On sait que les fils peuvent subir, après filature, divers traitements, par exemple une teinture ou une enduction. Actuellement, ces traitements sont réalisés sur des bobines de fils, quelquefois sur des écheveaux, mais leur efficacité ne présente pas toujours l'homogénéité souhaitée.
L'invention a pour objet un appareillage pour le traitement continu d'un fil par des fluides, comportant au moins deux chambres de traitement entre lesquelles est prévue une zone de récupération de fluides de traitement, chaque chambre de traitement comportant, d'une part, deux orifices pour l'entrée et la sortie du fil, lesdits orifices étant alignés et présentant un diamètre voisin de celui du fil et, d'autre part, une canalisation destinée à être reliée à une source de fluide de traitement, caractérisé en ce que la zone de récupération de fluide de traitement est conformée en une chambre entourant et/ou raccordant, de façon étanche,
L'orifice de sortie d'une chambre de traitement et l'orifice d'entrée de la chambre de traitement consécutive.
Il convient cependant d'indiquer, dès maintenant, que l'appareillage peut être utilisé pour le traitement de toutes sortes de fils, naturels ou synthétiques, textiles ou métalliques, le mot fil désignant ici tout élément souple de trés faible diamètre par rapport à sa longueur.
Dans la pratique, il convient fréquemment, en particulier dans le cas des fils textiles, de doser l'efficacité d'un traitement par un agent actif. C'est pourquoi, certaines au moins des chambres de traitement permettent des opérations d'essorage et/ou de séchage et peuvent, par conséquent, être alimentées par un gaz inerte et sont normalement disposées à la suite de chaque chambre de traitement pouvant être alimentée par un fluide actif, par exemple teinture. acide, etc.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'appareillage selon l'invention permettant le traitement continu d'un fil pour des fluides.
La fig. 1 est une vue schématique de l'ensemble d'une première forme d'exécution de l'appareillage.
La fig. 2 est une vue schématique d'une tuyère convergentedivergente équipant certaines au moins des chambres de traitement pouvant être alimentées par un gaz inerte.
La fig. 3 est une vue schématique de l'ensemble d'une deuxième forme d'exécution de l'appareillage, utilisable notamment pour la teinture d'un fil textile.
La fig. 4, la fig. 5 et la fig. 6 représentent des variantes de l'appareillage de la fig. 3, utilisables notamment lorsqu'on désire obtenir des fils présentant des zones traitées alternant avec des zones non traitées.
La forme spéciale de réalisation décrite en référence à la fig. 1 peut être utilisée pour un traitement d'enduction d'un fil.
Si l'on se rapporte à la fig. 1, on voit que l'appareillage comporte normalement, alignées le long du trajet à suivre par le fil A, des chambres de traitement élémentaire 1, 2, 3, 4, 5 et 6.
La chambre 1, où, à titre d'exemple, une attaque par un bain acide est effectuée, comporte une canalisation la reliée à un réservoir 10 de solution acide, par l'intermédiaire d'une pompe 11.
Les deux orifices lb et lc de cette chambre sont constitués par des tubes capillaires dont le diamètre, fonction de celui du fil à traiter, est déterminé de façon à éviter ou, tout au moins, à limiter les fuites de liquide par gravité ou par entraînement. La pompe 11 maintient dans la chambre 1 un niveau constant de liquide.
De part et d'autre de la chambre de traitement 1 sont disposées deux chambres de récupération 7 et 8. Elles entourent respectivement, de façon étanche, les orifices lb et lc et possèdent des canalisations 7a et 8a assurant la récupération du liquide de fuite qu'elles ramènent au réservoir 10.
Les chambres de traitement 2, 4 et 6 permettent l'exécution d'un essorage et, éventuellement, d'un séchage intermédiaire. Leurs extrémités sont, bien entendu, également entourées de façon étanche par les chambres de récupération 8, 14, 15, 16, 17 et 22. Dans ce cas, toutefois, le fluide de traitement est utilement l'air comprimé qui peut être amené par une canalisation principale 9 et aboutissant aux canalisations 2a, 4a, 6a propres à chacune desdites chambres.
