EP1238133A1 - Dispositif pour le traitement de materiaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression - Google Patents

Dispositif pour le traitement de materiaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression

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EP1238133A1
EP1238133A1 EP00981419A EP00981419A EP1238133A1 EP 1238133 A1 EP1238133 A1 EP 1238133A1 EP 00981419 A EP00981419 A EP 00981419A EP 00981419 A EP00981419 A EP 00981419A EP 1238133 A1 EP1238133 A1 EP 1238133A1
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    • D04H18/00—Needling machines
    • D04H18/04—Needling machines with water jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/14—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with multiple outlet openings; with strainers in or outside the outlet opening
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    • B05B1/202—Perforated pipes or troughs, e.g. spray booms; Outlet elements therefor comprising inserted outlet elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B26F1/26—Perforating by non-mechanical means, e.g. by fluid jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape

Definitions

  • the inserts preferably have a thickness less than the height of the holes made in the plate.
  • the underside of the inserts can be set back from the underside of the plate.
  • Each insert has on its thickness a capillary or microperforation (15) having a diameter between 100 and 200 ⁇ m extended at its base by a divergent (16) in the shape of a dome or cone.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Paper (AREA)
  • General Preparation And Processing Of Foods (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT DE MATERIAUX EN FEUILLE AU MOYEN DE JETS DΕAU SOUS PRESSION.
Domaine Technique La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux installations, permettant de traiter des matériaux en feuille au moyen de jets d'eau sous pression, qui agissent sur la matière à la manière d'aiguilles, et qui sont utilisées notamment pour traiter des structures non-tissées en vue de leur donner de la cohésion et/ou en modifier l'aspect.
Une telle technique, proposée depuis des décennies, comme cela ressort notamment des brevets US 3 214 819 et 3 485 706, consiste à soumettre la structure en feuille à l'action de jets d'eau provenant d'une ou plusieurs rampes successives, la feuille ou nappe étant supportée par un tapis transporteur ou cylindre rotatif poreux ou perforé, soumis à une source d'aspiration permettant la récupération de l'eau.
L'un des éléments essentiels de telles installations est le système de formation des jets ou aiguilles d'eau, couramment désigné par l'expression " injecteur n.
L'invention porte plus particulièrement sur un nouveau type de plaque perforée que comportent de tels injecteurs et qui sont l'un des éléments essentiels pour la formation des jets ou aiguilles d'eau.
Techniques antérieures
Les injecteurs utilisés de nos jours ont une structure générale telle qu'illustré par la figure 9 du brevet US-A-3 508 308 ainsi que du brevet US-A-3 613 999.
Plus récemment, dans l'EP 400249 (correspondant à l'US 5 054 349), il a été proposé un injecteur perfectionné qui, non seulement permet une arrivée d'eau sous pression très élevée (supérieure à 100 bars) et dont la structure est telle qu'elle permet de faciliter la mise en place et le retrait, par exemple en vue d'un nettoyage, de la plaque perforée au travers de laquelle se font les microjets.
La figure 1 annexée illustre, d'une manière générale, la structure d'un injecteur. Si l'on se reporte à cette figure, un tel ensemble se présente donc sous la forme d'une rampe, continue, s'étendant transversalement par rapport au sens de défilement de la matière en feuille (F) à traiter, non-tissé par exemple, et dont la longueur est adaptée à la largeur de ladite matière.
Cette rampe se compose d'un corps principal (1), permettant de résister à toute déformation sous la pression de l'eau, à la partie supérieure duquel est réalisée une chambre (2), en général de forme cylindrique, alimentée en eau sous pression par une pompe (non représentée) au travers d'une tuyauterie (3).
N l'intérieur de la chambre (2), est disposée une cartouche (4) constituée par exemple par un cylindre perforé garni d'un tissu filtrant, qui non seulement, joue le rôle de filtre, mais également, sert de répartiteur.
