Brevet FR2351686A1 — publié le 19771216

La présente invention concerne les filtres pour fluide com prenant une paroi filtrante, qui peut notamment être approximati- vement de révolution autour d'un axe ou plane, bien que d'autres configurations soient possibles, des moyens de guidage destinés à obliger le fluide à filtrer à traverser la paroi filtrante (moyens qui comportent notamment l'enveloppe --t'--' filtre), et un dispositif de dé@@@matage. On connait déjà de nombreux filtres de ce type. Les parois filtrantes sont de natures extrêmement diverses. Elles peuvent être rigides ou constituées par des éléments filtrants souples portés par une armature rigide. L'élément constitutif de la paroi ou de l'élément est également très variable : on utilise notamment les toiles, les papiers et les feutres. L'un des problèmes que pose l'utilisation des filtres réside dans la perte de charge qu'ils font subir au fluide qui les tra- verse, pert# de#charge qui est d'autant plus élevée que les orifices de filtration sont plus petits et qui augmente au fur et à mesure du fonctionnement du filtre par suite du colmatage par les impuretés retenues par la paroi ftiltrante. On- connalat de nombreux types dedispositifs de décolmatage. Les plus courants utilisant une circulation à contre-courant d'un liquide de nettoyage. Il existe également des dispositifs, desti- nés essentiellement aux filtres pour les produits gazeux, dont la paroi filtrante souple peut entre secouée vigoureusement pour détacher la couche d'impuretés colmatant les pores de la paroi. Ces solutions sont loin d'être pleinement satisfaisantes. En effet, étant donné qu'elles interviennent simultanément sur l'ensemble de la paroi filtrante, elles ne permettent pas d'obtenir avec certitude un décolmatage complet de cette paroi, Une autre cause du manque d'efficacité, dans le cas des systèmes de décol matage par circulation à contoe'courant est due à ce que le contre courant de décolmatage est très inférieur au debit du courant à filtrer, car il serait trop onéreux de créer un contre courant de même débit. La force de contre courant reste donc très inférieure à la force du courant qui a provoqué le colmatage.De plus, dès qu'il y a eu décolmatage d'une fraction du filtre, le contrecou rant se concentre dans la partie du filtre nettoyée et n'exer- ce pratiquement plus aucune action sur le reste. Le décolmatage par agitation mécanique ne s'applique qu'à des types de filtres très particuliers. Enfin, l'empli de racleurs, qui a également été envisagé, risque d'endommager la paroi filtrante. La présente invention vise notamment à fournir un filtre muni d'un dispositif de décolmatage qui à la fois est efficace et ne complique pas sensiblement la réalisation. Dans ce but, l'invention propose un filtre dont le dispositif de décolmatage comporte un asperseur muni d'un passage de sortie de liquide et des moyens d'alimentation en un fluide de décolmatage, qui peut être identique au fluide à filtrer, lesdits moyens et l'asperseur étant agencés pour que celui-ci dirige, lorsqu'il est alimenté, un jet dudit fluide de décolmatage, à vitesse très supérieure à la vitesse de passage de fluide lors du filtrage, vers une fraction faible de la paroi filtrante, e-t des moyens pour déplacer à volonté, l'un par rapport à l'autre, l'asperseur et la paroi filtrante suivant une trajectoire telle que le jet balaie pratiquement la totalité de ladite paroi. Le jet est avantageusement projeté à contre courant du sens de fonctionnement-normal du filtre. Le débit de ce jet peut être beaucoup plus faible que celui qui traverse le filtre en fonctionnement normal. La fraction de la paroi filtrante qui le re çoit à un instant donné peut être choisi#dans des limites très variables : avantageusement, cette fraction sera inférieure au dixième ; elle sera souvent inférieure au centième. La vitesse du jet peut être très élevée (plus de dix fois la vitesse de passage normale), ce qui le rend beaucoup plus puissant que le courant de liquide à filtrer et assure un décolmatage efficace de la partie visée. Grâce à l'effet directif de l'asperseur, l'efficacité n'est pas réduite après décolmatage partiel du filtre. Si la paroi filtrante est approximativement de révolution (cylindrique ou tronconique), l'asperseur est a#vantageusement monté suivant l'axe et il est muni d'une fente suivant une génératrice ou une série de trous alignés suivant cette génératrice, la section de passage ainsi offerte étant choisie en fonction du débit