Il faut souligner que les orifices d'entrée et de sortie de ces chambres 2, 4 et 6 sont chacun conformés en une tuyère convergentedivergente, repérés 2b et 2c pour la chambre 2.
Les convergents-divergents des chambres 2, 4 et 6 peuvent être alimentés en amont par une pression supérieure ou au moins égale à la pression critique au col de la tuyère. On rappellera à cet égard que l'on désigne par pression critique la pression régnant au col d'une tuyère et à partir de laquelle on obtient un écoulement supersonique dans le divergent, bien que l'écoulement soit subsonique dans le convergent.
On précisera, d'autre part, que les tuyères utilisées dans l'appareillage selon l'invention sont, de préférence, tracées suivant des méthodes connues, de façon que, lorsqu'elles existent, les ondes de choc, provoquées par le retour de l'air à une vitesse subsonique, soient situées à l'extérieur du divergent, et non pas, comme cela est fréquent, à l'intérieur de celui-ci.
On a représenté sur la fig. 2 une telle tuyère qui peut être disposée à chaque extrémité des chambres 2, 4 et 6, ou au moins à l'une d'entre elles, de préférence à l'extrémité de sortie du fil A.
Sur cette figure, on a désigné par 50 la paroi de la chambre, par 51 la partie convergente de la tuyère et par 52 la partie divergente.
On appellera P0 la pression ambiante à l'extérieur de la tuyère et P1 la pression à l'intérieur de la chambre 50. Si le rapport
P1
Po est supérieur ou égal à la valeur critique, laquelle dépend d'ailleurs de la forme de la tuyère, il existe dans le divergent 52 un écoulement supersonique délimité par la ligne 53. Ainsi qu'on le sait, rècoulement supersonique prend naissance au col de la tuyère.
Comme on l'a dit plus haut, les ondes de choc provoquées par le retour de l'air à une vitesse subsonique apparaissent à l'extrémité du divergent 52. On les a représentées par un ensemble d'un trait plein et d'un trait ponctué, les premières ondes de choc 54 étant, bien entendu, des ondes de décompression. Elles se développent suivant la surface sensiblement conique 54 et se réfléchissent sur elles-mêmes au sommet 55 de cette surface 54. Elles deviennent alors, ainsi qu'on le sait, des ondes de décompression se développant suivant la surface 56. Lorsqu'elles atteignent la zone où règne la pression constante P0, elles se réfléchissent sur cette zone en 57 pour se développer ensuite suivant la surface 58 jusqu'à son sommet 59.
On sait que, lorsque des ondes de choc se réfléchissent sur une zone à pression constante, elles changent de nature, de sorte que la surface 58 est délimitée par des ondes de compression. Des phénomènes analogues se poursuivent au-delà du sommet 59, mais il n'est pas nécessaire de les décrire pour la compréhension de l'invention.
On peut dire qu'il existe, à l'extérieur du divergent 52, une zone 60 délimitée par un réseau d'ondes de choc. On sait que la pression p régnant à l'intérieur de cette zone 60 est très inférieure à la pression ambiante PO à l'extérieur de la tuyère.
Lorsqu'un fil A, humide, pénètre dans la zone 60, on obtient une vaporisation instantanée d'une partie du liquide qu'il véhicule.
Cette vaporisation est due au fait que la pression dans la zone 60 est en général très inférieure à celle qui existait autour du fil lors d'un traitement précédent ayant provoqué son humidification.
On peut ainsi obtenir un effet d'essorage et/ou de séchage d'un fil dont l'efficacité dépend du débit d'air (quantité par unité de temps) traversant la zone 60. En effet, le taux d'humidité résiduelle du fil à sa sortie de la zone 60 dépend uniquement de la pression partielle de saturation du liquide véhiculé par le fil dans cette zone.
