Brevet FR2714403A1 — publié le 19950630

L'invention qui se situe dans le domaine technique des machines à papier et plus précisément des caisses de tête destinées à distribuer la suspension fibreuse sur la table de formation, se rapporte à un dispositif et un procédé d'introduction et de réglage fin du débit de cette suspension fibreuse dans la caisse de tête, afin d'assurer et de réguler sur toute la largeur de la caisse une vitesse de jet optima pour obtenir une bonne régularité de l'orientation fibreuse du papier obtenu. On sait que la caisse de tête d'une machine à papier transforme l'écoulement de la suspension fibreuse formant la feuille de papier, d'une veine cylindrique en une lame correspondant à la largeur de formation de la feuille. Cette caisse de tête se présente comme une capacité de forme variable dont la face antérieure est ouverte d'une fente munie de lèvres entre lesquelles la suspension fibreuse est projetée sur une table de fabrication ou entre les deux toiles d'un formeur. La fonction de la caisse de tête est d'assurer un débit constant et régulier de la suspension fibreuse sur toute la largeur de la machine qui peut atteindre 10 mètres dans le cas d'une installation moderne. La lame de suspension fibreuse, contenant également des charges minérales, est chassée sous une pression comprise entre 0,03 et 2 bars entre les lèvres, en fonction de la vitesse de la machine. La régularité de la vitesse de sortie de la lame de suspension fibreuse, son épaisseur ainsi que sa concentration conditionnent la régularité du poids par unité de surface du produit fabriqué. Par ailleurs, la régularité de la vitesse de sortie de la lame de suspension fibreuse, appelée ci-après la vitesse de jet, conditionne la régularité de l'orientation des fibres dans le matériau fabriqué en continu sur la machine. Dans les machines classiques, l'écoulement se fait entre deux lèvres métalliques dont l'une est fixe et l'autre est mobile dans son ensemble afin qu'elle règle l'épaisseur du jet. En outre, la lèvre supérieure est déformable sur sa longueur sous l'action de tiges vérins à commande manuelle'à vis ou d'actionneurs électriques pilotés par un ordinateur afin de corriger localement l'épaisseur du jet en fonction des variations de poids par unité de surface du produit obtenu en fin de machine. La régularité de la vitesse du jet est obtenue en assurant pour une vitesse donnée de la machine, une pression constante dans la caisse de tête. - Dans les dernières machines modernes installées récemment, la régularité du grammage (régularité du poids par unité de surface du produit fabriqué) n'est plus assurée par la correction de l'épaisseur du jet, mais par la correction de la concentration de la suspens ion fibreuse dans la caisse de tête juste avant sa projection sur la table de fabrication. Cette correction de concentration est elle même assurée par l'injection d'eau de dilution contrôlée par des micro-vannes pilotées par l'ordinateur de gestion et de suivi de la qualité du produit en fin de machine. Une caisse de tête moderne peut comporter plusieurs dizaines, voire jusqu'à plusieurs centaines de micro-vannes. - Par contre, la régularité de l'orientation fibreuse dépend essentiellement de la régularité de la pression régnant dans la chambre finale juste avant les lèvres entre lesquelles la suspension fibreuse est projetée sur la table de fabrication. - Pour obtenir cette régularité de pression dans la chambre finale située juste avant les lèvres de sortie, les caisses de tête sont construites avec un soin très poussé tant du point de vue théorique que du point de vue technologique Pour cela on dispose d'un répartiteur transversal à section décroissante avec alimentation d'un côté et recirculation réglable sur le côté opposé afin d'obtenir des vitesses d'écoulement et des pressions les plus constantes possibles sur toute la largeur de la caisse. On utilise aussi un ou deux blocs multitubulaires avec des buses à diamètre croissant destinées à assurer une turbulence régulière et une perte de charge constante sur toute la largeur de la caisse. En outre les éléments constituant la caisse sont réalisés en fini poli miroir et poli électrolytique. - Malgré toutes les avancées technologiques développées et utilisées pour la construction des caisses de tête des machines à papier ou à carton, il s' avère que la