Dispositif de réduction du frottement entre des plaques d'étanchéité d'unités de filtration et son utilisation dans un procédé de filtration La présente invention concerne un dispositif pour la réduction du frottement entre des plaques d'étanchéité d'unités de filtration et son utilisation dans un procédé de filtration. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif pour l'ajustement de la pression de contact entre deux surfaces matérialisées respectivement par une première plaque portée par une des extrémités longitudinales d'un tambour rotatif et une seconde plaque portée par l'extrémité en regard d'un caisson fixe indéformable bloqué en rotation.

Une telle disposition se trouve, notamment, dans certaines installations de séparation liquide-solide sous vide ou sous pression. Ces installations comprennent généralement un tambour de grandes dimensions (diamètre parfois supérieur à 2m) , renfermant des collecteurs internes et raccordé en périphérie à des secteurs filtrants formants une fois assemblés des disques. Ce tambour est entraîné en rotation grâce à un arbre motorisé monté sur des paliers et tournant à des vitesses allant jusqu'à plus de 5 tours par minute. Selon une variante de l'installation, le tambour ne porte pas de disques et la filtration est réalisée directement à la surface dudit tambour.

Au cours d'une rotation du tambour qui correspond à une opération élémentaire de séparation, les collecteurs sont mis successivement, sous vide (couramment -0.5 bar relatif) lors des phases de filtration et d'essorage, puis sous pression (couramment +0.2 bar relatif) lors de la phase de décollement des gâteaux de matière solide qui se sont accumulés sur les secteurs.

Ainsi, dans ce type d'installation industrielle, le tambour rotatif est équipé à l'une de ses extrémités d'une plaque dite d'usure pourvue d'orifices communiquant, au travers de lumières ménagées sur une plaque en regard dite de distribution, successivement lors du cycle de séparation, avec un circuit d' aspiration et un circuit de soufflage branchés sur le caisson fixe.

Plus précisément, les faces planes des deux plaques sont en contact pour assurer l'étanchéité du système et, lors de la rotation du tambour, les orifices de la plaque d'usure passent successivement devant les lumières de la plaque de distribution .

Du fait, notamment, du vide généré par le circuit d'aspiration dans le caisson fixe et les collecteurs internes du tambour en phase de filtration, les plaques d'usure et de distribution sont soumises à une force pressante conduisant à les appliquer l'une contre l'autre et à établir une pression de contact assurant une étanchéité périphérique et centrale mais générant un frottement important entre les surfaces des plaques en vis à vis .

Cette force pressante est fonction du rapport entre la surface pressante et la surface pressée qui est dans ce domaine de l'ordre de 3 à 4, étant entendu que les surfaces en contact des plaques sont principalement les parties pleines en périphérie et au centre pour assurer l'étanchéité du système avec l'extérieur, ainsi que les parties pleines entre les orifices et les lumières.

Dans le cadre de la filtration sous pression, le système de filtration se retrouve placé dans une enceinte pressurisée. La différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'ensemble formé par le caisson et le tambour peut être jusqu'à 20 fois supérieure à celle du système sous vide. La pression de contact entre les plaques sera donc augmentée proportionnellement.

L'évolution des besoins de filtration et notamment la demande des industriels pour des capacités de traitement plus importantes, entraine, d'une part, une augmentation des tailles des installations de séparation solide-liquide et donc du diamètre des plaques, et d'autre part, pour améliorer la productivité, les vitesses de rotation tendent à augmenter. Au vu de la description du système, il est clair que plus les dimensions, la vitesse de rotation et le niveau de vide sont grands, plus le frottement entre les plaques est important et, par voie de conséquence, plus leur usure est rapide.

En outre, plus le frottement entre les plaques est important plus le couple et la puissance nécessaires à l'entraînement du tambour sont élevés ce qui pose des problèmes énergétiques.

Typiquement, si le niveau de vide dans le collecteur lors d'une filtration sous vide est d'environ -0,5 bar relatif, la pression de contact atteindra au moins 1,2 bars. Dans le cas de la filtration sous pression, la pression de l'air autour du caisson et du tambour peut être supérieure à 6 bars relatif, la pression intérieure au caisson et au tambour étant égale à la pression atmosphérique, la pression de contact atteindra alors plus de 18 bars.

La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes techniques de manière satisfaisante et efficace en proposant une solution permettant de réduire la pression de contact entre les plaques sans rompre l'étanchéité de leur liaison.