Par conséquent, on doit régler le débit d'air en fonction du taux d'humidité résiduelle désiré. En d'autres termes, le débit d'air doit être suffisant pour évacuer l'humidité dégagée dans la zone 60 et y maintenir ainsi une pression partielle de saturation suffisamment basse, de façon que la vaporisation se poursuive convenablement.
II faut ici souligner que l'essorage et/ou le séchage mentionné peut être exécuté dans la zone 6Q quel que soit le sens de déplacement du fil. C'est ainsi qu'à l'aide de la tuyère représentée à titre d'exemple sur la fig. 2, cette opération peut être exécutée soit à l'entrée, soit à la sortie des chambres 2, 4 ou 6, soit aux deux endroits simultanément.
Dans le cas, cependant, où le fil pénètre dans un orifice d'entrée, tel que 2b, il s'ajoute en général à l'effet de vaporisation précédemment décrit, un essorage purement mécanique du fil au voisinage du col du divergent-convergent. Ainsi, lors du passage du fil dans l'orifice d'entrée 2b, on peut obtenir la combinaison d'effets pneumatiques qui assurent aussi bien la pénétration complète du fil par la solution acide entraînée lors du passage dans la chambre 1 que la régulation de la teneur du fil en solution acide, ainsi que l'élimination par projection de l'excès de solution acide, laquelle est alors reprise par la canalisation de récupération 8a.
La chambre de traitement 3 est analogue à la chambre 1 et peut être alimentée par un bain neutralisant provenant d'un réservoir 12 par l'intermédiaire d'une pompe 13. Il en est de même de la chambre 5 qui peut être alimentée par un bain de lavage provenant d'un réservoir 20 par l'intermédiaire d'une pompe 21.
D'autre part, les chambres de traitement 4 et 6 sont analogues à la chambre 2 et peuvent assurer, si besoin est, un essorage au moins partiel dans les conditions qui ont été expliquées plus haut.
Enfin, les couples de chambres de récupération 14-15 et 16-17 présentent les mêmes caractéristiques et peuvent fonctionner dans les mêmes conditions que les chambres 7-8. Elles ramènent le liquide récupéré à des réservoirs 18 et 19 respectivement spécialisés pour la récupération de l'excès de liquide après une neutralisation ou après un lavage.
La dernière chambre de traitement 6 peut déboucher à l'air libre; toutefois, dans certains cas, il pourra être avantageux, comme représenté sur le dessin, d'assurer une récupération complète de l'air sortant de cette chambre. Il peut, en effet, être chargé de particules solides, liquides ou gazeuses qu'il serait dangereux de laisser s'échapper à l'atmosphère.
A cet effet, l'orifice de sortie 6b est prolongé par une chambre de récupération 22 dont la canalisation de récupération 22a est inclinée d'environ 45" sur l'axe dufil à traiter. Un conduit 22b relié à la canalisation principale 9 d'air comprimé débouche dans la chambre 22 et dirige le fluide sortant par l'orifice 6b directement sur la canalisation 22a.
Il est évident qu'une disposition analogue à celle des chambres 6-22 peut être prévue pour d'autres couples de chambres de traitement et de récupération.
Enfin, soit en phase intermédiaire, soit en phase finale, un séchage par chauffage peut être nécessaire. Comme représenté sur le dessin, on peut prévoir un capillaire 23 entouré d'un isolant dans lequel est noyée une résistance chauffante 24; ce capillaire pourra être traversé par le fil.
Si l'on se reporte maintenant à la fig. 3, on voit une forme spéciale de réalisation de l'appareillage selon l'invention utilisable pour la teinture des fils. Dans ce cas, ainsi qu'on l'a déjà signalé plus haut, il est essentiel de pouvoir doser convenablement le produit actif, en l'espèce la teinture, et d'être sûr de la reproductibilité des modes opératoires. L'invention permet la réalisation facile de ces conditions.
