa virole en la disposant rigoureusement dans la position qu'elle occupait antérieurement. Dans une autre forme d'exécution, concernant les tambours à canaux longitudinaux, les deux flasques extrêmes du tambour comportent, comme montré à la figure 3, des portes de visite qui, en forme de couronne (4), sont liées au corps du tambour par des moyens démontables. Cela permet d'accéder aux deux zones extrêmes (5) d'alimentation des canaux (3) pour les nettoyer mécaniquement. Si le démontage de ces portes permet de ne pas affecter la concentricité d'origine du cylindre, il présente l'inconvénient de ne permettre l'accès qu'aux zones d'alimentation (5) mais non aux compartiments (6) d'amenée et de retour de l'eau, qui doivent également être nettoyées et, ce qui est encore plus grave, aux dispositifs de répartition d'eau (7), égalisant les flux entre les différents canaux. Ces dispositifs, qui sont généralement constitués par des orifices diaphragmés, sont sensibles à l'encrassement, puisque la présence d'un corps étranger au niveau du diaphragme détruit complètement la régularité de température du tambour. Or, ce diaphragme n'est généralement pas accessible par la seule ouverture procurée par le retrait des portes de visite (4). Un autre inconvénient de ce dispositif d'accès est consécutif aux impératifs de construction de ce type de tambour conduisant à une différence importante entre la table utile, c'est à dire celle sur laquelle l'écart de température est réduit et où par conséquent le film (8) peut être refroidi, et la largeur totale du tambour, puisque celle-ci comprend la largeur du film et, de chaque côté, celle d'un espace de régulation du flux, celle du système d'introduction d'eau dans le canal avec diaphragme, précédée généralement par une partie conique pour accélérer la circulation de l'eau avant de pénétrer dans les canaux, et, enfin, le flasque avec sa porte de visite. De ce fait, il est fréquent que la largeur du tambour soit supérieure de 100 à 200 millimètres à sa largeur utile. Enfin, et dans les applications où le tambour est lui-même immergé dans un bain d'eau, la présence sur ses flasques de portes visites en forme de couronne et d'autres trappes d'accès génère des vagues et des perturbations dans le liquide du bain, chaque fois qu'une trappe entre ou sort de ce liquide. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un tambour de refroidissement à canaux longitudinaux, accessible à ses deux extrémités, présentant une faible surlargeur de part et d'autre de sa surface utile au refroidissement du film et permettant d'accéder aisément aux éléments vitaux du circuit de refroidissement, sans perte de concentricité de ce tambour. Ce tambour est du type comportant, entre une virole intérieure liée à l'arbre du tambour et une virole extérieure liée à celle interne, des canaux longitudinaux de section constante dont les extrémités, d'une part, sont obturées par des joues latérales amovibles en forme de couronne, fixées avec étanchéité sur les flasques du tambour, et, d'autre part, sont reliées aux deux compartiments internes et extrêmes du tambour. Selon l'invention, chacune des joues du tambour, d'une part, s'étend radialement sur la presque totalité de ce tambour, entre un collet d'appui de petit diamètre et la virole externe, contre laquelle elle est plaquée pour obturer avec étanchéité une ouverture annulaire s'étendant du collet d'appui jusqu'à, sensiblement, la virole interne, et d'autre part, comporte sur sa face interne des canaux radiaux espacés angulairement et en même nombre que les canaux longitudinaux du tambour, chacun de ces canaux radiaux faisant communiquer l'extrémité de chacun des canaux longitudinaux du tambour avec le compartiment extrême correspondant, en constituant diviseur du flux primaire et ajutage de régulation du débit secondaire du fluide de refroidissement. Grâce à cet agencement, la division du flux primaire en nombreux flux secondaires, et le renvoi de ces flux secondaires en direction du compartiment extrême raccordé au circuit d'alimentation primaire, s'effectue exclusivement par les canaux radiaux des joues, ce qui permet de modifier aisément le débit, et en conséquence les vitesses de circulation, dans chaque canal longitudinal, par simple échange des joues latérales. En