régularité de la vitesse de jet (pour une vitesse de référence constante donnée) varie dans une plage de plus ou moins 0,5 à 1 % de cette vitesse de référence. Or, une variation de plus ou moins 0,5 % de la vitesse de jet a une très grande importance sur l'orientation des fibres constituant le produit fabriqué. Aussi, pour pouvoir maîtriser la régularité de l'orientation fibreuse sur toute la largeur de la machine, il est très souhaitable de pouvoir maltriser la régularité de la pression régnant dans la dernière chambre juste avant les lèvres de la caisse. Un objet principal de la présente invention consiste donc en un dispositif d'introduction et de réglage fin du débit d'une suspension fibreuse distribuée par une caisse de tête sur une table de formation d'une machine à papier, comportant un répartiteur transversal de la suspension fibreuse, un bloc traversé de plusieurs rangées de tubes aboutissant dans une chambre finale convergente terminée par des lèvres de distribution, un dispositif d'injection d'eau de dilution, ainsi qu'un dispositif selon lequel un répartiteur secondaire, alimenté en suspension fibreuse de même composition que celle du répartiteur principal de la caisse de tête, mais à une pression supérieure, alimente des points d'injection répartis sur toute la largeur de la caisse, qui débouchent dans des tubes de la rangée centrale du bloc multitubulaire, en direction de la chambre finale. Selon des caractéristiques particulières de l'invention, les points d'injection sont alimentés par des conduits provenant du répartiteur secondaire, lesdits conduits portant des vannes spéciales de réglage de la suspension fibreuse additionnelle, et les points d'injection desdits conduits sont orientés en sens opposé des points d'injection des conduits d'eau de dilution provenant d'un collecteur, lesdits points d'injection étant séparés par des tampons assurant l'étanchéité à l'intérieur des tubes. Un capteur de mesure de la vitesse du jet de suspension fibreuse est prévu en sortie des lèvres de distribution de la caisse, de même qu'un capteur de mesure du grammage du produit fini est installé en fin de machine et se déplace sur toute la largeur de la feuille fabriquée en continu. De plus, une jauge de mesure de l'orientation des fibres est montée sur le support du capteur de mesure du grammage. Selon une caractéristique particulière de l'invention, lesdits capteurs sont reliés à un calculateur lui-même raccordé aux vannes spéciales de réglage de la suspension fibreuse additionnelle. L'invention a également pour objet un procédé d'introduction et de réglage fin du débit d'une suspension fibreuse sur une table de formation d'une machine à papier à l'aide du dispositif, procédé qui consiste - à mesurer en continu à l'aide du capteur de mesure la vitesse de jet de la suspension fibreuse en sortie des lèvres de distribution de la caisse - à mesurer en continu à l'aide de la jauge, l'orientation des fibres - à comparer en permanence les signaux représentatifs de ces mesures à un signal de référence - en fonction du signal de comparaison obtenu, à piloter l'ouverture des vannes de réglage de suspension fibreuse pour assurer une injection complémentaire de suspension fibreuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre dans laquelle il est fait référence à une figure unique qui représente une vue schématique en élévation de la caisse de tête selon l'invention. La caisse de tête 1 représentée sur la figure comporte du côté de l'alimentation en suspension fibreuse, un répartiteur transversal 2 à section décroissante alimenté à une de ses extrémités. Une recirculation des produits à l'autre extrémité permet d'obtenir une pression de la suspension fibreuse aussi constante que possible sur toute la largeur de la caisse. Le long de ce répartiteur 2, la caisse est équipée intérieurement d'un bloc multitubulaire 3 traversé de plusieurs rangées de tubes 4 grâce auxquels la suspension fibreuse peut passer du répartiteur vers une chambre finale convergente 5. On remarquera que les tubes 4, du côté du répartiteur ont une section plus réduite que du côté de la chambre finale. La partie rétrécie des tubes introduit une perte de charge et donne de la vitesse à la suspension fibreuse, évitant ainsi que la pâte ne flocule. La partie plus large des tubes assure une turbulence régulière de ladite suspension