Cet exemple d'exécution de l'appareillage comporte une première chambre de traitement 31 munie d'une canalisation d'alimentation 31a reliée à un réservoir 40 de teinture et équipée d'une pompe 41. Cette chambre de traitement comporte deux orifices d'entrée et de sortie pour le fil constitués par des tubes capillaires 31b et 31c débouchant dans les chambres de récupération 37 et 38 qui entourent de façon étanche les extrémités desdits tubes. Des canalisations 37a, 38a assurent le retour de l'excèdent de teinture au réservoir 40. De plus, il est judicieux de prévoir dans la chambre de traitement elle-même une canalisation 31d, reliée également au réservoir 40 et permettant de maintenir un niveau sensiblement constant du liquide de teinture dans la chambre 31.
Une deuxième chambre de traitement 32 est reliée à une canalisation 32a permettant l'alimentation en air comprimé de cette chambre. Bien entendu, comme on l'a déjà signalé, les orifices d'entrée et de sortie pour le fil 32b et 32c sont constitués par des tuyères con vergentes-divergen tes, de préférence du type de celles décrites plus haut en référence à la fig. 2. Dans la pratique, il ne semble pas nécessaire de prévoir une chambre de récupération à la sortie de la chambre 32, mais une telle chambre de récupération peut se révéler utile dans certains cas particuliers.
De même, on pourra disposer, à la sortie de la chambre 32, un élément de chauffage analogue à celui qui a été décrit en référence à la fig. 1.
Il convient de souligner également que la chambre 31 peut être équipée de moyens de chauffage, constitués par exemple par des résistances électriques disposées à l'intérieur de la chambre ou entourant cette dernière. On utilisera également des tubes parcourus par un fluide chauffant, tel que la vapeur, de tels tubes pouvant être disposés à l'intérieur ou à l'extérieur de la chambre 31. De même, la chambre 31 pourrait être disposée à l'intérieur d'une enceinte chauffée par tout moyen approprié.
De tels moyens de chauffage seront utiles dans les cas où il convient d'augmenter la solubilité des produits de teinture ou s'il est nécessaire de faire subir à un fil des traitements tels que le blanchiment et l'application d'apprêts ou ceux procurant une modification de l'affinité tinctoriale.
Le fonctionnement de cet exemple d'exécution de l'appareillage est analogue à celui qui a été décrit plus haut, mais il apparaît utile d'insister sur quelques points particuliers.
De même que ci-dessus, on désignera par P1 la pression de l'air dans la canalisation 32a et, par conséquent, dans la chambre 32, et par P0 et P2 les pressions d'air respectivement à la sortie de l'orifice 32c et dans la chambre 38.
Au moment de son entrée dans l'orifice 32b, le fil A qui entraîne avec lui une certaine quantité d'agent actif, par exemple le liquide de teinture contenu dans la chambre 32, rencontre un écoulement gazeux qui, en fonction du rapport
P2 Pl peut être subsonique, sonique ou supersonique.
Comme on l'a expliqué plus haut, il peut donc exister, au voisinage de l'orifice 32b, une combinaison d'effets pneumatiques assurant un essorage mécanique et/ou par vaporisation d'autant plus important que la vitesse de l'écoulement est élevée. L'excès d'agent actif est projeté dans la chambre 38 et retourne au réservoir 40.
Lorsque le fil A a pénétré dans la chambre 32, il reste sur lui une quantité d'agent actif parfaitement déterminée, en fonction des conditions du traitement, notamment de la vitesse du fil et du rapport P2
Pz ¯.
De telles conditions sont facilement reproductibles.
Lorsque le fil A arrive au voisinage de l'orifice 32c, il est soumis à l'extérieur du divergent à une décompression provoquant la vaporisation du liquide qu'il véhicule. Ceci est dû, comme on l'a vu, à la formation d'un réseau d'ondes de choc stationnaires sous réserve que le rapport
P1
P2 soit convenable et supérieur à la valeur critique que l'on calcule facilement en fonction des dimensions du convergent-divergent 32c.