L'eau sous pression introduite à l'intérieur de la chambre (2) s'écoule ensuite au travers de perçages cylindriques (5), espacés avec un pas régulier sur toute la largeur de l' injecteur, trous dont le diamètre est en général compris entre 4 mm et
10 mm, l'épaisseur de la paroi entre deux trous consécutifs étant de l'ordre de 3 à 5 mm.
Ces perçages cylindriques (5), dont l'extrémité de sortie peut éventuellement être de forme conique, débouchent ensuite dans une chambre inférieure (6) à la base de laquelle est positionnée une plaque (7) comportant des micro-perforations, dont le diamètre peut être compris entre 50 et 500 μm et de préférence entre 100 et 200 μm, permettant de former des jets ou aiguilles d'eau (8) qui agissent directement contre la surface de la matière (F), nappe non-tissée par exemple, à traiter.
Le maintien de la plaque perforée (7) contre le corps principal de l' injecteur est obtenu, par exemple, conformément aux enseignements de l'EP 400249 par l'intermédiaire de mors longitudinaux (9) soumis à l'action de vérins hydrauliques qui permettent d'exercer une action de serrage par l'intermédiaire d'un ensemble de palonniers et tirants disposés le long de l'injecteur. Un joint (non représenté) est disposé entre la plaque perforée (7) et la base du corps principal (1).
N ce jour, les plaques perforées (7) qui permettent la production des jets sont toutes réalisées par perçage ou poinçonnage de fines bandelettes d'acier inoxydable.
Ces bandelettes ont une épaisseur comprise entre 0,6 et 1,2 mm.
La figure 2 est une vue en coupe d'une plaque perforée utilisée à ce jour.
Dans de telles plaques, les capillaires (10) permettant la formation des jets sont, comme dit précédemment, obtenus par perçage ou poinçonnage et ont une forme générale telle qu'ils comportent, si l'on suit le déplacement des jets, une zone d'entrée (11) cylindrique prolongée par une paroi divergente.
Si de telles plaques donnent satisfaction lorsque la pression d'eau dans l'injecteur est inférieure à 200 bars, elles ne permettent cependant pas de travailler industriellement à des pressions plus élevées de manière à obtenir une vitesse de fluide élevée pouvant atteindre 300 m/sec.
En effet, il a été constaté que la durée de vie moyenne de telles plaques perforées réalisées en acier inoxydable, ne dépassait pas 24 heures lorsque l'on travaillait à des pressions de 400 bars.
Par ailleurs, les techniques de perçage et de poinçonnage utilisées pour réaliser les capillaires, ne permettent pas d'obtenir un état de surface parfait de la paroi interne ni de réaliser de manière précise et régulière une arête vive à l'entrée de chaque capillaire, ce qui, à des vitesses élevées de fluide, entraîne une détérioration de la qualité des jets par la formation de turbulences dans l'écoulement.
Exposé de l'invention
Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type de plaque perforée, qui permet de résoudre les problèmes précités et autorise une alimentation en eau sous haute pression, pouvant atteindre jusqu'à 400 bars et plus, sans détérioration de ladite plaque après une durée d'utilisation pouvant atteindre plusieurs centaines d'heures.
Par ailleurs, le nouveau type de plaque conforme à l'invention permet d'obtenir des jets ayant une vitesse élevée, pouvant atteindre 300 m/sec voire plus, d'une très grande homogénéité et régularité sur toute la longueur de la plaque.
De plus, il a été constaté que par rapport à l'état antérieur, les jets obtenus avec la plaque conforme à l'invention restent cohérents sur une plus grande longueur.
