Brevet FR2503584A1 — publié le 19821015

I La présente invention concerne les dispositifs d'épu- ration des liquides moteurs des commandes hydrauliques et des liquides lubrifiants des circuits de graissage des machines et des équipements, et a notamment pour objet une centrifugeuse pour l'épuration des liquides moteurs des systèmes hydrauliques. La centrifugeuse d'épuration des liquides moteurs des systèmes hydrauliques, faisant l'objet de l'invention, peut être utilisée dans les systèmes hydrauliques des machines mobiles, dans les systèmes de graissage des moteurs à explosion et dans les systèmes d'alimentation en carburant,,ainsi que dans les procédés technologiques d'épuration d'huiles et de combustibles contenant des impuretés solides. La durée de service et la fiabilité des machines mo- biles des machines-outils, des presses et d'autres maté- riels équipés de commandes hydrauliques dépendent, dans une grande mesure, de la propreté des liquides moteurs des systèmes hydrauliques, des huiles de graissage et des combustibles. De ce fait, la création de dispositifs permettant de satisfaire aux exigences devenant de plus en plus sévères, en ce qui concerne la propreté des li- quides de travail, est à l'heure actuelle d'une grande importance. Ce problème devient particulièrement pressant à cause de la tendance continue à augmenter la pression de fonctionnement des systèmes hydrauliques. A l'heure actuelle, les liquides moteurs des sys- tèmes hydrauliques sont épurés soit à l'aide de filtres de types variés pourvus d'éléments filtrants interchan- geables en papier, en toile métallique ou autres, soit à l'aide de dispositifs utilisant des champs de force (gravitiques, magnétiques, électrostatiques, centrifuges). Les impuretés se formant dans les liquides de tra- vail pendant l'utilisation des organes hydrauliques se composent essentiellement de particules de métaux et de quartz. Les systèmes hydrauliques modernes utilisent des accessoires hydrauliques conçus pour des pressions égalesau supérieures à 20 MPa et dans lesquels les jeux entre les éléments conjugués sont de 10 à 25 microns, Les dispositifs pour l'épuration des liquides moteurs doivent donc être capables de retenir d'une manière active des particules de métaux et de quartz d'une grandeur supérieure à 10 microns. Il est connu que l'utilisation de filtres capa- bles de retenir des particules d'une grandeur de 10 à 15 microns est extrêmement difficile du fait de l'accroisse- ment du coût des filtres et de leurs dépenses d'exploi- tation résultant de la diminution de la durée de service et de la capacité de rétention d'impuretés de l'élément filtrant. C'est pourquoi on a actuellement recours, sur une échelle sans cesse croissanteaux épurateurs centrifuges dits centrifugeuses pour l'épuration des liquides de tra- vail dans les systèmes hydrauliques, les systèmes d'ali- mentation en combustible et les systèmes de graissage, ces centrifugeuses étant capables d'assurer pratiquement n'importe quel degré voulu de propreté du liquide, tout en étant d'une construction relativement simple et d'un entretien peu coûteux. Les objectifs visés et les domaines spécifiques de l'utilisation des centrifugeuses dans les systèmes hydrau- liques au lieu de filtres ou associéesà ceux-ci ont déter- miné les particularités de leur réalisation, notamment en ce qui concerne leur entraînement assuré directement par le courant du liquide à épurer qui est essentiellement une suspension d'une très faible concentration. On connatt une centrifugeuse d'épuration des huiles de graissage des moteurs à explosion de la Société ouest- allemande Mann und Hummel (Cf. le brevet de la R.F.A. nO 1.123.625, cl.82 B 7, rendu public le 10 Août 1962). La centrifugeuse comprend une embase avec une enve- loppe, un axe vertical fixe creux par lequel le liquide à épurer arrive à l'intérieur d'un tambour rotatif, monté sur l'axe au moyen de roulements. Le tambour est entrat- né en rotation par un moteur hydraulique intégré du type à roue de Segner disposé dans une chambre séparée sous le tambour. Cette centrifugeuse est d'un grand encombrement et nécessite pour sa fabrication une grande quantité de métal à cause de la chambre servant à assurer l'écoulement libre du liquide des tuyères du moteur hydraulique et à recueillir les fuites de drainage du liquide à épurer, En outre, le liquide moteur débouchant des tuyères de la roue de Segner absorbe de l'air, ce qui nuit au fonc- tionnement des pompes et des autres accessoires des sys- tèmes hydrauliques. On connaît aussi