Après la vaporisation instantanée du liquide, seul le colorant reste sur le fil.
En d'autres termes, le passage du fil dans l'orifice 32b permet de déterminer le dosage de la coloration finale, cependant que son passage, dans la zone de décompression située à la sortie de l'ori fice 32, permet d'abaisser fortement son taux d'humidité sans modifier la quantité de colorant qui lui est appliqué.
Il est évident qu'en fonction des nuances plus ou moins foncées que l'on désire obtenir, on peut disposer les uns à la suite des autres plusieurs appareillages tels que celui que l'on vient de décrire.
Un tel appareillage peut, d'autre part, être légèrement modifié, suivant une première variante de réalisation (fig. 4), pour obtenir que le traitement d'un fil, par exemple sa teinture selon une couleur déterminée, soit limité à certaines zones du fil.
A cet effet, la canalisation 32a est munie d'un conduit auxiliaire 33 susceptible d'être mis en communication avec une source d'air comprimé dont la pression P3 est notablement supérieure à celle de l'air véhiculé par la canalisation 32a. Sur la figure, on a simplement représenté le conduit 34 amenant cet air comprimé à pression élevée.
Des moyens désignés par la référence générale 35 permettent de relier les conduits 34 et 33 ou, au contraire, de diriger vers l'atmosphère, par le conduit 36, l'air véhiculé par le conduit 34, tout en isolant le conduit 33. On peut utiliser divers types de vannes, mais il apparaît judicieux de prévoir une bascule binaire fluidique, représentée schématiquement sur la fig. 4 et comportant deux canalisations de commande 37, 37a. On sait qu'au moyen d'un courant gazeux amené par la canalisation 37 ou par la canalisation 37a, on peut diriger l'écoulement principal, qui doit alors être supersonique, soit vers le conduit 33, soit vers le conduit 36 à partir du conduit 34.
Le fonctionnement est alors le suivant.
On règle tout d'abord la pression P1, dans la canalisation 32a, de façon qu'elle soit supérieure à la pression critique dans la tuyère 32c, mais qu'elle soit inférieure à la pression critique dans la tuyère 32b. Cette dernière caractéristique peut être obtenue en ajustant convenablement et de façon connue, la pression P2 régnant dans la chambre 38, compte tenu par ailleurs de la forme de la tuyère 32b.
De même, on règle la pression P3, de façon qu'elle soit supérieure à la pression critique dans la tuyère 32b; cette pression P3 est alors nécessairement supérieure à la pression critique dans la tuyère 32c.
Lorsque l'air comprimé à pression élevée P3 véhiculé par le conduit 34 est dirigé vers la chambre 32 par le conduit 33, le fonctionnement est identique à celui qui a été décrit plus haut en référence à la fig. 3: le fil entraîne à l'intérieur de la chambre 32 une quantité dosée de liquide actif et se trouve essoré à la sortie de l'orifice 32c.
Si l'air provenant du conduit 34 est dirigé vers l'atmosphère, la pression s'abaisse brusquement dans la chambre 32 et devient inférieure à la pression critique dans la tuyère 32b. L'écoulement au travers de cette tuyère devient donc du type turbulent. Il n'y a donc plus de vaporisation avant la tuyère 32b, mais uniquement un essorage mécanique analogue à la pulvérisation.
Toutefois, on constate que cet essorage devient très violent pendant une certaine durée au moment où l'on rétablit la communication entre le conduit 34 et la chambre 32. Pendant cette période transitoire, durant laquelle la pression dans la chambre 32 tend à redevenir supérieure à la pression critique 32b, tout le liquide véhiculé par le fil est expulsé de celui-ci, y compris la teinture, avant que le fil ne pénètre dans la chambre 32. On peut, semble-t-il, expliquer ce phénomène par le fait que, la vitesse de l'air étant toujours sonique au col de la tuyère 32c, les ondes de turbulence qui se déplacent dans la chambre 32 à la vitesse sonique se réfléchissent sur la barrière constituée au col de 32c par le front de l'écoulement supersonique dans cette tuyère 32c.