Ce but est atteint selon l'invention au moyen d ^x un dispositif caractérisé en ce qu' il comprend au moins un système de traction agissant sur le caisson en exerçant une force, de direction opposée à la force pressante due au vide de la plaque de distribution sur la plaque d'usure, réduisant ainsi la pression de contact entre les surfaces des plaques et par conséquent le frottement tout en assurant le maintien d'un contact mutuel étanche.

Grâce au système de traction, le dispositif de l'invention permet ainsi de compenser au moins partiellement les forces axiales pressant les deux plaques l'une contre l'autre. Selon une caractéristique avantageuse, ledit système de traction est asservi à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble formé par le tambour et le caisson. De façon avantageuse, ledit caisson comporte des conduits latéraux équipés d'embouts flexibles de raccordement aux circuits d' aspiration et de soufflage pour éviter des contraintes non-contrôlées sur le caisson. Selon encore une autre caractéristique, ledit caisson est pourvu d'un manchon central monté autour dudit arbre rotatif et, d'autre part, de moyens de blocage en rotation.

Selon une variante, ledit système de traction est monté en appui sur le palier fixe supportant ledit arbre rotatif ou sur un bâti fixe. Selon une autre variante, ledit système de traction comprend au moins un vérin pneumatique susceptible de produire des forces de sens contraire auxdites forces axiales . Dans ce cas, pour un filtre sous vide, ledit vérin est monté de façon coaxiale dans le prolongement dudit arbre rotatif et applique un effort sur une plaque centrale nervurée assurant la liaison avec des tirants raccordés au caisson et parallèle audit arbre.

De préférence, ledit caisson peut coulisser sur ledit arbre rotatif pour permettre le contact d'appui de la plaque de distribution sur la plaque d'usure, quelle que soit la perte d'épaisseur de ladite plaque d'usure durant le fonctionnement.

Le dispositif de l'invention permet d'offrir un réglage précis de la pression de contact entre les plaques et ainsi de réduire les forces de frottement au minimum. Il en résulte une moindre usure de la plaque du caisson.

La régulation et la stabilité de la pression de contact entre les plaques peuvent être assurées par le dispositif de l'invention grâce à l'asservissement de l'effort exercé par le système de traction sur le caisson à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble formé par le tambour et le caisson, le cas échéant, en y associant des organes de démultiplication tels que des bras de levier.

Selon une caractéristique avantageuse, cet asservissement est effectué pour la filtration sous vide ou sous pression en mettant en communication au moyen de conduits les chambres du vérin, ou des vérins s'il y en a plusieurs, du système de traction avec l'air intérieur et extérieur à l'ensemble formé par le tambour et le caisson. L'effort fournit par le vérin sera alors proportionnel à la différence de pression.

L'utilisation du dispositif de l'invention dans le cadre d'un procédé de séparation liquide-solide, en particulier en mode de fonctionnement asservi, permet une augmentation optimale de la taille et de la capacité des unités de filtration industrielle sans que n'apparaissent de problèmes supplémentaires de maintenance au niveau des éléments mobiles et tout en maîtrisant les couples d' entraînement .

L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, accompagnée des dessins sur lesquels ; La figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention sur un filtre à disques sous vide avec un vérin à onde fonctionnant sous pression. La figure 2 représente une vue en perspective du mode de réalisation de la figure 1 en position assemblée. La figure 3 représente une vue en coupe latérale du mode de réalisation des figures 1 et 2.

La figure 4 représente une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention permettant d'asservir précisément et sans instrument de mesure la force exercée par le système de traction au niveau de vide d'un filtre à disques sous vide.

La figure 5 représente une vue en perspective d'une coupe latérale du mode réalisation de la figure 4.

La figure 6 représente une vue schématique du mode de réalisation du dispositif de l'invention sur un filtre à disque sous pression dont le système de traction comprend trois vérins pneumatiques de petit diamètre.

La figure 7 représente une vue schématique d'une variante du mode de réalisation de la figure 7 avec un seul vérin pneumatique de petit diamètre exerçant la même force de traction sur le caisson au moyen d'un bras de levier.

Le dispositif de l'invention tel que représenté sur les différentes figures est destiné au réglage de la pression de contact entre deux surfaces portées respectivement par un tambour rotatif 1 (représenté partiellement sur les figures) et un caisson 2 monté dans le prolongement longitudinal du tambour 1. Le caisson 2 est bloqué en rotation tout en conservant la possibilité de coulisser le long de l'arbre moteur 3.

L'arbre moteur 3 est solidaire du tambour 1 en étant fixé ici à un moyeu central 13.