d'alimentation de l'asperseur. On peut évidemment faire tourner, dans ce cas, soit 1 'asperseur, soit un tambour qui porte la paroi filtrante, la seconde solution étant généralement plus avantageuse. Les moyens d'alimentation de l'asperseur peuvent évidemment être prévus pour fournir successivement plusieurs fluides successifs si cela est nécessaire. Le fluide de décolmatage peut étre le fluide déjà filtré, un fluide non miscible avec le fluide filtré (par exemple, un gaz si le fluide à filtrer est un liquide). On peut ainsi nettoyer le filtre sans interrompre son fonctionnement. L'invention vise également à fournir un filtre opposant à la circulation du fluide à filtrer une perte de charge plus faible que celle des filtres antérieurement connus, dont le colmatage est plus lent et dont le décolmatage est plus facile. Sous ce rapport, le filtre suivant l'invention constitue un perfectionnement apporté aux filtres du type comprenant un ou plusieurs fils enroules en hélice autour d'une armature rigide filetée avec un pas légèrement plus grand que le diamètre du filtre. Ces filtres connus, à l'état neuf, imposent une perte de charge plus faible que les filtres classiques t se colmatent plus lentement que ceux à parois percées de trous, étant donné que la surface de frottement est réduite à section de passage donnée. Mais, l'armature rigide étant en général constituée par une structure polyédrique rigide et massive, dont les arêtes sont simplement filetées au tour, munie de cannelures longitudinales percées de trous radiaux, le gain de perte de charge obtenu par remplacement de la paroi filtrante est en partie perdu par suite de la présence de l'armature. De plus et surtout, une telle structure de la paroi filtrante ne permet pas d'utiliser avec efficacité le dispositif de décolmatage suivant l'invention. Pour surmonter ces difficultés, l'invention propose un filtre comprenant une paroi filtrante perméable et des moyens de guidage destinés à obliger le fluide à filtrer à traverser la paroi filtrante, ladite paroi étant constituée par une nappe de fils enroulés en hélice sur une structure polyédrique formée par un treillis de pièces minces, dont les génératrices sont munies d'encoches de réception du fil disposées suivant une hélice de pas légèrement plus grand que le diamètre du fil (si du moins la nappe est constituée par un seul fil). Une telle structure mince laisse libre pour le passage du fluide à filtrer la plus grande partie de la surface périphérique de la structure et se preste bien à la réalisation de filtres destinés à laisser passer les débits élevés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de filtres qui constituent des modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels La figure 1 est un schéma de principe montrant un filtre muni d'un dispositif de décolmatage à asperseur vertical, représenté en perspective, l'enveloppe du filtre étant en fantme. La figure 2 est une vue en perspective montrant la structure polyédrique support du filtre de la figure 1. La figure 3 montre schématiquement la façon dont s'effectue le bobinage de la nappe de fils formant paroi filtrante sur la structure de la figure 2. La figure 3a est une vue en détail d'une fraction du tambour du filtre. La figure 4 est une vue schématique, en coupe suivant un plan passant par l'axe, d'un filtre constituant une variante de celui de la figure 1. La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe montrant la façon dont peuvent être assemblés les divers éléments constitutifs de la structure polyédrique Le filtre représenté en figure l peut être regardé comme comportant un tambour de filtration A, des moyens de guidage de l'écoulement B et un dispositif de décolmatage C. Le tambour A comporte une structure polyédrique rigide, montrée sur la figure 2,# qui porte la paroi filtrante constituée par enroulement sur cette structure polyédrique ri#gide d'un fil, comme on le verra plus loin. Le tambour A est monté rotatif dans les moyens de guidage d'écoulement qui comportent une enveloppe approximativement cylindrique 10 munie à sa partie supérieure drune tubulure d'entrée 20 et à sa partie inférieure d'une tubulure de sortie 21. Une cloison 22 oblige le fluide à filtrer à circuler suivant le trajet indiqué par les flèches f. On voit qu'en fonctionnement normal, le fluide passe de l'extérieur à l'intérieur du tambour A. Le dispositif de décolmatage C comporte un asperseur 23 constitué par un tube placé suivant 1'axe du tambour A et qui pénètre dans