Brevet FR2674174A1 — publié le 19920925

CYLINDRE PERFECTIONNE POUR MELANGEUR DE CAOUTCHOUCS La plupart des matières premières de l'industrie du caoutchouc sont des solides qui présentent des caractéristiques physiques très hétéroclites (balles de latex, plaques d'isoprène, pastilles d'additifs, noir de carbone pulvérulent) et leurs masses unitaires, par exemple, varient d'environ une centaine de kilos à quelques microgrammes Avant de pouvoir conformer ces produits avec précision, il faut les mélanger intimement et les rendre plastiques Ces opérations se font dans des mélangeurs de deux types: d'abord des mélangeurs internes qui sont fermés et o deux rotors ayant des formes complémentaires malaxent les caoutchoucs et leurs charges (comme le noir de carbone); puis des mélangeurs à cylindres constitués de cylindres à axes parallèles mis en rotation entre lesquels on fait passer les mélanges de produits plusieurs fois de suite pour les homogénéiser et modifier leurs propriétés physiques (rhéologie, élasticité, etc). En sortie de mélangeur interne, les mélanges doivent être refroidis rapidement De plus, pendant leur travail d'homogénéisation, leur température doit pouvoir être régulée. La présente invention a pour objet un cylindre perfectionné pour mélangeurs de caoutchoucs, permettant d'améliorer considérablement les échanges thermiques avec les mélanges. Les cylindres des mélangeurs actuels sont des pièces massives qui peuvent peser 7 tonnes: leur longueur, avec les deux tourillons, dépasse 2 mètres, et leur diamètre est de l'ordre de 700 mm. 2 - Ils sont traversés par de nombreux canaux longitudinaux - parallèles à l'axe forés de bout en bout et raccordés de façon plus ou moins complexe à leurs extrémités (voir par exemple le brevet DE 23 15 669) pour permettre une circulation du liquide de régulation de température à partir de l'un des tourillons. Conformément à l'invention, un cylindre perfectionné pour mélangeur de caoutchoucs est caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins trois parties, un cylindre creux et deux flasque-tourillons, en ce que les canaux longitudinaux forés de bout en bout dans l'épaisseur du cylindre creux sont prolongés par des forages dans les deux flasques, et en ce que chaque canal est garni d'une tige pleine dont chaque extrémité est fixée dans un des flasques. La fixation des tiges se fait de préférence au moyen de deux écrous vissés à chaque extrémité après avoir chauffé la tige à une température supérieure à la température maximale atteinte au cours du fonctionnement du mélangeur. Le rôle des tiges montées à chaud dans les canaux longitudinaux est double: d'une part, elles transforment une section de canal circulaire en section annulaire ce qui est très favorable aux échanges thermiques puisque cela accroît la vitesse de circulation à même débit et favorise le changement de régime d'écoulement -, et d'autre part, grâce à leur retrait thermique, elles jouent le rôle de tirants entre les deux flasques et sur toute la périphérie du cylindre creux, ce qui entraîne une précontrainte de compression axiale du cylindre creux et augmente considérablement la solidité de ce dernier. Un autre avantage de l'invention est qu'elle permet de réaliser les deux flasque-tourillons en acier forgé d'excellente tenue mécanique, tout en conservant la fonte 3 - coulée en coquille pour le cylindre proprement dit qui travaille surtout en compression radiale. Enfin, un autre avantage de l'invention est le gain de poids considérable qu'elle apporte: le cylindre creux objet de l'invention a un poids de l'ordre de 12 tonnes alors qu'un cylindre plein de géométrie équivalente aurait un poids supérieur à 17 tonnes; ce gain de poids amène évidemment une économie sur les matériaux et une diminution de l'inertie thermique. De manière connue en soi, la circulation du liquide de régulation de température dans les canaux se fait en répartissant les flux, mais le fait d'avoir un cylindre en plusieurs parties dont une partie médiane creuse permet de tracer des raccordements beaucoup plus hydrodynamiques que lorsqu'il faut percer une pièce massive, et de pouvoir le faire beaucoup plus facilement. Le circuit de régulation de température du cylindre est un des éléments constitutifs de l'invention, caractérisé en ce qu'il se compose de deux circuits croisés permettant un flux alterné dans les canaux longitudinaux adjacents, en ce que le fluide de régulation de température après avoir régulé la zone superficielle du cylindre creux en passant dans les canaux longitudinaux annulaires circule le long de la paroi intérieure dudit cylindre creux et assure ainsi son homogénéisation thermique avant d'être évacué dans l'axe du cylindre. Plus précisément, chaque circuit de régulation de température comprend une entrée à une extrémité du cylindre, un circuit de répartition rejoignant les canaux longitudinaux du cylindre creux, un circuit d'évacuation des canaux, un circuit interne, un regroupement central et une évacuation commune aux deux circuits de régulation de température 4- passant par l'axe du cylindre. C'est un autre aspect de l'invention que d'utiliser un moteur hydraulique pour entraîner le cylindre caractérisé en ce qu'il comporte un arbre creux permettant à une des deux entrée-sorties du circuit de régulation de température de le traverser Ce circuit est ainsi complètement croisé. Le domaine d'application de l'invention concerne principalement les mélangeurs pour caoutchoucs mais peut aussi s'appliquer à tout autre produit notamment les mélangeurs pour pâte à papier. On va maintenant décrire un mode de réalisation du cylindre perfectionné, objet de