Brevet FR2505207A1 — publié le 19821112

La présente invention concerne des séparateurs centrifuges pour séparer des souillures de fluides souillés. Les filtres à fluide courants, tels que filtres à huile, sont fondamentalement des tamis mécaniques comportant un élé- ment filtrant à pores qui captent les saletés et les séparent du fluide. Etant donné que l'écoulement à travers le filtre est fonction de la grandeur des pores, l'écoulement dans le filtre diminue à mesure que la garniture du filtre se trouve obstruée par de la saleté.Etant donné que le systeme de filtration doit éliminer la saleté à la vitesse même à laquelle elle pénètre dans l'huile, une garniture courante obstruée ne peut traiter suffisamment l'huile pour maintenir le niveau de saleté de 1' huile à un niveau satisfaisant.Un autre inconvénient de certains filtres du type tamis mécanique est qu'il tendent à éliminer les additifs de l'huile.En outre,les additifs peuvent être appauvris dans une certaine mesure en agissant sur la saleté occluse dans le filtre et sont rendus inefficaces pour le rôle qu'ils doivent jouer sur une surface active dans un moteur. La technique antérieure a proposé des filtres centrifuges qui n'agissent pas en tamis mécaniques, mais éliminent plutôt des souillures d'un fluide par centrifugation. Par exemple, un tel filtre est représenté dans le brevet US 3 432 O91,accordE à Beazley. Dans le brevet Beazley est représenté un rotor creux qui est monté rotatif sur un arbre. L'arbre présente un passage axial qui canalise l'huile jusqu'à l'intérieur du rotor. Des orifices de sortie dirigés tangentiellement sont ménagés dans le rotor de sorte que le rotor tourne lorsque le fluide sort de ceux-ci.Des solides,tels que saleté,sont centrifugés vers les parois latérales du rotor et la saleté peut être ultérieurement retirée par montage du rotor et grattage détachant le gâteau de filtre des parois latérales. De tels filtres centrifuges comportent des entrées et sorties d'huile traversant la base du filtre,étant donné que l'ac- cès au rotor aux fins de nettoyage est ménagé en retirant un couvercle d'enveloppe et en retirant alors le rotor de l'arbre. Ceci nécessite le moulage d'une base relativement lourde et à usinage élaboré pour le séparateur centrifuge et le séparateur lui-même est destiné à être une installation permanente qui est périodiquement nettoyée pour éliminer l'accumulation de ciouis. Selon la présente invention, il est prévu un séparateur centrifuge pour séparer des souillures de fluides souillés comprenant un moyen enveloppe définissant une première chambre, un arbre s'étendant verticalement dans ledit moyen enveloppe et sur lequel un rotor creux a un montage rotatif, ledit rotor creux définissant une seconde chambre pour recevoir des fluides souillés à séparer, un moyen de passage traversant ledit arbre jusqu'à ladite seconde chambre, des moyens pour faire tourner ledit rotor et faire ainsi en sorte que des souillures présentes dans des fluides souillés dans ladite seconde chambre migrent vers une paroi latérale de ladite seconde chambre sous l'influence de la force centrifuge et soient séparées de ces fluides souillés, lesdits moyens de rotation dudit rotor comprenant des moyens orifices de sortie montés sur ledit rotor en communication de fluide avec ladite seconde chambre pour faire en sorte que ledit rotor tourne lorsque du fluide est déchargé de ladite seconde chambre dans ladite première chambre, un moyen orifice de sortie partant de ladite première chambre, et un moyen déflecteur prévu entre lesdits moyens orifPcias de sortie montés tangentiellement et le moyen orifice de sortie partant de la première chambre pour dissiper l'accumulation-de fluide sur les parois latérales intErieiures de la premiere chambre qui tendrait à contrecarrer la rotation du rotor. Le séparateur centrifuge peut être peu onéreux afin qu' on puisse s'en débarrasser après usage au lieu de le démonter pour le nettoyer. Par exemple, le séparateur peut être remplacé tous les 80 000 km ; par conséquent, sa structure peut ne pas être aussi robuste que pour les séparateurs centrifuges courants. Une entrée peut être prévue à une extrémité du séparateur et une sortie axialement alignee peut être prévue à l'autre extrémité du séparateur, de sorte que l'aspect extérieur du dispositif est très similaire à un filtre courant du type cartouche filtrante à poser par vissage sur le bloc moteur d'une automobile. La grandeur du filtre est tres inférieure au filtre type représenté dans le brevet US 3 432 091, et ne comporte donc pas le fond de calandre