Les ondes réfléchies en 32c se dirigent vers 32b et l'énergie qu'elles véhiculent vient s'ajouter à l'énergie normalement dissipée dans la tuyère 32b.
Quelle que soit l'explication exacte du phénomène, on constate qu'avant l'entrée dans la chambre 32, le fil se trouve dans un état pratiquement identique à celui qu'il possédait au moment de son entrée dans la chambre 32 (fig. 3).
La durée de ce phénomène est cependant limitée: elle dépend, bien entendu, des valeurs respectives de P3 et P1, ainsi que du volume constitué par la chambre 32 et le conduit 33. Ce phénomène disparaît, cependant, dès que l'équilibre est atteint et que la pression P3 règne dans la chambre 32 et que l'on retrouve un fonctionnement analogue à celui de la fig. 3.
On conçoit facilement qu'une succession judicieuse des deux phases du fonctionement permet d'obtenir des portions de fil traitées alternant avec des portions non traitées.
Ces portions non traitées pourront ensuite recevoir un traitement différent, par exemple une autre teinture, dans un appareillage consécutif analogue à celui qui vient d'être décrit. A cet égard, il sera judicieux d'assurer un couplage entre les commandes des deux bascules binaires fluidiques pour obtenir la régularité des deux traitements successifs.
Suivant une deuxième variante de réalisation visible sur la fig. 5, le conduit 33 peut être équipé d'un générateur 39 de vibrations sonores ou ultrasonores. Le fonctionnement est analogue à celui qui vient d'être décrit en référence à la fig. 4, à condition que les conditions soient telles que le rapport Pl
P2 soit voisin du rapport critique permettant l'apparition des ondes de choc au voisinage de l'orifice 32b, tout en étant inférieur à ce rapport critique.
Lorsque le générateur 39 est mis en route, on constate, comme le cas précédent, une concentration d'énergie au voisinage de l'orifice 32b, assurant l'essorage complet du fil avant son entrée dans la chambre 32.
Bien entendu, là encore, on peut prévoir plusieurs appareillages consécutifs pour effectuer des traitements différents sur des portions consécutives du fil, grâce à un couplage convenable des générateurs de vibrations.
Selon une troisième variante représentée sur la fig. 6, on peut modifier les conditions de l'écoulement au voisinage de la tuyère 32b en modifiant seulement la pression P2 dans la chambre 38 tout en maintenant constante la pression P1 dans la chambre 32. Ainsi qu'on le voit, on a disposé un sifflet 39a à lame vibrante sur la paroi de la chambre 38. Lorsque la lame vibrante obture le sifflet, la pression P2 augmente de sorte que le rapport Pt
P2 diminue et devient inférieur à la valeur critique. Au contraire, lorsque la lame vibrante dégage l'orifice d'évacuation du sifflet, les conditions de l'écoulement dans la tuyère 32b tendent vers les conditions critiques, provoquant d'une façon analogue à ce qui a été expliqué plus haut, une concentration d'énergie au voisinage de 32b et un essorage complet du fil avant son entrée dans la chambre 32.
Il est à remarquer que, dans ce cas, la fréquence de vibration du sifflet sera ajustée en fonction de la vitesse du fil pour obtenir des longueurs convenables de fil traité et de fil non traité.
Bien entendu, Invention n'est pas limitée aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites. Il est en effet facile de concevoir que le nombre, la succession et les dimensions des diverses chambres de traitement et de récupération devront être adaptés aux caractéristiques des phases élémentaires d'un traitement complexe, ainsi qu'à la nature du fil à traiter. En particulier, on peut envisager la succession sans interruption de chambres de traitement par des
fluides actifs, ces derniers pouvant être soit liquides, soit gazeux,
soit même constitués par des suspensions de particules solides
dans des liquides ou des gaz.