dans le sens transversal de la caisse 1. Dans certains cas le bloc multitubulaire 3 est un bloc de forte épaisseur dans lequel des orifices sont forés, de forme cylindro-coniques du côté de la chambre finale. Ou encore le faisceau tubulaire est obtenu en déformant l'extrémité d'un tube de grand diamètre de manière à obtenir une section carrée, rectangulaire ou hexagonale. Ainsi les tubes qui débouchent dans la chambre finale peuvent-ils avoir une disposition symétrique, ou en quinconce ou encore en nid d'abeille. La chambre finale convergente 5 dans laquelle arrive la suspension fibreuse est délimitée par une paroi fixe inférieure 6 et une paroi supérieure 7 qui est mobile et peut pivoter autour de l'axe 8. La paroi fixe 6 se termine par une lèvre inférieure 9 également fixe. Par contre la paroi supérieure 7 est équipée d'une lèvre supérieure 10 manoeuvrable par des actionneurs non représentés. Elle permet de calibrer en sortie l'épaisseur du jet 11 de suspens ion fibreuse projeté par la caisse de tête, sur toute la largeur de cette dernière. En variante la chambre finale 5 peut être équipée de lames 27, en matériau flexible, destinées à maintenir l'agitation régulière de la suspension fibreuse dans le sens transversal, jusqu'au voisinage immédiat des lèvres 9, 10. A la sortie des lèvres le jet de suspension fibreuse se dépose sur la toile 12 de la machine se déroulant à partir d'un rouleau de tête 20. A la sortie des lèvres, le jet de suspension fibreuse 11 possède une vitesse appelée vitesse de jet VJ qui est voisine de la vitesse des toiles de la machine (appelée VT). Le rapport VJ/VT est donc voisin de 1,0 et c'est ce rapport VJ/VT qui caractérise le réglage de la Caisse de Tête afin d'influencer plus ou moins l'orientation des fibres dans le produit fini. Observé dans le sens transversal, ce jet devrait avoir une vitesse constante et surtout n'avoir aucun débit parasitaire dans le sens travers, c'est-à-dire qu'en chaque point de la largeur de la Caisse de Tête les vecteurs de vitesse devraient être tous égaux et parallèles à l'axe machine ; par ailleurs, la suspension fibreuse devrait avoir en tout point la même concentration. Pour obtenir ce résultat, une série de tubes 4a de la rangée centrale ou de l'une des rangées centrales du bloc multitubulaire 3 sont en communication, d'une part par des conduits 13 avec un collecteur 14 d'eau de dilution, d'autre part par des conduits 15 avec un collecteur secondaire 16 alimenté avec la même suspension fibreuse que le répartiteur 2, mais à une pression supérieure. Sur les conduits 13 et 15 sont montées respectivement des vannes spéciales 17 de réglage des filtrats et des vannes spéciales 18 de réglage de la suspension fibreuse, lesdites vannes contrôlant les débits injectés dans les tubes 4a de la rangée centrale du faisceau tubulaire. Les conduits 13 débouchent dans les tubes 4a par des points d'injection 26 qui sont orientés en direction du répartiteur 2. Par contre les conduits 15 débouchent dans les tubes 4a et leurs points d'injection 25 sont orientés en direction de la chambre finale 5, c'est-à-dire en sens opposé. Entre les deux séries de conduits, des tampons 19 assurent l'étanchéité à l'intérieur des tubes. On dispose également, en sortie des lèvres de distribution de la caisse un capteur de mesure 21 de la vitesse VJ du jet 11 se déplaçant sur toute la largeur de la caisse de tête. En outre un capteur 22 de mesure du grammage du produit fini est installé en fin de machine et peut se déplacer sur toute la largeur de la feuille fabriquée en continu. Sur le même support est avantageusement placée une jauge 24 de mesure de l'orientation fibreuse. Lesdits capteurs sont reliés à un calculateur 23 lui-meme raccordé aux vannes spéciales 17 et 18. On voit sur la figure que la suspension fibreuse du répartiteur 2 traverse les tubes 4 pour se concentrer dans la chambre finale 5 et former le jet 11, comme le montrent les flèches. Grâce au collecteur 14 on injecte de l'eau de dilution par les tubes 13, dans le répartiteur, cette eau étant reprise essentiellement par les rangées voisines de tubes 4 et mélangée à la suspension fibreuse. De l'autre côté le collecteur secondaire 16 se comporte comme un deuxième répartiteur tubulaire alimenté en suspension fibreuse de même composition que celle alimentant le répartiteur principal 2 de la caisse de