relativement grand entre le rotor et la sortie.En conséquence, l'huile tend à s' accumuler le long de la paroi latérale de la calandre extérieure dans la zone où elle est frappée par l'huile émanant des ajutages. Parfois, cette accumulation peut devenir assez importante pour contrecarrer la rotation du rotor pour engendrer un facteur de traînée qui est un million de fois supérieur à celui engendré par l'air entourant le rotor. Pour résoudre ce problème, le séparateur comporte un déflecteur situé entre le rotor et la sortie du séparateur pour dissiper l'accumulation de fluide sur la paroi latérale du séparateur, qui tendrait à contrecarrer la rotation du rotor. On va maintenant décrire la forme préférée de l'invention. Un moyen enveloppe fermé définit une première chambre et un arbre dirigé verticalement est monté dans l'enveloppe et porte un rotor creux, à scellement permanent, monté rotatif sur lui. Ce rotor définit une seconde chambre pour recevoir des fluides souillés à séparer et 11 arbre comprend un tube creux intérieur et un tube creux extérieur entourant le tube intérieur et espacé de lui. Un orifice d'admission est prévu à une ex extrémité du tube intérieur pour admettre des fluides souillés et un orifice de sortie est prévu près de l'autre extrémité du tube intérieur pour amener des fluides souillés dans 1' espace séparant les tubes intérieur et extérieur. I1 est en outre prévu un orifice de sortie voisin d'une extrémité du tube extérieur à une extrémité du tube distante de 1 'autre extrémité du tube intérieur et communiquant avec la seconde chambre. Un tamis entoure le tube extérieur, et définit avec le tube extérieur une troisième chambre.Un déflecteur empêche l'orifice de sortie du tube extérieur de communiquer directement avec la troisième chambre. Le rotor tourne pour faire en sorte que les souillures présentes dans les fluides souillés dans la seconde chambre migrent vers une paroi latérale de la seconde chambre sous l'influence de la force centrifuge et soient séparées des fluides souillés. Le rotor tourne sous l'effet d'orifices de sortie montés tangentiellement sur le rotor en communication de fluide avec la troisième chambre pour faire en sorte que le rotor tourne lors du déchargement de fluide de la seconde chambre dans 18 $reZiEre chambre. I1 est prévu une valve de soutirage dans la première chambre pour permettre un drainage adéquat. Le drainage doit traverser un raccord de sortie plus petit par sa section de passage que le drain de nombreux agencements selon la technique antérieure. La valve de soutirage fournit une référence atmosphérique entre l'intérieur et l'extérieur de la première chambre, assurant ainsi la mise à l'atmosphère de la section créée pendant drainage. I1 est encore prévu un moyen déflecteur entre le rotor et l'orifice de sortie. Suivant un aspect préféré de la présente invention, le moyen déflecteur comprend un tamis plat qui s'étend de l'arbre de rotor jusqu'aux parois latérales de la première chambre. Le déflecteur empêche le fluide de remonter sur la paroi latérale de la première chambre pour entraver le rotor en rotation. En outre, le moyen déflecteur tend à réduire les vibrations de l'arbre, attendu qu'il agit en organe raidisseur. Le dessin représente à titre d'exemple, partiellement en coupe, un filtre centrifuge préféré selon la présente invention, et un raccord de montage sur le bloc moteur propre à recevoir le filtre. En se référant maintenant au dessin,ilyest représenté à titre d'exemple un séparateur centrifuge 10 comportant une enveloppe scellée 11 qui définit une première chambre 12. L' enveloppe 11 forme un pot en tôle emboutie comportant un cou vercle 13 relié au pot par un serti 14 du type courant pour boites métalliques. Le couvercle 13 comporte un disque de support 15 relativement épais et une couronne relativement mince 16 soudée au disque de sutnort 15. La couronne 16 a la forme voulue cour retenir un joint étanche 17 dans une gouttière faconnée sar roulage roulée 18. Un raccord d'entrée 19 aligné axialement traverse le disque de support 15 et lui est associé de manière permanente.Un raccord de sortie 20 aligné axialement est fixé de manière permanente à l'autre extrémité de l'enveloppe 11 et s'étend à travers cette extrémité. A l'enveloppe 11 est aussi fixée une valve de soutirage 48 comportant un boulet léger 50 qui demeure écarté de son siège par gravité pendant le fonctionnement du filtre. Si pour quelque raison l'écoulement de sortie est étranglé, la première chambre se remplit d'huile, ce qui repousse le boulet contre son siège et