celui-ci à travers une plaque de fermeture du tambour 24. L'autre extrémité de l'asperseur 23 est obturée. Le long d'une génératrice de l'asperseur 23 est ménagée une fente 25 (qui peut être remplacée par une série de trous ali gnés) destinée à fournir un jet dirigé vers la paroi filtrante, sous forme d'une nappe étroite. L'asperseur communique avec une tuyauterie 26 d'alimentation en fluide de nettoyage sous pression convenable. L'enveloppe est également munie d'une tuyauterie 27 d'évacuation du fluide de nettoyage et des impuretés colmatées, arrachées au tambour par le fluide de nettoyage.En donnant à la cloison 22 une forme évasée vers le bas, on rassemble le fluide de nettoyage et surtout les impuretés dans une rigole communiquant avec la tuyauterie d'évacuation, ce qui permet d'éviter de polluer le liquide à filtrer lors de la remise en service. Le fonctionnement du dispositif de décolmatage ressort de la description qui précède : lorsqu'on envoie le fluide de-net- toyage sous pression par la tuyauterie 26, un jet de ce fluide est projeté par la fente 25 sur le tambour, décolle les impure- tés et les entratne à l'extérieur par la tuyauterie d'évacuation 27. En faisant alors tourner lentement le tambour autour de son axe, on présente successivemnt au jet toutes les parties de la paroi filtrante. il est aussi bien possible d'agencer le filtre pour que l'asperseur 23 puisse tourner à l'intérieur du tambour dont il peut ainsi nettoyer successivement toute les parties. On peut, si nécessaire, recommencer l'opération avec plusieurs fluides successifs pour assurer le nettoyage, puis le rinçage, puis le séchage de la paroi filtrante. Il est possible de récupR; rer le fluide de nettoyage b-la tuyauterie 23, de le débarasser de ses impuretés par un procédé quelconque et de le réintroduire dans l'asperseur 23 par la tuyauterie 26 ; ceci permet de réaliser un nettoyage important en ne consommant qu'une quantité modérée de fluide de nettoyage. Naturellement, pour que le filtre fonctionne correctement en service normal, il faut que les défauts d'étanchéité éventuels entre la paroi filtrante et la plaquedb fermeture amont 24 du tambour n'aient pas une dimension supérieure à la dimension des orifices de filtration et que la face aval du tambour (face inférieure) qui est ouverte communique exclusivement avec la tubulure de sortie 21, ce qui implique une réalisation appropriée des organes permettant au tambour de tourner autour de son axe. Le dispositif peut aussi bien être réalisé avec un axe horizontal, la fente 25 étant alors avantageusement dirigée vers le bas. Le tambour A comporte avantageusement une paroi filtrante constituée par l'enroulement d'un fil sur une structure rigide, comme illustré schématiquement sur les figures 2 et 3. La structure est constituée de longerons minces Il soudés ou collés sur des cerceaux rigides 12 ; à leurs deux extrémités ces longerons sont fixés sur des embouts d'extrémité 13 et 14 plus massifs que les cerceaux et qui servent notamment à monter le tambour dans le filtre ; l'armature de tambour ainsi constituée est alors "filetée" sur le sommet des longerons à un pas légèrement supérieur au diamètre du fil 15 qu'on se propose d'y enrouler csest-à-dire que l'outil de tour découpe sur les sommets des différents longerons Il des encoches de filetage destinées à recevoir le fil . Il suffit que ces encoches aient une profondeur suffisante pour retenir le fil en place. Une fois la structure-support réalisée, le fil 15 est enroulé sur elle, comme illustré sur la figure 3. Le fil de faible diamètre 15 est dévidé d'une bobine mère 16 et enroulé soigneusement sur le tambour au même pas que le filetage ; il se loge à fond d'encoche sur chaque longeron et constitue à la périphérie du tambour une paroi filtrante dont la maille ( la maille du filtre étant la distance entre deux fils successifs) est égale à la différence entre le pas du filetage et le diamètre du fil. Cette différence peut être rendue pratiquement aussi petite qu'on le désire en fonction de la finesse de filtration requise. Les embouts d'extrémité 13 et 14 du tambour A peuvent être polygonaux pour se raccorder exactement à la nappe de fil tendu qui constitue la paroi filtrante. Mais il est souvent plus commode et moins coûteux de donner à ces embouts une forme de révolution. Pour assurer l'étanchéité à la jonction entre la nappe de fils et les embouts, il faut alors donner d ces derniers une forme légèrement conique, le petit diamètre venant s'inscrire