Appareil de filtrage
La présente invention a pour objet un appareil de filtrage qui permet le filtrage de matières très diverses, mais convient particulièrement au filtrage de liquides, en particulier de boue, de suspensions et d'émulsions de couchage du papier, etc.
Dans une installation de couchage du papier connue, représentée à la fig. 1, un ruban de papier 10 passe sur un appareil de couchage 12 qui applique la couche sur la face inférieure du ruban. L'appareil de couchage 12 comprend une auge 14, un cylindre applicateur rotatif 16 et une racle 18. Un bain de composition de couchage 19 est contenu dans l'auge et le cylindre applicateur, en tournant, capte la composition et la transfère sur la face inférieure du ruban. L'excès de couche est retenu par la racle 18 et retourne dans le bain 19.
Un revêtement est étendu sur la surface du papier et est séché. Ce revêtement comprend usuellement de l'eau, un pigment minéral (par exemple argile, carbonate de calcium, bioxyde de titane, hydrate d'aluminium ou un mélange), un adhésif (par exemple caséine, amidon, latex, protéine de soya, alcool polyvinylique ou un mélange), et fréquemment un colorant, un agent antimousse, un émulgateur ou un agent surfactif. Des grumeaux se forment dans ces compositions de couchage pour diverses raisons, et donnent naissance à des défauts dans le papier couché. Ces défauts ne consistent pas seulement en un aspect médiocre de la surface couchée, mais peuvent également être responsables de défauts d'impression et de trous dans le papier, lorsqu'un grumeau traverse le papier. Ces défauts sont parfois susceptibles d'endommager la presse d'impression.
Il est difficile de déceler les défauts en temps utile, car le revêtement est généralement appliqué en continu sur un ruban de papier mouvant. Le couchage est fréquemment effectué dans une machine à papier, en tant que partie du processus de fabrication du papier, ou peut être exécuté dans une machine de couchage. Dans les deux cas, le papier couché est enroulé en un rouleau qui masque les défauts, et est ainsi expédié à l'imprimeur. Ainsi, les défauts ne sont pas faciles à déceler, ni par le fabricant du papier ni par son client, l'imprimeur.
On a déjà utilisé divers types de tamis et de filtres dans les installations de préparation des compositions de couchage et d'application de la couche, pour éliminer les grumeaux pendant la préparation de la composition et avant son application sur le papier. Ces dispositifs connus font appel à un certain nombre de filtres à grande surface, nécessitant des nettoyages fréquents.
En outre, le filtrage des compositions d'enduction à très haute teneur en solides était trop difficile ou trop coûteux, bien que la rhéologie indique qu'un filtrage est possible. Il en est ainsi dans le cas des suspensions de carbonate de calcium (carbonate de calcium dispersé dans l'eau) ayant une teneur totale en solides d'environ 65 < ?/o ou plus et dans lesquelles environ 80 < )/o des particules de carbonate de calcium sont de 2 microns ou moins. En règle générale, on ne filtrait pas ces suspensions si cette teneur en solides devait être conservée, ou on les diluait par addition d'eau pour en rendre le filtrage plus aisé. Une dilution n'est pas désirable.
Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients.
L'appareil selon l'invention comprend un tamis tubulaire, un support flexible du tamis en une partie centrale de celui-ci, un organe pour entraîner une extr < - mité du tamis sur une orbite circulaire, une enveloppe du tamis traversée par un orifice d'entrée pour les liquides à filtrer et un orifice de sortie pour les filtrats, et un conduit faisant communiquer l'orifice de sortie avec l'intérieur du tamis tubulaire.
Pour la commodité de l'exposé, on utilisera le terme liquide pour désigner les mélanges, solutions, boues, suspensions, dispersions, émulsions, etc., en bref les matières qui contiennent un ou plusieurs liquides contenant un solide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil, objet de l'invention.