tête 1. Ce répartiteur 16 est alimenté et maintenu à une pression constante, supérieure à la pression régnant dans le répartiteur principal de manière à pouvoir alimenter les points d'injection 25 répartis de manière uniforme sur toute la largeur de la caisse. Ces débits d'injection complémentaire sont déterminés d'après les résultats de mesure en continu de la vitesse de jet en sortie des lèvres 9, 10, ou de mesure d'orientation fibreuse, par des ordinateurs qui permettent la commande des vannes de réglage 18 installés tout le long de la caisse entre le collecteur secondaire et les points d'injections. Par la mesure directe donnée par la jauge 24 ou indirecte donnée par la jauge 21, de l'orientation fibreuse dans la feuille de papier fabriquée en continu sur la machine, on obtient un signal représentatif que l'on compare en permanence à un signal de référence. En fonction du signal de comparaison obtenu, le calculateur 23 pilote l'ouverture des vannes 18 et contrôle une injection complémentaire de suspension fibreuse. Il est avantageux que le signal de référence puisse prendre une valeur quelconque, comprise dans une plage déterminée, afin que le réglage des vannes ne soit modifié que pour une variation minimale de l'orientation fibreuse du matériau fabriqué. Ainsi grâce au complément d'énergie réglable obtenu sur toute la largeur de la tête, on a une pression constante en amont des lèvres de sortie et donc une vitesse de jet VJ constante. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'introduction et de réglage fin du débit d'une suspension fibreuse distribuée par une caisse de tête sur une table de formation d'une machine à papier, comportant un répartiteur transversal de la suspens ion fibreuse, un bloc traversé de plusieurs rangées de tubes aboutissant dans une chambre finale convergente terminée par des lèvres de distribution, ainsi qu'un dispositif d'injection d'eau de dilution caractérisé en ce que un répartiteur secondaire (16), alimenté en suspension fibreuse de même composition que celle du répartiteur principal (2) de la caisse de tête (1), mais à une pression supérieure, alimente des points d'injection (25) répartis sur toute la largeur de la caisse, qui débouchent dans des tubes (4a) de l'une des rangées centrales du bloc multitubulaire (3), en direction de la chambre finale (5). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les points d'injection (25) sont alimentés par des conduits (15) provenant du répartiteur secondaire (16), lesdits conduits portant des vannes spéciales (18) de réglage de la suspension fibreuse additionnelle. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les points d'injection (25) des conduits (15) sont orientés en sens opposé des points d'injection (26) des conduits (13) d'eau de dilution provenant d'un collecteur (14), et en ce que lesdits points d'injection sont séparés par des tampons (19) assurant l'étanchéité à l'intérieur des tubes (4a). 4. Dispositif selon la revendication 1 comportant un capteur de mesure de la vitesse du jet de suspension fibreuse prévu en sortie des lèvres de distribution de la caisse, un capteur de mesure du grammage du produit fini installé en fin de machine et se déplaçant sur toute la largeur de la feuille fabriquée en continu ainsi qu'une jauge de mesure de l'orientation des fibres montée sur le même support du capteur de mesure du grammage, caractérisé en ce que lesdits capteurs (21) de la mesure de vitesse de jet, et la jauge (24) de mesure de l'orientation des fibres sont reliés à un calculateur (23) lui-même raccordé aux vannes spéciales (18) de réglage de la suspension fibreuse additionnelle. 5. Procédé d'introduction et de réglage fin du débit d'une suspension fibreuse sur une table de formation d'une machine à papier à l'aide du dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il consiste - à mesurer en continu à l'aide du capteur de mesure (21) la vitesse de jet de la suspension fibreuse en sortie des lèvres de distribution (9, 10) de la caisse (1), - à mesurer en continu à l'aide de la jauge (24), l'orientation des fibres, - à comparer en permanence les signaux représentatifs de ces mesures à un signal de référence, - en fonction du signal de comparaison obtenu, à piloter l'ouverture des vannes de réglage de suspension fibreuse pour assurer une injection complémentaire de suspension fibreuse.