Brevet FR2860526A1 — publié le 20050408

DISPOSITIF DE NETTOYAGE DE TOILES NOTAMMENT DE TOILES DE SECHERIE UTILISEES DANS L'INDUSTRIE PAPETIERE La présente invention concerne un dispositif de nettoyage de toiles notamment de toiles de sécherie utilisées dans l'industrie papetière. Les toiles de sécherie sont utilisées dans l'industrie papetière lors du séchage du papier. Le papier est réalisé à partir d'un broyage de matériaux tels que bois, papier recyclé, carton, emballages dans un grand volume d'eau pour former de la pâte à papier. La pâte est ensuite traitée pour former une feuille continue qui doit être séchée. Le séchage s'effectue entre une toile perméable et une succession de cylindres sécheurs portés à une température de 70 C à 180 C dans une ambiance chaude entre 40 et 120 C avec un taux d'humidité de 70 à 100%. La toile perméable forme une bande continue de largeur de 2à 10 m pour une longueur de l'ordre de 20 à 70 m et est par exemple réalisée à partir d'un tissage à mailles ouvertes de fils de polymère tel que le PET. La toile applique le papier sur les cylindres sécheurs ce qui permet que l'eau s'évapore au travers de la toile. La toile décrit un circuit en continu avec une vitesse de défilement de l'ordre de 100 à 1500 m/min et comporte un brin aller passant sur les cylindres sécheurs et un brin retour. Le rôle de la toile n'est pas de récupérer l'eau ni de filtrer un quelconque 20 liquide mais d'appuyer le papier sur les cylindres sécheurs afin d'aider à l'évaporation de l'eau contenu dans le papier. Il reste que la toile s'encrasse de divers déchets présents sur le papier qui s'agglomèrent sur la toile et finissent par colmater la toile empêchant ainsi l'évaporation de l'eau et le séchage correcte du papier. L'accumulation de ces déchets, outre la diminution du taux d'évaporation et donc de la productivité du processus de séchage, provoque des défauts qualitatifs et des dysfonctionnements des machines. II fragilise le papier et provoque un encrassement du papier voir casses papier au niveau de la sécherie, de l'enrouleuse, de la bobineuse et chez les transformateurs pouvant entraîner des arrêts de production. Il existe déjà des systèmes de nettoyage des toiles par eau sous pression, en continu ou hors fonctionnement de la batterie de séchage. Ces systèmes ne sont pas totalement satisfaisants. En premier lieu, ces systèmes projettent de l'eau, ce qui, avec les déchets, crée des boues devant être évacuées. En outre ces systèmes humidifient la toile ce qui oblige à les positionner au début du brin de retour de la toile sur la chaîne à distance la plus importante du premier cylindre sécheur, afin de ne pas ré-humidifier localement le papier. De plus, les systèmes à eau sous pression comportent des buses de petit diamètre qui ont tendance à se boucher à cause des impuretés présentes dans l'eau. De ce fait des entretiens fréquents sont nécessaires (Changement des buses). Par ailleurs ces systèmes sont fortement consommateurs d'eau purifiée ce qui est économiquement et écologiquement coûteux. D'autres systèmes utilisent des dispositifs racleurs mais ces derniers usent les toiles très rapidement et ne résolvent pas le problème du colmatage de la toile. La présente invention vise à proposer un système de nettoyage en continu de toiles de sécherie efficace, ne créant pas de déchets humides ayant tendance à s'agglomérer, pouvant être positionné à un endroit quelconque du brin retour de la toile, permettant un nettoyage et un décolmatage à sec de la toile selon un déplacement aléatoire ou programmé de la tête de nettoyage. Pour ce faire, l'invention concerne principalement un dispositif de nettoyage et décolmatage à sec en continu de toiles de sécherie sur une chaîne de séchage pour papier, ce dispositif comportant une tête d'irradiation laser positionnée sur un bâti mobile se déplaçant dans une direction transversale au déplacement de la toile sur la chaîne de séchage. Plus particulièrement la tête d'irradiation laser comporte un système optique de focalisation en regard d'une première extrémité d'un guide d'onde optique, un poste laser étant raccordé à la seconde extrémité du guide d'onde optique. En mode de réalisation préférentiel, la tête d'irradiation est pourvue d'un carter de protection fermant un espace entre le système optique de focalisation et la toile. Plus particulièrement, le carter peut être pourvu de moyens de récupération de résidus contaminant tels qu'une buse d'aspiration à proximité du système optique de focalisation. Avantageusement, le bâti mobile est disposé d'un côté de la toile, un bac de protection et de récupération de déchets étant disposé de l'autre côté 20 de la toile