La fig. 2 représente schématiquement une installa- tion de couchage comprenant cette forme d'exécution;
la fig. 3 est une vue en élévation schématique de l'appareil selon cette forme d'exécution, vu de l'extérieur;
la fig. 4 est une vue en élévation agrandie de l'appareil de la fig. 3, avec une partie de l'enveloppe arrachée
la fig. 5 est une coupe transversale agrandie, non à l'échelle, suivant la ligne 5-5 de la fig. 3;
la fig. 6 est une coupe longitudinale agrandie, non à l'échelle, de parties de la fig. 3;
la fig. 7 est une coupe transversale agrandie, non à l'échelle, suivant la ligne 7-7 de la fig. 6, et
la fig. 8 est une coupe transversale agrandie, non à l'échelle, suivant la ligne 8-8 de la fig. 6.
A la fig. 2, une installation de couchage comprend en outre un appareil de filtrage 30 et une tuyauterie le reliant à l'auge 14. Un tuyau d'entrée 32 est connecté entre l'auge 14 et l'orifice d'admission 130 (fig. 6) de l'appareil de filtrage. Un réservoir facultatif 32' peut être intercalé dans le conduit 32. Une pompe 33 est intercalée en amont du robinet-vanne 34 actionnée manuellement, également placée dans le conduit 32. Lorsque la composition de couchage a passé par le conduit d'admission (ainsi que par la pompe et le robinet-vanne), elle traverse l'appareil de filtrage 30 et est renvoyée au bain dans l'auge 14 à travers un tuyau 36 dans lequel est intercalé un robinet-vanne 38 actionné manuellement.
Bien que le dessin représente une pompe à engrenage, il est entendu qu'elle pourrait être d'un autre type.
L'installation de la fig. 2 comprend également un robinet-vanne 41 pour le lavage à contre-courant, connecté entre une source d'eau sous pression et le tuyau de retour 36 en un point en amont du robinet 38. Un tuyau 42 conduit à un égout ou à un réservoir de déchets, et comporte un robinet-vanne 44 actionné manuellement. Ce tuyau 42 est connecté au tuyau 32 en un point situé entre le robinet 34 et l'appareil de filtrage.
Un moteur électrique 45 entraîne l'appareil de filtrage 30.
En fonctionnement normal de l'installation de la fig. 2, les robinets 34 et 38 sont ouverts et les robinets 41 et 44 sont fermés.
Les robinets 41 et 44 permettent d'effectuer le lavage à contre-courant, en injectant de l'eau de lavage à travers l'appareil de filtrage en direction inversée, grâce à quoi la saleté et d'autres matières accumulées sur le filtre sont détachées du filtre et une partie d'entre elles est envoyée par le tuyau 42 à l'égout. Pendant le lavage à contre-courant, les robinets 34 et 38 sont fermés, la pompe 34 est arrêtée et les robinets 41 et 44 sont ouverts.
On peut également réaliser ce lavage à contre-courant en fermant les robinets 34, 38 et 44 et en ouvrant le robinet 41 et l'orifice de nettoyage 70 (fig. 3), en sorte que l'eau de lavage expulse à travers l'orifice 70 les résidus retenus par le filtre. Un conduit d'eau usée, muni d'un robinet, peut être connecté à l'orifice 70, ce robinet étant actionné de la même manière que le robinet 44.
Aux fig. 3 à 5, l'appareil de filtrage 30 comprend une enveloppe 50, un tamis tubulaire 52 porté par un support 54 et une tête motrice 55. Un joint à cardan 56 supporte le tamis tubulaire 52 en son milieu par l'intermédiaire du support 54 et agit en association avec la tête motrice 55 pour contribuer au mouvement sur une orbite située sur un hyperboloide de révolution du support de tamis.
L'enveloppe 50 comporte une paroi 61, un couvercle amovible 62 et des parois d'extrémité 63, 64. Un orifice d'admission 130 (connecté au tuyau d'admission 32 de la fig. 2) est ménagé à une extrémité supérieure d'une paroi latérale, à côté de la paroi d'extrémité 62 qui supporte la tête motrice 55. Un raccord 67 s'étend vers l'intérieur à partir de l'extrémité opposée de l'enveloppe en traversant la paroi 63. Ce raccord conduit le filtrat vers le tuyau de sortie. L'enveloppe forme ainsi une chambre de filtrage allongée 68 dans laquelle sont supportés le tamis 52 et son support 54.