D'une manière générale, l'invention concerne donc un dispositif dit « injecteur » permettant le traitement d'une matière en feuille (non-tissée, complexe textile, film, papier...) au moyen de jets/aiguilles d'eau, qui comporte : _ un corps d'alimentation en eau sous pression comprenant une chambre d'alimentation s'étendant sur toute la longueur dudit corps, et à l'intérieur de laquelle est amenée, au travers d'un filtre, l'eau sous pression ;
_ une zone de répartition, distribuant l'eau sous pression sur toute la largeur de traitement comprenant une plaque munie de micro-perforations, dont les trous définissent des aiguilles d'eau dirigées contre la surface de la matière à traiter, et il se caractérise en ce que les microperforations ou capillaires sont réalisées à l'intérieur d'inserts en matériaux durs, du type zircone, rubis, saphir, céramique, ou autres matériaux de dureté équivalente, enchâssés à l'intérieur de trous préalablement réalisés sur toute l'épaisseur de la plaque.
Selon une forme de réalisation, les inserts ont de préférence une épaisseur inférieure à la hauteur des trous réalisés dans la plaque.
Par ailleurs, si lesdits inserts peuvent être disposés sur une seule rangée sur toute la longueur de la plaque, il est possible de les disposer sur deux rangées parallèles, les capillaires ou microperforations étant décalés les uns par rapport aux autres d'une rangée à la suivante.
Le capillaire ou microperforation de chaque insert comporte une zone d'entrée cylindrique, dont le diamètre est compris entre 50 et 500 μm et de préférence 100 et 200 μm comme dans le cadre des microperforations des plaques antérieures. Cette partie cylindrique peut être prolongée par une zone divergente en forme de dôme ou de cône ou par un élargissement brusque obtenu par une zone de sortie de plus grand diamètre que la zone d'entrée.
Avantageusement, l'épaisseur de la plaque sera comprise entre 1 et 3 mm, les trous usinés à l'intérieur desquels sont enchâssés les inserts ayant, quant à eux, un diamètre compris entre 0,5 et 2 mm.
La face inférieure des inserts peut être située en retrait par rapport à la face inférieure de la plaque.
Grâce à une telle conception de la plaque perforée, il est possible de générer des jets équivalents en nombre et en diamètre à ceux des plaques appartenant à l'art antérieur avec l'avantage de former chaque jet dans une buse dont la géométrie, l'état de surface et la dureté sont exceptionnels.
Outre une durée de vie accrue, ces nouvelles plaques perforées à inserts en zircone, saphir, rubis ou autres matériaux de dureté équivalente, tel que céramique, permettent de travailler à des pressions élevées, en ayant une très bonne régularité des jets avec une durée de vie accrue pour les plaques, et, par ailleurs, et de manière surprenante, de telles plaques entraînent, dans le cas où l'on traite des non- tissés, une amélioration des caractéristiques de résistance des produits obtenus.
Description sommaire des dessins L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif, mais non limitatif, et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels :
_ comme indiqué précédemment, la figure 1 illustre, de manière schématique, vue en coupe selon son plan de symétrie vertical, la structure d'un injecteur conforme à l'invention, la figure 2 illustrant, quant à elle, également en coupe, la structure des plaques microperforées utilisées dans de tels injecteurs conformes à l'art antérieur ; _ la figure 3 illustre en coupe, fortement agrandie, la structure d'une plaque perforée réalisée conformément à l'invention ; _ les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de réalisation d'inserts pouvant être utilisées pour l'obtention d'une plaque perforée conforme à l'invention.
Manière de réaliser l'invention
En se reportant à la figure 3 annexée, la plaque microperforée conforme à l'invention est donc constituée, comme les plaques antérieures (7), d'une bande en acier inoxydable ayant une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm, et dans laquelle ont été usinés des trous (12), de section cylindrique.
Pour réaliser les microjets, on enchâsse à l'intérieur de chaque trou (12), des inserts (13) réalisés en zircone, saphir, rubis ou autres matériaux de dureté équivalente.
De tels inserts (13) ont un diamètre extérieur correspondant au diamètre des trous (12) et qui est donc compris entre 0,5 à 2 mm.