l'invention, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une demi-coupe longitudinale passant par l'axe du cylindre; La figure 2 est une coupe transversale suivant le plan A-A, tel que représenté sur la figure 1; La figure 3 représente deux demi- coupes transversales suivant les plans B-B, C-C, tels que représentés sur la figure 1; Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe longitudinales des parties I et II de la figure 1, agrandies pour mieux montrer certains détails; La figure 6 est une demi-coupe longitudinale du moteur d'entraînement avec un flasque-tourillon. Le cylindre selon l'invention est constitué par un cylindre creux 1 et deux flasque-tourillons 2 et 3. - Le cylindre creux est percé de 40 canaux longitudinaux 4 (figures 1 et 2) qui se prolongent dans chaque flasque-tourillon en 5 et 6 (fig 4 et 5) Les vis 7 servent à maintenir en place les flasques et le cylindre pour l'usinage et l'assemblage du dispositif Chaque canal est garni d'une tige pleine 8 dont les deux extrémités sont fixées dans un des flasques 2 et 3. La fixation des tiges se fait au moyen de deux écrous 9 vissés à chaque extrémité après avoir chauffé les tiges à une température supérieure à la température maximale d'utilisation (figures 4 et 5). Le circuit de régulation de température comporte deux entrées et 11 coaxiales avec les deux conduits d'évacuation 12 et 13 Chaque entrée alimente un circuit de régulation de température constitué comme suit: à l'issue des deux entrées, la répartition du fluide est assurée par 10 trous 14 qui débouchent dans une gorge circulaire 15 (figures 4 et 5) qui, elle-même, alimente 20 canaux longitudinaux 4 (figure 2) A la sortie des canaux, l'évacuation est assurée par 20 trous 16, qui débouchent dans une gorge circulaire 17 Cette gorge 17 est elle-même reliée au circuit interne qui se compose de 10 cannelures 18 et d'un passage annulaire 19 (figure 3) Ce passage annulaire 19 régule thermiquement la paroi interne du cylindre creux Enfin, les deux passages annulaires donnent dans un regroupement 20 au centre du cylindre creux suivi des évacuations dans l'axe du cylindre 12 et 13. La conception de ce double circuit de régulation de température, couplée à la forte diminution d'inertie thermique du cylindre liée à sa partie creuse permet d'améliorer remarquablement les caractéristiques thermiques d'échauffement et de régulation de température. 6 - A titre d'exemple, il suffit de 1,5 mn au lieu de 15 précédemment pour être refroidi de 40 à 240 C, le fluide de refroidissement étant à 20 'C, etde 50 S au lieu de 240 pour passer de 30 à 500 C, le fluide étant à 600 C. D'autre part, le flux croisé du fluide de régulation de température assure une beaucoup plus grande homogénéité thermique du cylindre creux. Enfin, la conception de ce cylindre perfectionné en trois parties reliées par des tirants élastiques autorise des cinétiques d'évolution de température supérieures à 200 C par minute alors que précédemment, une conception massive interdisait, sous peine de fatigue thermique, des cinétiques supérieures à 1 'C par minute. La figure 6 présente une demi-coupe d'un flasque-tourillon avec le moteur hydraulique d'entraînement 21 du cylindre La conception à arbre creux de ce moteur permet au circuit de régulation de température de le traverser. Dans le cas de ce mode de réalisation de l'invention, le fluide de régulation de température choisi est l'eau Le circuit de régulation précédemment décrit autorise des débits courants de l'ordre de 30 m 3/heure dans chaque circuit, des débits supérieurs sont aussi possibles. 7 - REVENDICATIONS 1 Cylindre perfectionné en particulier pour mélangeur de caoutchoucs caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins trois parties, un cylindre creux et deux flasque-tourillons, en ce que les canaux longitudinaux forés de bout en bout dans l'épaisseur du cylindre creux sont prolongés par des forages dans les deux flasques, et en ce que chaque canal est garni d'une tige pleine dont chaque extrémité est fixée dans un des flasques. 2 Cylindre selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fixation des tiges se fait au moyen de deux écrous vissés à chaque extrémité après avoir chauffé la tige à une température supérieure à la température maximale atteinte au cours du fonctionnement du mélangeur. 3 Circuit de régulation de température du cylindre selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il se compose de deux circuits croisés permettant un flux alterné dans les canaux longitudinaux adjacents, en ce que le fluide de régulation de température après avoir régulé la zone superficielle du cylindre creux en passant dans les canaux longitudinaux annulaires circule le long de la paroi intérieure dudit cylindre creux et assure ainsi son homogénéisation thermique avant d'être évacué dans l'axe du cylindre. 4 Circuit de régulation de température du cylindre selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce qu'il comprend une entrée à une extrémité du cylindre, un circuit de répartition rejoignant les canaux longitudinaux du cylindre creux, un circuit d'évacuation des canaux, un circuit interne, un regroupement central et une évacuation commune aux deux circuits de régulation de température passant par l'axe du -8- cylindre. Cylindre perfectionné pour mélangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est entraîné par un moteur hydraulique à arbre creux permettant à une des deux entrée-sorties du circuit de régulation de température de le traverser. 6 Cylindre perfectionné pour mélangeur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est applicable au mélange de pâte à papier.