outre, lors des opérations de nettoyage, le retrait de chacune des joues latérales dégage totalement la grande ouverture annulaire et donne libre accès, non seulement aux canaux longitudinaux qui peuvent être nettoyés intégralement, mais également aux canaux radiaux d'alimentation et de mise en vitesse du fluide. De la sorte et grâce à leur disposition sur la face interne de la joue, ces canaux radiaux sont très accessibles et peuvent être parfaitement nettoyés, ce qui permet de garantir la constance de leur section de passage, et celle des vitesses de circulation attendues, et de parvenir à la constance de fonctionnement recherchée. Enfin, les joues sont exemptes de toutes portes de visite et ne génèrent aucun remous lorsque le tambour est partiellement immergé dans un bain d'eau. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce tambour. Figures 1 et 2 sont des vues schématiques en perspective de deux tambours de refroidissement de l'état de la technique et, respectivement, à canaux hélicoïdaux et à canaux longitudinaux, Figure 3 est une vue partielle en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, les moyens de l'état de la technique assurant la distribution du flux de refroidissement primaire aux canaux longitudinaux, Figure 4 est une vue partielle de côté, en coupe longitudinale, d'une forme d'exécution du tambour selon l'invention, Figure 5 est une vue partielle de face suivant V-V de figure 4 montrant, plus en détails, les canaux radiaux ménagés dans la joue latérale du tambour. De façon connue, ce tambour est composé d'un arbre tubulaire creux 12, monté libre en rotation dans des paliers et parcouru par le flux aller 13 du liquide de refroidissement, par des flasques 15 reliant cet arbre à une virole intérieure 16, et par une virole extérieure 17, liée à la virole intérieure par soudure, rétreint ou tout autre mode de liaison connue. Les viroles 16 et 17 délimitent une chambre annulaire 18 dans laquelle des parois longitudinales, non représentées et parallèles à l'axe du tambour, délimitent des canaux longitudinaux qui, du type représenté en 3 à la figure 2, ont une section constante, carrée ou rectangulaire, sur toute la longueur du tambour. Selon les formes d'exécution, le flux secondaire du liquide de refroidissement parcourt les canaux dans le même sens, ou avec des sens différents entre les canaux contigus. Le flux primaire de refroidissement communique, comme le montre la flèche 19, avec un compartiment interne extrême 20, délimité entre le flasque 15 et un collet 21 associé à une joue latérale 22, rapportée à l'extrémité du tambour. Selon l'invention, cette joue 22 s'étend radialement sur la presque totalité du tambour entre le collet 21 qui, liée à l'arbre tubulaire 12, présente un très petit diamètre, et le bord de la virole extérieure 17. Cette joue, en forme de couronne, obture une ouverture annulaire 23, de grande dimension radiale et ménagée entre le collet 21 de petit diamètre et une bague 24 rapportée, par exemple par soudure, sur la face interne de l'extrémité de la virole intérieure 16. La joue 22 est foxée par tous moyens connus tels que vis, boulons ou tirants 25 sur les autres éléments du tambour. Elle est futée avec étanchéité, grâce à deux joints toriques 26 et 27 venant en appui contre le collet 21 et contre l'extrémité de la virole extérieure 17. Chacune des joues 22, disposées aux extrémités du tambour, comporte, débouchant de sa face intérieure, et comme le montre plus en détails la figure 5, des canaux radiaux 28 espacés angulairement et en même nombre que les canaux longitudinaux de la chambre 18 avec lesquels ils correspondent. Chacun de ces canaux radiaux 28 s'étend radialement depuis la face interne de la virole externe 17, jusqu'au-dessous du diamètre interne d de la bague 24, avec le bord extérieur duquel il forme ajutage de contrôle du flux secondaire. Au moins les canaux d'alimentation 28a, c'est à dire amenant le liquide de refroidissement du compartiment 20 aux canaux longitudinaux, ont une section transversale qui va en décroissant en allant vers leur extrémité extérieur, opposée à l'axe longitudinal du tambour, c'est à dire en direction de la chambre 18. Cette décroissance peut résulter d'une réduction de leur profondeur ou d'une réduction de leur largeur, selon les