Dans cette forme de réalisation, l'épaisseur des inserts est inférieure à l'épaisseur de la plaque (7) de manière à ce qu'ils soient situés en retrait par rapport à la face inférieure (14) de la plaque lorsque lesdits inserts (13) ont été mis en place.
Chaque insert comporte sur son épaisseur un capillaire ou microperforation (15) ayant un diamètre compris entre 100 et 200 μm prolongé à sa base par un divergent (16) en forme de dôme ou de cône.
La présence de tels divergents (16), ainsi que le fait que les inserts (13) soient en retrait par rapport à la face inférieure (14) de la plaque (7), font que le capillaire (15) débouche donc dans le vide à l'intérieur de chaque trou (12).
De manière surprenante, une telle structure a pour conséquence d'entraîner une meilleure formation des jets.
Pour illustrer les avantages apportés par l'invention, des essais comparatifs ont été réalisés sur une machine du type « Jetlace 2000 » du Demandeur équipée d'injecteurs réalisés selon l'art antérieur tel qu'illustré par la figure 2, et d'injecteurs équipés avec une plaque perforée (7) réalisée conformément à l'invention pour une seconde série d'essais effectués dans les mêmes conditions de pression d'eau.
5 Dans ces essais comparatifs, les injecteurs qui ont une structure telle qu'illustré à la figure 1, présentent les caractéristiques suivantes :
. diamètre de la chambre supérieure (4) : 50 mm
. diamètre des conduits (5) : 6 mm
. distance entraxe de deux conduits (5) consécutifs : 10 mm
10 . hauteur des conduits (5) 35 mm
. hauteur de la chambre inférieure (6) : 10 mm
Dans la première série d'essais (essais no. 1), la plaque microperforée réalisée conformément à l'art antérieur comporte deux rangées de microperforations de 15 120 μm espacées les unes des autres de 1,2 mm dans chaque rangée et étant décalées d'une rangée à la suivante, chaque rangée comportant 833 microperforations conduisant donc à une plaque qui, par mètre, comporte 1666 microperforations .
0 L'épaisseur de la bande en acier inoxydable dans laquelle est réalisée la plaque est de 1 mm.
L'autre série d'essais (essais no. 2) est réalisée à partir de plaques conformes à l'invention réalisées dans une bande, également en acier inoxydable, mais ayant 5 une épaisseur de 2 mm.
Dans une telle plaque, les microperforations sont réalisées dans des inserts (13) enchâssés dans des trous (12) ayant un diamètre de 0,7 mm.
0 Chaque insert (13) a une épaisseur de 0,2 mm et comporte dans la partie centrale un capillaire (15) ayant également un diamètre de 120 μm prolongé par un divergent (16).
Ces inserts sont réalisés en zircone et sont, comme pour la plaque 5 microperforée réalisée conformément à l'art antérieur, disposés sur deux rangées, chaque rangée comportant également 833 trous ayant chacun un diamètre de 120 μm et espacés, dans chaque rangée, de 1,2 mm, conduisant donc à une plaque qui comporte également 1666 trous par mètre.
Dans les deux exemples concrets qui suivent, l'essai no. 1 est réalisé à partir d'une plaque perforée conventionnelle, et l'essai no. 2 à partir d'une plaque perforée à inserts en zircone conformément à l'invention.
Exemple 1
On traite dans les conditions précitées un non tissé à base de fibres de viscose
1,7 dtex/40 mm, pesant 150 g/m2.
Les conditions de traitement ainsi que les caractéristiques du produit obtenu ressortent du tableau ci-dessous.
Exemple 2
On réalise une seconde série d'essais, mais sur un non tissé à base de fibres polyester 1,7 dtex/38 mm, pesant 330 g/m2.
Les conditions de traitement (pression) et caractéristiques des produits obtenus sont regroupés dans le tableau ci-dessous.