Le tambour 1 porte, dans ce mode de réalisation, des disques formés de secteurs filtrants 7 raccordés au tambour 1 par des tubulures 10. Seuls deux secteurs filtrants 7 ont été représentés sur les figures 1, 2 et 4.

Le volume intérieur du tambour 1 est scindé en de multiples compartiments formant les collecteurs 11 qui sont destinés à récupérer le filtrat.

Les collecteurs sont ici séparés par des cloisons intérieures radiales 12.

Lors de la phase de filtration du cycle de séparation, les collecteurs 11 sont mis en dépression puis, inversement, lors de la phase de décolmatage des secteurs 7, les collecteurs sont mis en surpression pour décoller les gâteaux de matière solide qui se sont déposés précédemment. Ce cycle est généralement mis en œuvre lors d'un tour complet du tambour 1. A l'une des extrémités longitudinales des collecteurs 11 du tambour 1 est positionnée une plaque cylindrique 4 dite d'usure (car susceptible de perdre de l'épaisseur et donc d'être remplacée) dont l'épaisseur est ici de quelques centimètres. La plaque 4 prend appui sur le champ des cloisons 12 et est fixée de manière amovible sur une bride 14 elle-même portée par la périphérie du tambour 1. La plaque 4 est pourvue d'orifices 40 ménagés sur sa surface et positionnés en regard de chaque collecteur 11 comme illustré par la figure 1. Le caisson 2 comporte un manchon central 21 monté de façon coaxiale sur l'arbre moteur 3 qui le supporte.

Le caisson est immobilisé par des moyens de blocage en rotation (par exemple du type butoirs, non représentés) , il est prévu que le manchon 21 puisse néanmoins coulisser le long de l'arbre 3 sur une course de l'ordre de quelques centimètres .

Le caisson 2 reçoit, sur sa paroi latérale en regard du tambour 1, une plaque cylindrique rapportée 5 dite de distribution car mettant en communication les collecteurs 11 de l'arbre alternativement avec des circuits en dépression et en surpression par rapport à la pression régnant à l'extérieur de l'ensemble formé par le caisson 2 et le tambour 1.

Les tiges 62, liées au palier 6 par des lamelles ressort, poussent sur le caisson 2 pour pré-appliquer la plaque 5 contre la plaque 4 avant le démarrage du procédé de filtration .

La plaque 5 est pourvue de lumières 50. Dans le cas de la filtration sous vide, figure 1 à 5, ces lumières 50 sont les sorties des circuits d'aspiration et de soufflage (non représentés) destinés à établir respectivement et successivement une dépression et une surpression dans les collecteurs 11 du tambour. Le caisson 2 comporte, en outre, des conduits latéraux 20 susceptibles d'être équipés d'embouts flexibles (non représentés) pour le raccordement aux circuits d'aspiration et de soufflage et débouchant dans les deux chambres partageant le volume intérieur du caisson 2 et communiquant, via les lumières 50 de la plaque 5 et les orifices 40 de la plaque 4, avec les collecteurs 11 du tambour 1. Pour la variante de la filtration sous pression, représentée sur les figures 6 et 7, le circuit d'aspiration décrit précédemment est remplacé par un circuit de mise à pression atmosphérique de l'intérieur de l'ensemble formé par le tambour 1 et le caisson 2, assurant la différence de pression avec l'air comprimé d'une enceinte pressurisée 9.

Lors de la phase de filtration, sous l'effet de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble formé par le caisson 2 et le tambour 1, la plaque 5 et le caisson 2, libres de coulisser sur l'arbre, sont soumis à des forces pressantes axiales dirigées vers la plaque 4 et le tambour rotatif en vis à vis.

Ces forces dont l'intensité est proportionnelle à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble formé par le caisson et le tambour, provoquent un appui pressant et étanche de la plaque fixe 5 contre la plaque en rotation 4. Il en résulte un frottement important entre les plaques 5 et 4, lui-même proportionnel à la pression de contact et donc à la différence de pression.

Pour réduire ce frottement, l'invention prévoit d'utiliser au moins un système de traction agissant sur le caisson 2, indéformable, et donc sur la plaque de distribution 5 en exerçant une force destinée à compenser au moins partiellement les forces axiales qui pressent la plaque de distribution 5 sur la plaque d'usure 4. Le système de traction réduit ainsi la pression de contact entre les plaques et donc le frottement tout en assurant le maintien d'un contact mutuel étanche.

Dans le cas de la filtration sous vide, figures 1 à 5, le système de traction est monté sur le palier 6 de l'arbre moteur 3 soutenu par le bâti fixe 61.