en regard du parcours de déplacement du bâti. En mode de réalisation particulier, le laser est un laser à solide fournissant des impulsions d'énergie. Plus précisément, le laser peut être un laser multimode. Avantageusement le système optique focalise sur la toile une tache de 25 section carrée. En mode de réalisation particulier, le dispositif peut comporter des moyens de mesure de perméabilité en continu et un système de pilotage de la tête apte à positionner la tête d'irradiation en fonction de mesures de perméabilité de sorte de nettoyer une succession de zones de la toile en 30 fonction de leur encrassement relatif. Le bâti mobile peut être animé de mouvements de va et vient pendant le déplacement de la toile de sorte de nettoyer une succession de surfaces élémentaires alignées selon des segments inclinés par rapport à l'axe de défilement de la toile, la toile étant entièrement balayée au bout d'une multitude de tours de rotation de la toile. Ce balayage de type statistique de la toile avec spots discontinus évite de brûler la toile en limitant le nombre de tirs laser en un point donné ou sur des points contigus tout en réalisant un nettoyage préventif qui s'oppose à l'accroissement de la taille des débris par agrégation. Selon un mode de réalisation préférentiel, le bâti mobile est positionné à proximité d'un premier cylindre sécheur de la chaîne de séchage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention en référence aux figures qui représentent: En figure 1: une vue schématique en perspective d'une chaîne de séchage recevant un dispositif selon l'invention; En figure 2: une vue de côté d'un exemple de chaîne de séchage représentant le parcours du papier, En figure 3: une vue schématique en perspective d'un dispositif selon l'invention; En figure 4: une vue en coupe d'une tête de dispositif selon l'invention. 20 La figure 1 représente un exemple simplifié de réalisation d'une chaîne de sécherie conventionnelle sur laquelle est ajouté le dispositif selon l'invention. La batterie de séchage selon l'exemple simplifié comporte plusieurs cylindres sécheurs, ici 4 cylindres 20a, 20b, 20c, 20d, deux toiles continues 1 a, 1 b, la toile 1 a étant mise en pression sur les cylindres sécheurs 20a, 20c par des rouleaux 23a, 24a, 25a et des dispositifs tendeurs 26a, 27a de type connu, la toile 1 b étant mise en pression contre les cylindres sécheurs 20b, 20d par des rouleaux 23b, 24b, 25b et des dispositifs tendeurs 26b, 27b, la feuille de papier 3 devant passer entre les toiles et les cylindres sécheurs comme représenté en figure 2. Les cylindres sécheurs 20a, 20b, 20c, 20d sont de manière traditionnelle portés à une température d'environ 80 C à 180 C. Selon cet exemple, deux dispositif de nettoyage en continu sont disposés sur la chaîne, un dispositif par toile. Le dispositif selon l'invention, plus particulièrement décrit en figures 3 et 4, comporte une tête 4 d'irradiation laser positionnée sur un bâti 5 mobile se déplaçant dans une direction Dl perpendiculaire au déplacement D2 de la toile 1, 1 a, 1 b sur la chaîne de séchage. Le bâti 5 est solidaire en translation d'un support 30 préférentiellement orienté perpendiculairement au sens de défilement de la toile. Le bâti est mobile et apte à se déplacer sur le support par des moyens donnés ici uniquement à titre d'exemple tels qu'un moteur 22 solidaire du support entraînant une chaîne 31 tournant autour d'un pignon 32, la chaîne entraînant le bâti. De tels moyens d'entraînement d'un mobile sur un axe étant connus par l'homme du métier ne seront pas détaillés plus avant. La tête 4 d'irradiation laser représentée en figure 4 comporte un système optique 6 de focalisation, en regard d'une première extrémité d'un guide d'onde optique 7 raccordé à un poste laser 8 par son autre extrémité. Le faisceau laser généré par le poste laser 8 et transporté par le guide d'onde optique 7 vers la tête d'irradiation. Pour obtenir un nettoyage correct de la toile sans la brûler, le poste 20 laser 8 comprend un laser à solide tel qu'un laser ND:YAG. De tels lasers solides fournissent des impulsions courtes (typiquement de 1 ns à 100 Ns) avec une énergie de l'ordre de 5 à 1000 mJ par impulsion à une longueur d'onde de l'ordre de 350 à 1 600 nanomètres dans les différents harmoniques, ces impulsions pouvant être émises à une cadence de 1 à 10 kHz. Le nettoyage utilise de manière prépondérante l'effet mécanique d'onde de choc d'un plasma formé par l'impulsion laser sur la cible. L'onde de choc mécanique appliquée est suffisamment intense pour vaporiser les particules à la surface de la toile et les débris incrustés qui colmatent la toile. Les vapeurs crées vont s'ioniser