dans le polygone & la nappe de fil et le grand dial mètre étant au moins égal au diamètre du cercle circonscrit à ce polygone, comme indiqué schématiquement sur la figure 3a' Au début de l'enroulement le fil 15 descend progressivement de la paroi conique sur la structure polyédrique et passe insensiblement de la forme circulaire à la forme polygonale sans qu'à aucun moment il n'y ait entre deux spires successives, ou entre une spire et la structure, un intervalle trop grand par lequel les impuretés du fluide à filtrer pourraient passer. On peut évidemment enrouler sur la structure polyédrique non pas un fil, mais plusieurs, avec un pas correspondant à la distance entre un nombre d'encoches successives égal au nombre de fils. Si nécessaire, on peut par ailleurs coller sur les longerons 11 des languettes métalliques longitudinales suffisamment épaisses pour qu'elles puissent à leur tour entre filetées, ainsion pourra enrouler autour de la nappe filtrante une deuxième nappe de fils plus épais (et à plus grand écartement) qui protège la nappe de filtration, plus fragile, Dans la variante de réalisation de l'invention illustrée en figures4 et 5, le filtre est à axe horizontal.L'enveloppe B' a une forme bitronconique qui facilite l'écoulement du fluide de nettoyage par la tuyauterie de vidange 27a sans risque de pollution de la tubulure amont 20a ou de la tubulure aval 21a. On retrouve, sur la figure 4, le tambour de filtrage At constitué par une structure polyédrique portant une nappe de fil enroulé qui constitue la paroi filtrante. L'extrémité amont du tambour est obtureépar un fond étanche 24aS tandis que l'extrémité aval est ouverte et communique avec l'embout de sortie 21a. Le tambour A' est monté rotatif sur un palier aval de grand diamètre 28 monté dans 1 'enveloppe B' et sur un palier amont 29 fixé par trois entretoises 37 (figure 5).L'asperseur 23 est constitué par un tuyau de forme tronconique, dont la génératrice dirigée vers le bas est fendue sur toute la longueur du tuyau. Cette fente s'ouvre dans une tuyère d'aspersion constituée de deux plaques 39 soudées au tuyau de part et d'autre de la fente et très rapprochées à leur extrémité inférieure pour fournir un jet en forme de nappe étroite h grande vitesse. La base de l'asperseur est fixée au corps du palier 29, percé d'un passage qui communique avec la tuyauterie 26a d'alimentation enfluide de décolmatage. Enfin, l'enveloppe est encore munie d'une tubulure de dégazage 38 lorsque c'est nécessaire. Un dispositif d 'entra#nement du tambour en rotation (qui n'a pas été montré sur le schéma de la figure 1) est nécessaire. Dans le mode de réalisation montré en figures 4 et 5, ce mécanisme d'entra#nement comporte un pignon 32 dont l'arbre 33 traverse de façon étanche l'enveloppe et se termine par un carré de manoeuvre . Ce pignon engrene-une couronne dentée portée par le tambour AI. Comme dans le cas précédent, on peut prévoir de nettoyer le filtre à l'arrtt, alors qu'il ne contient pas de iiquide à filtrer. On peut aussi prévoir d'effectuer ce nettoyage en marche, à condition d'utiliser à cet effet une partie du fluide filtré ou bien un fluide non miscible avec le fluide à filtrer (par exemple un liquide si le fluide à filtrer est un gaz, ou inversement) On décrira maintenant, à titre d'exemple, un procédé de fabrication du tambour qui permet de surmonter les difficultés nées du manque de rigidité de la structure légère proposée par l'invention et qui se substitue aux structures massives antérieurement envisagées. Pour-fabriquer le tambour, on utilise l'outillage représenté schématiquement sur la figure 6. Cet outillagé comporte un axe 40 sur lequel sont bloquées, entre une butée fixe 41 et une butée mobile 42 serrés par un écrou 43, plusieurs lames supportsrigides 44 dont la découpe est telle qu'elles centrent exactement les cerceaux 12 et les embouts 13 et 14. Grace aux encoches prévues dans les plaques supports 44, les cerceaux et les embouts peuvent entre glissés en place. Ils sont ensuite retenus à l'aide de pinces à ressorts ou de tout autre accessoire de fixation à montage et démontage rapides. L'outillage qui vient d'entre décrit présente une rigidité suffisante pour éviter toute déformation appréciable lors de l'assemblage et de la fixation des longerons 11 sur les cerceaux 12 et les embouts 13 et 14. Une fois cette fixation effectuée, l'outillage et la structure qu'il porte sont montés sur un tour en vue de la découpe des encoches de réception du fil et du bobinage de