évite des fuites d'huile dans l'atmosphè- re. On conçoit que la facture et la configuration des raccords d'entrée et de sortie 19 et 20 dépendent d'exigences particulières de montage du séparateur. Un rotor creux 21 est monté rotatif sur un montage d' arbre 22. Le rotor 21 définit une seconde chambre 23 et comprend un pot 24 fermé par une base 25 réunie au pot 24 par un serti 26. Des orifices de sortie 27 et 28 tangentiels et di rigés à l'opposé sont formés dans la base 25 dans des dépressions 29. Le montage d'arbre 22 comprend un tube intérieur 30 vissé dans le raccord d'entrée 19 et un tube extérieur 31 disposé concentriquement monté par des paliers 32 de façon à tourner par rapport au tube intérieur 30. Le montage de rotor 21 est fixé sur le tube extérieur rotatif par des anneaux fendus 33. Le montage de rotor 21 et le montage d'arbre 22 sont supportés par le raccord d'entrée 19 qui présente un col 34 pé nétrant dans le tube extérieur 31 et par un gros ressort 35 qui comporte un patin de butée 36 pénétrant dans le tube in térieur 30. Le ressort 35 permet à du fluide d'accéder de la première chambre 12 au raccord de sortie 20. De l'huile pénètre dans le raccord d'entrée 19 à partir d'un raccord 37 prévu sur un bloc moteur 38 et s'écoule jusqu' à un orifice de sortie 3g ménagé dans le tube 30. L'orifice de sortie 39 est normalement fermé par une valve de retenue 40 qui comprend un tiroir 41 coulissant dans le tube intérieur 30 jusqu'en une position normale de fermeture située en travers de l'orifice 39 et maintenu dans cette position par un ressort 42. Pour une pression prédéterminée apparaissant dans le tube 30, le tiroir glisse à l'encontre du ressort 42 pour ouvrir l'orifice 39. Ainsi, en régime de ralenti ou de -mise en route, alors que la pression d'huile n'est pas forte, le séparateur 10 ne peut pas fonctionner.L'huile sortant de 1' orifice de sortie 39 s'écoule, à travers un espace séparant les tubes intérieur et extérieur et à travers des orifices de sortie 43, dans le tube extérieur. Un déflecteur 44 est prévu autour des orifices de sortie 43 pour diriger l'huile vers l'intérieur de la seconde chambre 23. L'huile sort de la seconde chambre 23 pour passer dans la première chambre 12 à travers les ajutages de réaction 27 et 28.Pour atteindre les ajutages de réaction 27 et 28, l'huile doit traverser un tamis cylindrique 45 qui entoure le tube extérieur et qui, avec le déflecteur 44 et une plaque annulaire 46, définit une troi sième chambre 47. I1 est souhaitable que le tamis 45 ait des mailles plus fines que les orifices d'ajutage 27 et 28 afin que ces orifices ne soient pas obstrués par d'éventuelles grosses particules pouvant tendre à passer dans la troisième chambre 47. De l'huile est expulsée de la seconde chambre à travers les orifices de sortie 27 et 28 montés tangentiellement et, attendu que ces orifices sont dirigés à l'opposé, ils provoquent la rotation du montage de rotor 21 selon le principe du moteur de Hero. Pendant la rotation du montage de rotor 21, les solides suspendus passent sur la paroi latérale du rotor et y sont retenus avec une force qui dépend de la pression d'huile opé- ratoire du moteur. A la longue, les particules de saleté et le cambouis forment une masse caoutchouteuse sur la paroi latérale du rotor. Au bout d'un nombre prédéterminé de kilomètres, cette masse s'accumule jusqu'à ce qu'il faille remplacer tout le séparateur. Un tamis déflecteur 55 est prévu pour éviter l'accumulation de fluide le long de la paroi latérale intérieure de la première chambre 12. Si le tamis 55 n'était pas présent le fluide sortant des orifices de sortie tangentiels 27 et 28 tendrait à remonter sur les parois latérales de la première chambre 12, comme indiqué par la ligne interrompue 56. Bien que la théorie de fonctionnement du tamis 55 ne soit pas en tièrement comprise, sa présence tend à aplatir la courbure de la surface du liquide jusqu'au niveau indiqué par la ligne 57. Le déflecteur 55 est un morceau de tamis en forme de disque présentant un trou central qui tend aussi à stabiliser 1' arbre à grandes vitesses, étant donné qu'il agit en support structural. Bien entendu, on conçoit qu'on pourrait utiliser d'autres déflecteurs, tels que rayons,- rayonnant de L'arbre vers la paroi latérale de la première chambre, ou d'autres moyens de nature à rompre le tourbillonnement régulier de l'huile en cours de sortie par les orifices de sortie tangentiels 27 et 28. L'invention n'est pas limitée à l'imitation servile de chacun des détails décrits ci-dessus. Il est évident qu'on pourrait prévoir des