et entraîner la formation d'un plasma qui lors de sa détente transmet une quantité de mouvement suffisante pour créer une onde de choc dans le matériau permettant de décoller et volatiliser les débris. Ce phénomène est notamment présent pour des éclairements supérieurs à 100MW/cm2 qui peuvent être obtenus pour des durées d'impulsion de l'ordre de la dizaine de nanosecondes. Un avantage du dispositif est que les résidus de particules et débris étant vaporisés, ils sont réduits à de telles dimensions qu'ils ne se redéposent pas sur la toile et qu'un simple dispositif d'aspiration peut en venir à bout. Le nettoyage laser comporte une limite qui est de ne pas brûler la toile. Il y a donc lieu de travailler à une longueur d'onde pour laquelle le seuil de dommage de la fibre soit nettement au delà du seuil de nettoyage. Une longueur d'onde de l'ordre de 532 nm apparaît adaptée mais peut toutefois dégrader la toile rapidement dans le cas d'une toile à mailles serrées. Une longueur d'onde de 1064 nm permet un nettoyage efficace avec des fluences de l'ordre de 0,7 à 6 J/cm2, ce sans dégrader la toile prématurément. des valeurs typiques permettant le nettoyage à l'aide d'un laser YAG sont de l'ordre de 200 mJ pour une durée d'impulsion de l'ordre de 25 ns et de l'ordre de 350mJ par impulsions de durée de l'ordre de 8 à 12 ns, ce pour une longueur d'onde de 1064 nm et une cadence de l'ordre de 1 à 200 Hz, le nettoyage résultant d'une loi basée sur des couples énergie/cadence ou puissance/durée adaptés à la toile. Par ailleurs il a été déterminé que le spot laser permettant un nettoyage optimum doit être suffisamment large pour recouvrir les débris. En mode préférentiel de l'invention, le système optique 6 focalise sur la toile un spot de section carrée. Dans ce but un laser multimode sera préféré du fait de la plus grande homogénéité du spot obtenu. Une focalisation en forme de disque peut être utilisée à condition de conserver une répartition d'énergie homogène et non gaussienne, cette dernière répartition n'étant pas la plus appropriée puisqu'elle concentre l'énergie au centre de la tache ou spot généré. Selon l'invention, les spots peuvent réaliser sur la toile une succession de points alignés selon des segments inclinés par rapport à l'axe de défilement de la toile. Selon le principe de l'invention il est apparu qu'il n'est pas besoin de nettoyer la toile sur des segments continus mais que le nettoyage par spots mêmes discontinus s'oppose à l'agrégation des débris en limitant leur taille et procure un décolmatage efficace de la toile. Sur la figure 4 un carter 9 de protection de la tête 4 ferme un espace entre le système optique 6 de focalisation et la toile 1. Ce carter peut comporter des parois en matériau plastique très résistant tel que celui connu sous la marque VITON et venir en contact avec la toile. Pour conserver le système optique propre et l'efficacité du dispositif, le carter 9 et/ou la tête sont pourvus d'une buse 11 d'aspiration à proximité du système optique 6 ou d'autres moyens 10 de récupération de résidus contaminant ou au contraire de soufflage sur le système optique 6. De l'autre côté de la toile par rapport au bâti 5 mobile et dans un but de sécurité d'une part et de récupération de particules d'autre part, un bac 12 de protection et de récupération de déchets est disposé en regard du parcours de déplacement du bâti. Le bâti mobile et le laser sont pilotés par des dispositifs de contrôle 8, 21, 22. Le dispositif 21 selon l'exemple commande les déplacements du bâti au travers du moteur 22. Le dispositif de contrôle fait exécuter au bâti des mouvements de va et vient pendant le déplacement de la toile 1 de sorte de nettoyer une succession de segments 13, 13' inclinés par rapport à l'axe de défilement D2 de la toile. Comme vu plus haut, ces segments sont une succession de points d'impact plus ou moins rapprochés en fonction de la périodicité des tirs laser, de la vitesse de défilement de la toile et de la vitesse de déplacement du bâti. Le nettoyage et décolmatage est en quelque sorte un nettoyage statistique; la toile étant entièrement balayée au bout d'une multitude de tours de rotation lors de son défilement. L'invention permet ainsi un nettoyage préventif de la toile. Du fait du balayage, la toile peut conserver une propreté globale évitant la constitution d'amas de débris par accumulation. Le système de pilotage peut être réglé pour éviter un effet de couplage périodique pour lequel la vitesse de déplacement de la toile et la fréquence des allers retours du chariot conduirait à ne balayer qu'une bande donnée de la toile. Pour cela le système de pilotage peut jouer en priorité sur la