moyens de fabrication utilisés. Grâce à cet agencement, le fluide primaire, et notamment l'eau parvenant au compartiment extrême 20, est dirigé par les canaux 28a en direction des canaux longitudinaux assurant le refroidissement, tout en subissant, lors de son passage dans ces canaux radiaux 28, une accélération de sa vitesse en rapport avec les besoins du refroidissement. I1 est évident, qu'à l'autre extrémité du canal longitudinal, les canaux 28 ménagés dans l'autre joue latérale 22, ramènent les divers flux du refroidissement secondaire dans le compartiment extrême correspondant. I1 faut ici préciser que, selon les besoins de ce refroidissement, et selon les sens de circulation du flux secondaire dans les canaux longitudinaux, les canaux radiaux 28 peuvent présenter des sections transversales différentes et, par exemple, présenter des sections plus grandes pour ceux affectés au retour du fluide. Ce mode de division du flux primaire de refroidissement présente l'avantage de ne pas ajouter à l'encombrement du tambour, mais aussi, de permettre de modifier aisément les conditions de circulation des flux secondaires en remplaçant la joue 22 par une autre joue comportant des canaux radiaux 28 appropriés. Un autre avantage de cette construction est qu'elle permet, par simple démontage des joues 22, d'accéder très aisément par l'ouverture annulaire 23 au circuit d'alimentation primaire, mais aussi à chacun des canaux longitudinaux, et qui facilite leur nettoyage. A cela, il faut ajouter que l'extraction de chaque joue 22 permet d'accéder immédiatement aux canaux radiaux 28 qui peuvent ainsi être nettoyés complètement par des moyens mécaniques et non chimiques. I1 ressort de ce qui précède que le dispositif selon l'invention améliore, non seulement les conditions de fonctionnement du tambour, tout en réduisant sa largeur par rapport à celle de sa surface utile, mais facilite également le nettoyage, en garantissant ainsi la régularité de son fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Tambour pour le refroidissement de produits en feuille ou plaque comportant, entre une virole intérieure (16) liée à l'arbre (12) du tambour et une virole extérieure (17) liée à celle interne, des canaux longitudinaux (21) de section constante dont les extrémités, d'une part, sont obturées par deux joues amovibles fixées avec étanchéité sur des flasques, et, d'autre part, sont reliées aux deux compartiments internes et extrêmes (20) du tambour communiquant eux-mêmes avec le circuit d'alimentation primaire en fluide de refroidissement, caractérisé en ce que chacune des joues (22) du tambour, d'une part, s'étend radialement sur la presque totalité de ce tambour, entre un collet d'appui (21), de petit diamètre, et la virole externe (17), contre laquelle elle est plaquée pour obturer avec étanchéité une ouverture annulaire (23) s'étendant du collet d'appui (21) jusqu'à sensiblement la virole interne (16), et, d'autre part, comporte, sur sa face interne, des canaux radiaux (28), espacés angulairement et en même nombre que les canaux longitudinaux du tambour, chacun de ces canaux radiaux (28) faisant communiquer l'extrémité de chacun des canaux longitudinaux du tambour avec le compartiment extrême (20) correspondant, en constituant diviseur du flux primaire et ajutage de régulation du débit secondaire du fluide de refroidissement. 2. Tambour selon la revendication 1, caractérisé en ce que la virole intérieure (16) est solidaire, à chacune de ses extrémités, d'une bague intérieure (24) dont le bord de l'alésage interne (d), venant au contact de la joue latérale (22) correspondante, participe à la formation des ajutages avec les canaux radiaux (28), ménagés dans la joue et s'étendant en direction de l'axe longitudinal du tambour au-dessous de l'alésage précité. 3. Tambour selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les canaux radiaux (28) ont des sections transversales de valeur différente, en rapport avec les besoins du circuit de distribution et de retour du fluide de refroidissement. 4. Tambour selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au moins les canaux radiaux (28) d'alimentation ont, chacun, une section transversale qui va en décroissant en allant vers leur extrémité extérieure, opposée à l'axe longitudinal du tambour.