ce dernier. Plutôt que d'utiliser un outil de coupe, forcément très mince et qui résisterait mal aux chocs successifs sur les différents longerons 11, il est préférable d'employer une fraisescie 45,montrée schématiquement sur la figure 6. Cette fraisescie peut avoir une périphérie en V pour tailler dans les longerons de#ncoches retenant bien le fil. Si l'on souhaite toutefois conserver un outil de coupe classique, les longerons sont avantageusement réalisés en-un métal ou alliage relativement tendre, tel que les bronzes et divers alliages légers. Une fois le tambour terminé, l'outillage est démonté et ses pièces constitutives sont retirées du tambour.Pour cela, il suffit d'enlever successivement l'écrou 43, puis la butée 42, puis l'axe et enfin les trois plaques suppots 44. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples et il doit être indiqué que la portée du présent brevet s'étend aux variantes restant dans le cadre des équivalences mécaniques. REVENDICATIONS 1. Filtre pour fluide comprenant une paroi filtrante perméable, des moyens de guidage destinés à obliger le fluide a filtrer à traverser ladite paroi filtrante, et un dispositif de décolmatage, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte un asperseur muni d'un passage de sortie et de moyensd'alimentation en un fluide de décolmatage, qui peut être identique au fluide à filtrer, lesdits moyens et l'asperseur étant agencés pour que celui-ci dirige, lorsqu'il est alimenté, un jet dudit fluide de décolmatage, à vitesse très supérieure à la vitesse de passage du fluide lors du filtrage, vers une fraction faible de la paroi filtrante, et des moyens pour déplacer à volonté, l'un par rapport à l'autre, l'asperseur et la paroi filtrante suivant une trajectoire# telle que le jet balaie pratiquement la totalité de ladite- paroi. 2. Filtre suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ladite fraction est inférieure au dixième et en ce que la vitesse du jet a une valeur supérieure à 10 fois celle du fluide à travers la paroi filtrante lors du fonctionnement normal. 3. Filtre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi filtrante est approximativement de révolution autour d'un axe, l'asperseur étant monté suivant ledit axe. 4. Filtre suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi filtrante est disposée sur un tambour monté rotatif devant le dispositif asperseur. 5. Filtre suivant -l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation de l'aspe seur sont prévus pour fournir successivement plusieurs fluides successifs en vue du nettoyage, du rinçage et/ou du séchage du filtre. 6. Filtre suivant l'une quelconque des revendicetions précédentes, caractérisé en ce que le fluide de décolmatage est constitué par un fluide non miscible avec le fluide à filtrer ou est constitué par une fraction du fluide déjà filtré, de façon à permettre le nettoyage du filtre sans interruption de son fonctionnement. 7. Filtre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi filtrante est constituée par une nappe de fils enroulée en hélice sur une structure polyédrique forfor--------------------------------------------------~~~~~~~~~~~~ mée par un treillis de pièces minces 8. Filtre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la structure polyédrique comporte, sur ses arêtes, des encoches de réception du fil disposées suivant une hélice de pas légèrement supérieurs au diamètre du fil. 9. Filtre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la structure polyédrique comprend des embouts d'extrémités tronconiques, l'extrémité de petit diamètre étant dirigée vers l'intérieur du tambour et ayant un diamètre qui s'inscrit dans le polygone de la nappe de fils tandis que l'autre extrémité a un diamètre supérieur au diamètre du cercle circonscrit à ce polygone. 10. Filtre selon la revendications 7,8 ou 9, caractérisé par des languettes fixées sur les longerons et portant une deuxième nappe de fils de protection, plus résistants que les fils de la nappe de filtrage, enroulés en hélice avec un pas plus important que celui de la nappe de fils de filtrage. 11. Procédé de fabrication d'un filtre suivant l'une quelconque des revendications 8, 7 à 10, caractérisé en ce que le montage et la fixation de la structure polyédrique, la découpe des encoches dans les arêtes de ladite structure et l'enroule- ment du fil sont effectués sur un outillage rigide démontable, destiné à éviter les flexions de la structure et qui est démonté après l'achèvement du tambour.