dispositifs comportant modification, suppression ou adjonction de certains détails particuliers, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, il est préférable que le déflecteur 55, bien qu'empêchant un déplacement vers le haut de huile au niveau des parois latérales de la première chambre 12, ne gêne pas matériellement l'écoulement descendant normal de l'huile s'écartant des orifices 27 et 28. Ainsi le déflecteur peut présenter une ouverture centrale (qui peut éventuellement couvrir le tiers de son aire) et/ou être concave (par exemple avec une inclinaison de 30-45 ). Si le déflecteur présente une ouverture centrale, il peut être sous la forme d'une plaque métallique annulaire, facultativement concave. REVENDICATIONS 1. Séparateur centrifuge pour séparer des souillures de fluides souillés comprenant un moyen enveloppe définissant une première chambre, un arbre s'détendant verticalement dans ledit moyen enveloppe et sur lequel un rotor creux a un montage rotatif, ledit rotor creux définissant une seconde chambre pour recevoir des fluides souillés à séparer, un moyen de passage traversant ledit arbre jusqu' ladite seconde chambre, des moyens pour faire tourner ledit rotor et faire ainsi en sorte que des souillures présentes dans des fluides souillés dans ladite seconde chambre migrent vers une paroi latérale de ladite seconde chambre sous l'influence de la force centrifuge et soient séparées de ces Fluide souilles, lesdits moyens de rotation dudit rotor comprenant des moyens orifices de sortie montés sur ledit rotor en communication de fluide avec ladite seconde chambre pour faire en sorte que ledit rotor tourne lorsque du fluide est déchargé i seconde chambre dans ladite première chambre, un moyen orifice de sortie partant de ladite première chambre, et un oyen déflecteur prévu entre lesdits moyens orifices de sottie montés tangentiellement et le moyen orifice de sortie partant de la première chambre pour dissiper l'accumulation de fluide sur les parois latérales intérieures de la première chambre qui tendrait à contrecarrer la rotation du rotor. 2. Séparateur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen orifice d'entrée à une extrémité dudit arbre, ce moyen orifice d'entrée étant, à ladite première extrémité dudit arbre, axialement aligné avec l'axe dudit arbre et ledit orifice d'entrée comportant des moyens propres à le fixer de manière amovible sur un raccord de bloc moteur. 3. Séparateur centrifuge selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen orifice de sortie partant de ladite première chambre est axialement aligné avec ledit moyen orifice d'entrée. 4. Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen déflecteur s'étend radialement entre ledit arbre et la paroi latérale intérieure de la première chambre. 5. Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen déflecteur comprend un tamis. 6. Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur présente une ouverture centrale d'écoulement d'huile. 7. Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur est concave. 8. Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit arbre comprend un tube creux intérieur et un tube creux extérieur entourant ledit tube intérieur et espacé de lui, et en ce qu' il existe un orifice d'entrée situé à une extrémité dudit tube intérieur pour admettre des fluides souillés, un premier orifice de sortie situé près de l'autre extrémité dudit tube in térieur pour amener le fluide souillé dans l'espace séparant les tubes intérieur et extérieur, un second orifice de sortie voisin d'une extrémité dudit tube extérieur situé à une extrémité dudit tube distante de ladite autre extrémité dudit tube intérieur et communiquant avec ladite seconde chambre, un moyen tamis entourant ledit tube extérieur et définissant avec ledit tube extérieur une troisième chambre à l'intérieur de ladite seconde chambre et un moyen déflecteur empêchant ledit second orifice de sortie de communiquer directement avec ladite troisième chambre. 9. Séparateur centrifuge selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une valve répondant à la pression est prévue entre les orifices d'entrée et de sortie dudit tube intérieur et peut s'ouvrir lorsqu'est atteinte une pression prédéterminée. 10. Séparateur centrifuge selon la revendication 9, ca ractérisé en ce que ladite valve répondant à la pression comprend un tiroir de valve coulissant dans ledit tube intérieur et sollicité par ressort vers une position d'interception de l'orifice de sortie dudit tube intérieur en l'absence de ladite pression prédéterminée.