Le système de traction 8 représenté sur les figures 1 à 3 comprend au moins un vérin 83 ici pneumatique ou, selon une autre variante, un vérin hydraulique ou encore un ressort, susceptible de produire des forces de sens contraire aux forces pressant la plaque de distribution 5 sur la plaque d'usure 4. Sur les figures 1 à 3, le vérin 83 est monté sur le palier 6 de façon coaxiale dans le prolongement de l'arbre rotatif 3 et applique un effort sur une plaque centrale nervurée 81 assurant la liaison avec des tirants 82 parallèles à l'arbre 3 et dont les extrémités sont raccordées à la paroi latérale extérieure du caisson 2 renforcée localement par des goussets 22, comme représenté sur les figures 2 et 3.

De préférence, l'effort exercé par le vérin 83 est asservi au niveau de régnant dans le volume intérieur du caisson 2 et des collecteurs 11 du tambour 1 de façon à obtenir un ajustement automatique, fin et optimal de la pression de contact entre les plaques quelles que soient les variations du niveau de dépression provoquées par les changements de régime des circuits de vide.

Selon une variante représentée sur les figures 4 et 5, on cherche à obtenir un asservissement parfaitement proportionnel au niveau de vide de fonctionnement de l'effort exercé par le vérin 83. Pour cela, la chambre 87 du vérin pneumatique 83, représentée sur la figure 5, est mise en communication avec l'intérieur du caisson 2 au moyen d'un conduit 87A. Le piston du vérin 83, soumis au vide de fonctionnement, tire sur des bras de levier 85 de façon proportionnelle audit vide. L'effort fournit par le vérin 83 est transmis par le bras de levier 85 aux tirants 82, ce qui permet d'exercer une traction, asservie continuellement au vide, sur le caisson 2 et donc sur la plaque 5.

Lesdits bras de leviers 85 sont liés au piston du vérin 83 par les liaisons pivots glissants 85B et aux tirants 82 par les liaisons pivots 85A. L'effort transmis par le levier dépend de la position de la liaison pivot glissant 85C entre le bras de levier 85 et la colonne d'appui du levier 84. En réglant la position de la colonne d'appui du levier 84 portée par la base 86 du vérin 83, elle-même montée sur le palier 6, on pourra ajuster la force de traction exercée sur le caisson 2 et donc sur la plaque 5.

L'effet des bras leviers 85 multiplie l'effort fourni par le vérin 83 de façon suffisante pour compenser l'action du vide sur la plaque 5 avec un vérin 83 de petite taille relativement à la taille du caisson 2. Selon une autre variante, représentée sur les figures 6 et 7, la filtration est effectuée sous pression et l'effort exercé par le système de traction 8 est asservi, précisément et sans instrument de mesure, à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble formé par le caisson 2 et le tambour 1. Le filtre comprend les mêmes éléments 1 à 7 que les filtres sous vide décrits précédemment mais se trouve enfermé dans une enceinte pressurisée 9.

Dans les cas représentés sur les figures 6 et 7, les chambres 87 des vérins pneumatiques 83 sont mises en communication d'une part avec l'air comprimé de l'enceinte pressurisée 9 à travers les conduits 87A et d'autre part avec l'air à pression atmosphérique à l'extérieur de l'enceinte 9 à travers les conduits 87B. De cette façon, l'effort fournit par les vérins 83 sera continuellement proportionnel à la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'ensemble formé par le caisson 2 et le tambour 1.

Pour des raisons d'encombrement plusieurs vérins 83 de petites dimensions, relativement au caisson 2, seront généralement requis, tel que représenté sur la figure 6 où le système de traction comprend trois vérins 83. Sur la figure 6, les vérins 83 sont liés à la paroi de l'enceinte pressurisée 9 et leurs pistons sont raccordés aux tirants 82. Dans ce cas, les trois vérins pneumatiques 83 seront de même dimension et soumis à la même différence de pression, ils fourniront donc un effort de traction identique qui permettra de compenser les forces pressantes axiales appliquant la plaque de distribution 5 contre la plaque d'usure 4.

Selon une autre configuration du système de traction présentée sur la figure 7, un seul vérin pneumatique 83 de petites dimensions relativement au caisson 2, fournira, en poussant sur un bras de levier 85 au niveau de la liaison pivot 85B, l'effort de traction nécessaire sur la liaison pivot 85A du bras de levier 85 avec les tirants 82 pour compenser les forces pressantes appliquant la plaque de distribution 5 sur la plaque d'usure 4.

Dans cette configuration, Le réglage de la position du support de la liaison pivot glissant 85C permettra d'ajuster l'effort exercé par le système de traction sur le caisson 2.