Le couvercle 62 est une plaque maintenue par plusieurs boulons à charnières 71 et écrous à ailettes 72. Un joint 73 (fig. 5) en matière élastique est placé entre la face inférieure de la plaque 62 et un rebord 74 (obtenu par soudage d'une cornière autour des parois latérales de l'enveloppe) et réalise une fermeture étanche. Les boulons à charnières sont montés sur des axes 75 et peuvent entrer dans les fentes 76, 77 de la plaque 62 et du rebord 74 et en sortir. L'installation fonctionnant sous pression, un manomètre 78 et un raccord 79 mettant le manomètre en communication avec la chambre 68, sont montés sur la plaque 62.
Par des orifices de nettoyage 69 (fig. 4) de l'eau ou d'autres liquides de nettoyage sous haute pression peuvent être admis dans la chambre 68 pour laver l'extérieur du tamis.
L'enveloppe 50, le support 54 et les montures sont généralement construits en acier inoxydable ou en une matière similaire non corrodable. Une construction soudée est préfcrée dans la mesure du possible. L'appareil 30 fonctionne sous pression pendant les opérations de filtrage.
Comme on le voit le mieux dans les fig. 4, 5, 6 et 8, le support du tamis comprend un cylindre 80, qui est porté par un berceau 81. Le tamis fin tubulaire 52 est de préférence en nylon ou en acier inoxydable et est fixé sur le cylindre 80 par des colliers de serrage 82. Le cylindre 80 comprend un tamis 84 tubulaire en acier inoxydable à grosses ouvertures (par exemple de 6 à 13 mm). Ce tamis 84 est représenté de forme circulaire en coupe, mais d'autres formes sont envisagées. Des bagues de support 85 sont soudées aux extrémités du tamis 84. Les bagues de support terminales 85 s'étendent au-delà du tamis 84 en acier inoxydable et sont reçues par un demi-collier de serrage fixe 87 (qui fait partie du berceau) et maintenues contre le demi-collier 87 par le demi-collier amovible 88, grâce à des boulons et écrous 89, 90. Le demi-collier fixe 87 est soudé au berceau et en fait partie.
Le berceau 81 comprend des plaques d'extrémité 91, 92 fixées (par exemple par soudage) à une barre de support 93 formée d'une cornière. Cette barre de support est elle-même montée en son milieu au joint à cardan 56.
Chacune des plaques d'extrémité du berceau porte, fixée sur sa face interne (par exemple par soudage) la moitié inférieure 87 du collier de serrage correspondant.
La plaque d'extrémité de droite 92 du berceau (fig. 4 et 6) supporte des parties de la tête motrice 55. La tête motrice sera décrite plus loin. La plaque d'extrémité de gauche 91 du berceau présente un conduit de sortie 95 qui s'étend vers Extérieur (vers la gauche sur le dessin) en regard du raccord de sortie 67 de la paroi d'extrémité afin que le liquide puisse y circuler. Pendant le fonctionnement en continu, le liquide s'écoule par le conduit 95 puis par le raccord 67. Un court tuyau élastique ou flexible 96, par exemple un tuyau de caoutchouc, assure une liaison flexible entre le conduit 95 de l'extrémité du berceau et le raccord de la paroi d'extrémité de l'enveloppe. Le tuyau 96 établit donc un passage fermé et flexible entre l'intérieur du tamis 52 et l'extérieur de l'enveloppe.
Des colliers 97 serrent le tuyau flexible 96 sur le conduit 95 et le raccord 67.
Aux fig. 4, 6 et 7, la tête motrice 55 comprend un organe rotatif excentrique 100 qui entraîne un suiveur circulaire et un carter 110 montés sur la plaque d'extrémité 92. Lorsqu'on fait tourner l'excentrique par Je moteur 45, il entraîne tout le tamis 52 et son ensemble de support 54 en un mouvement suivant une orbite en forme d'hyperboloide de révolution autour de l'axe longitudinal 102: l'extrémité de droite 92 du support suit une orbite circulaire, mais, comme le support 54 est maintenu en son centre par le joint à cardan, une sorte d'action de balancement est exercée à chaque extrémité du tamis (et de son support), que l'on appelle ici une orbite essentiellement en forme d'hyperboloïde de révolution.