vitesse de déplacement du bâti, la vitesse de défilement de la toile étant elle dépendante de l'efficacité du séchage à obtenir. Comme représenté en figure 3, le dispositif peut comporter des moyens 50 de mesure de perméabilité en continu de la toile. Ces moyens peuvent être constitués par un dispositif 51 d'aspiration couplé à un capteur 52 de dépression mesurant la quantité d'air pouvant être évacuée au travers de la toile. Le dispositif peut se déplacer de manière transversale par rapport à la toile, le capteur de dépression étant raccordé au système de pilotage. Le système 21, 22 de pilotage de la tête 4 d'irradiation peut dans ce cas être programmé pour être apte à positionner la tête en fonction de mesures de perméabilité de sorte de nettoyer une succession de zones de la toile en fonction de leur encrassement relatif. Une telle solution peut permettre d'insister sur une zone fortement encrassée et de passer rapidement sur des zones non encrassées. En revenant sur la figure 1, dans le cas où deux toiles sont utilisées, comme le dispositif de nettoyage laser est un dispositif de nettoyage à sec, les bâtis 5a, 5b mobiles peuvent être positionnés n'importe ou sur les brins de retour de la toile et notamment peuvent être disposés à proximité d'un premier cylindre sécheur 20a, 20b de la batterie de sécheurs. Dans le cas d'une chaîne de séchage comportant deux toiles, un même laser peut, à l'aide d'un dispositif de dédoublement de faisceaux de type connu, servir de source lumineuse pour deux têtes d'irradiation montées chacune sur un bâti 5a, 5b de façon à nettoyer deux toiles simultanément. Le bâti 5 ou les bâtis 5a, 5b mobiles se déplaçant dans une direction Dl transversale au déplacement D2 de la toile 1, 1 a, 1 b sur la batterie de sécheurs peut sans sortir du cadre de l'invention se déplacer selon une direction perpendiculaire au sens de déplacement de la toile ou selon un angle non nul par rapport à cette direction D2 de déplacement en fonction des contraintes de positionnement du support 30 sur lequel se déplace le bâti. 9 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de nettoyage et de décolmatage à sec en continu de toiles (1, 1 a, 1 b) de sécherie sur une chaîne (2) de séchage pour papier (3) caractérisé en ce qu'il comporte une tête (4) d'irradiation laser positionnée sur un bâti (5) mobile se déplaçant dans une direction (Dl) transversale au déplacement (D2) de la toile (1, 1 a, 1 b) sur la chaîne de séchage. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête (4) d'irradiation laser comporte un système optique (6) de focalisation, en regard d'une première extrémité d'un guide d'onde optique (7, 7a, 7b), un poste laser (8) étant raccordé à la seconde extrémité du guide d'onde optique (7, 7a, 7b). 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le poste laser (8) comprend un laser à solide fournissant des impulsions d'énergie. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le laser est un laser multimode. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le système optique (6) focalise sur la toile une tache de section carrée. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la tête (4) d'irradiation est pourvue d'un carter (9) de protection fermant un espace entre le système optique (6) de focalisation et la toile (1). 7 Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le carter (9) est pourvu de moyens (10) de récupération de résidus contaminant tels qu'une buse (11) d'aspiration à proximité du système optique (6) de focalisation. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le bâti (5) mobile est disposé d'un côté de la toile, un bac (12) de protection et de récupération de déchets étant disposé de l'autre côté de la toile (1) en regard du parcours de déplacement du bâti. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (50) de mesure de perméabilité en continu et un système (21, 22) de pilotage de la tête (4) d'irradiation apte à positionner la tête en fonction de mesures de perméabilité de sorte de nettoyer une succession de zones de la toile en fonction de leur encrassement relatif. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le bâti (5) mobile est animé de mouvements de va et vient pendant le déplacement de la toile (1) de sorte de nettoyer une succession de surfaces élémentaires alignées selon des segments (13, 13') inclinés par rapport à l'axe de défilement (D2) de la toile, la toile étant entièrement balayée au bout d'une multitude de tours de rotation de la toile. 11 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le bâti (5a, 5b) mobile est positionné à proximité d'un premier cylindre sécheur (20a, 20b) de la chaîne de séchage.