On constate que dans les deux séries d'essais comparatifs, on obtient une résistance améliorée du produit traité, et ce aussi bien dans le sens machine que dans le sens travers avec les plaques réalisées conformément à l'invention.
Par ailleurs, à l'usage, il a été constaté que les plaques réalisées conformément à l'invention résistaient beaucoup mieux dans le temps que les plaques antérieures.
De plus, il a été constaté que le produit obtenu conformément à l'exemple 1, et qui était donc à base de fibres de viscose, présentait, après traitement, un état de surface beaucoup plus uniforme dans le cadre d'un traitement conformément à l'invention, alors que des traces de jets apparaissent sur le produit réalisé à partir d'une plaque conventionnelle.
Les figures 4 et 5 illustrent deux formes de réalisation qui permettent de faciliter le remplacement d'un insert (13) qui pourrait être détérioré en cours d'utilisation et qui montrent également des variantes dans la forme des capillaires.
Ainsi, dans le mode de réalisation illustré par la figure 4, l'insert (13) est monté non pas directement à l'intérieur du conduit (12), mais par l'intermédiaire d'un support intermédiaire (20), enchâssé dans le conduit (12) qui a donc un diamètre supérieur à celui illustré par la figure 3.
Ce support à une dureté inférieure à celle de l'insert (13) et peut être réalisé en acier inoxydable.
Dans cette forme de réalisation, le capillaire (15) est cylindrique sur toute sa longueur et débouche dans un conduit (21) de diamètre supérieur entraînant un élargissement brusque.
Dans la variante illustrée par la figure 4, l'insert (13), également réalisé en zircone, comporte à sa partie supérieure un rebord (22) qui prend appui sur la face supérieure de la plaque (7). Le capillaire est également constitué par un conduit cylindrique (15) prolongé par une zone (23) de plus grand diamètre, provoquant également un élargissement brusque.
Une telle conception peut faciliter l'enlèvement d'un insert en vue de son remplacement.
Enfin, si dans les exemples illustrés, les inserts sont disposés en retrait par rapport à la face inférieure de la plaque, il pourrait être envisagé qu'ils arrivent au niveau de cette dernière.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Dispositif pour le traitement de matériau en feuille au moyen de jets/aiguilles d'eau, comportant : _ un corps d'alimentation en eau sous pression comprenant une chambre d'alimentation s 'étendant sur toute la longueur dudit corps, et à l'intérieur de laquelle est amenée, au travers d'un filtre, l'eau sous pression ;
_ une zone de répartition, distribuant l'eau sous pression sur toute la largeur de traitement, comportant une plaque (7) munie de micro-perforations, dont les trous définissent des aiguilles d'eau dirigées contre la surface de la matière à traiter, caractérisé en ce que les microperforations (15) sont réalisées à l'intérieur d'inserts (13) en matériaux durs, enchâssés à l'intérieur de trous (12) préalablement réalisés sur toute l'épaisseur de la plaque.
2/ Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les inserts sont réalisés en zircone, rubis, saphir, céramique ou autres matériaux de dureté équivalente.
3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les inserts (13) ont une épaisseur inférieure à la hauteur des trous (12) réalisés dans la plaque (7).
4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capillaire ou microperforation de chaque insert (13) comporte une zone d'entrée cylindrique (15), cette partie cylindrique étant prolongée par une zone divergente (16) en forme de dôme ou de cône.
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les trous (12) usinés à l'intérieur desquels sont enchâssés les inserts (13) ont un diamètre compris entre 0,5 et 2 mm, le capillaire ou microperforation de chaque insert ayant un diamètre compris entre 50 et 500 μm et de préférence entre 100 et
200 μm. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'insert (13) est monté sur un support intermédiaire (20) enchâssé dans le trou (12).
7/ Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 5 et 6, caractérisé en ce que le conduit cylindrique (15) débouche dans un conduit (21-23) de diamètre supérieur entraînant un élargissement brusque.
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