La tête motrice 55 comporte un roulement à billes 105 entre l'excentrique et le suiveur. L'excentrique est constitué par une extrémité cylindrique décentrée de l'arbre d'entraînement 106. L'arbre d'entraînement 106 tourne dans des paliers à billes 107. Une collerette de l'arbre d'entraînement maintient le roulement 105 écarté du palier 107 adjacent et un manchon maintient les paliers 107 écartés l'un de l'autre. L'excentrique 100 est venu d'une pièce avec l'arbre, et peut être décentré de 0,4 à 9,5 mm par rapport à l'axe de rotation 102 de l'arbre 106. L'excentricité est désignée par le nombre 103 à la fig. 7. Le moteur électrique 45 fait tourner l'arbre 106, dont l'excentrique entraîne l'ensemble à tamis suivant l'orbite disposée en un hyperboloïde de révolution.
Le carter de la tête motrice comprend le suiveur et un carter 110 qui est boulonné à la plaque 92 du ber ceau et qui s'étend vers l'arbre d'entraînement, un carter d'excentrique 111 monté dans la paroi 64 de l'enveloppe et un tuyau de caoutchouc 112, protégeant la tête motrice du liquide.
Le joint à cardan 56 est fixé entre la barre de support 93 et l'enveloppe grâce à un téton 112 et un téton fileté 114, disposés respectivement aux extrémités supérieure et inférieure du joint à cardan. L'extrémité supérieure du téton 112 pénètre dans un évidement d'une douille 115 qui est soudée ou fixée autrement à la barre 93. Des goupilles coniques 116 sont chassées dans le joint à cardan et dans la douille pour maintenir le téton, et par conséquent le joint à cardan, en place à son extrémité supérieure.
Le téton fileté inférieur 114 est fixé par une goupille 117 à l'extrémité inférieure du joint à cardan. La goupille 117 est conique et est chassée dans le joint à cardan. L'extrémité inférieure du téton 114 porte des filets 118. L'extrémité filetée traverse un trou d'une bride 119 et est fixée en place par un écrou 120. Ceci permet de libérer le joint à cardan lorsque l'appareil doit être démonté, en particulier pour retirer le tamis de l'enveloppe.
La bride 119 est fixée par une série de boulons 122 à une bride correspondante 123 qui est fixée sur l'enveloppe, par exemple par soudage, par l'intermédiaire d'une courte tubulure 124. Cette construction ménage une cavité dans le fond de l'enveloppe, dans laquelle l'extrémité inférieure du joint à cardan est reçue.
En fonctionnement, la matière de couchage ou un autre liquide à filtrer est admise dans l'enveloppe 50 à travers l'orifice d'admission 130 et remplit la chambre 68 et l'espace tubulaire dans le tamis 52 sous pression.
Le liquide traverse le tamis 52, alors que les grumeaux sont retenus à l'extérieur du tamis et tombent ensuite dans le fond de la chambre. Le filtrat sort de l'enveloppe en passant par le passage comprenant le manchon 95 porté par le tamis, le tuyau élastique 96 et le raccord d'enveloppe 67. Pendant tout ce temps, le tamis oscille ou vibre sous l'action du moteur 45 entraînant la tête motrice 55. La tête motrice entraîne une extrémité du tamis unidirectionnellement et de façon répétée le long d'une trajectoire circulaire et l'autre extrémité du tamis est animée essentiellement du même mouvement en sens opposé.
Ainsi, le tamis et son support sont supportés en leur centre, en sorte que l'orbite en forme d'hyperbo- bide de révolution est réalisée grâce à la coopération du joint à cardan 56 et le mouvement excentrique produit par la tête motrice.
L'appareil décrit procure de nombreux avantages: il est facile à nettoyer en utilisant l'orifice 69 pour admettre de l'eau sous pression et l'orifice 70 pour faire une circulation à contre-courant et éliminer les grumeaux accumulés. Le tamis 52 peut être remplacé facilement grâce à l'accès par le couvercle amovible 62, le montage amovible sur le berceau 81 et le cylindre 80. Des tamis 52 de diverses ouvertures de mailles peuvent être utilisés, des arbres présentant divers degrés d'excentricité 103 (fig. 7) peuvent être substitués les uns aux autres, le tamis peut être vibré à des vitesses variées, une surface de tamisage réduite est réalisée facilement, spécialement sur les liquides thixotropiques.