une autre centrifugeuse d'épura- tion de l'huile de graissage des moteurs à explosion, comprenant une embase à enveloppe et un axe fixe creux vertical par lequel le liquide à épurer arrive à l'inté- rieur d'un tambour rotatif monté sur l'axe au moyen de roulements (cf. le brevet de la Tchécoslovaquie n0 101613, cl. 46C, 14 rendu public le 15.09.1961). Dans cette centrifugeuse, un tambour doté d'un moyeu est entrainé en rotation également à l'aide d'un moteur hydraulique incorporé du type à roue de Segner doté de tuyères et disposé dans une chambre isolée audessus du tambour de la centrifugeuse. Pour que le liquide débouchant des tuyères ne se répande pas sur le tambour en rotation, on a prévu un écran. Les ouvertures d'arrivée du liquide moteur prati- quées dans le moyeu du tambour sont protégées par un déflecteur qui empêche les impuretés d'être entrainées de la surface intérieure du tambour. Les inconvénients de la centrifugeuse connue résident en ce que le liquide moteur s'y trouve saturé d'air et qu'elle est encombrante et nécessite pour sa fabrication une grande quantité de métal à cause de la chambre ren- fermant les tuyères du moteur hydraulique, alors que le déflecteur empêchant l'enlèvement des impuretés de la surface intérieure du tambour a pour effet d'augmenter la puissance absorbée par la centrifugeuse. On connatt,en outre, une centrifugeuse d'épuration du liquide moteur comprenant une embase avec une enveloppe, un axe fixe creux vertical monté sur l'embase et sur lequel est monté au moyen de roulements un moyeu portant un tambour, des tubulures pour l'amenée du liquide à épurer à l'intérieur de l'axe et l'évacuation du liquide épuré dans le tambour, cette centrifugeuse étant consi- dérée comme la plus proche de celle faisant l'objet de la présente invention (cf. l'article de G.A. Smirnov et autres, "Nouvelle centrifugeuse pour l'épuration de l'huile", éditions de ZNIITEtraktoroselkhozmache, rendu public en 1972, pages 35 à 42). Dans la partie inférieure de la paroi du moyeu de cette centrifugeuse connue sont pratiquées des ouvertures disposées radialement et en face desquelles sont dispo- sées des ouvertures pratiquées tangentiellement dans l'axe et servant à amener le liquide à épurer à l'intérieur du tambour, alors que dans la partie supérieure du moyeu sont pratiquées des ouvertures disposées tangentiellement et servant à l'évacuation du liquide épuré de l'enceinte du tambour. L'énergie cinétique du liquide passant par les ouver- tures tangentielles de l'axe et par les ouvertures ra- diales et tangentielles du moyeu provoque la rotation du moyeu avec le tambour. Sous l'effet des forces centrifuges agissant à l'intérieur du tambour, les particules solides se séparent du liquide à épurer et se déposent à la sur- face intérieure du tambour. Dans la centrifugeuse connue, le moteur hydraulique est disposé dans le tambour lui- même de la centrifugeuse, ce qui permet de réduire son encombrement et d'éviter la saturation en air du liquide moteur qui n'est pas en contact avec l'air. Toutefois, par suite des hautes vitesses d'écoule- ment du liquide par les ouvertures tangentielles de l'axe, nécessaires à l'obtention d'une vitesse de rotation suffisamment élevée du tambour, les impuretés sont entrai- nées de la paroi intérieure du tambour, pendant la mise en marche et le fonctionnement de la centrifugeuse, ce qui baisse la qualité de l'épuration du liquide. On stest donc proposé de mettre au point une centri- fugeuse pour l'épuration des liquides moteurs des systèmes hydrauliques, qui permettrait d'éviter que les impuretés soient entraînées de la surface intérieure du tambour, ce qui permettrait en fin de compte d'améliorer la qualité de l'épuration du liquide moteur en général. Ce problème est résolu à l'aide d'une centrifugeuse pour l'épuration des liquides moteurs des systèmes hydrau- liques.du type comprenant un moyeu portant un tambour renfermé dans une enveloppe et monté au moyen de paliers sur un axe creux vertical fixé dans l'embase de la centri- fugeuse et muni de fentes disposées tangentiellement pour l'amenée forcée du liquide à épurer dans le tambour à travers des ouvertures prévues dans le moyeu et disposées en face de ces fenteset des orifices pratiqués tangen- tiellement dans le moyeu et destinés à la sortie du liqui- de épuré, caractérisée,eelon l'invention, en ce qu'elle est pourvue d'un cylindre perforé à parois minces logé dans le tambour de manière concentrique par rapport à celui-ci, la partie de la paroi du cylindre qui est située dans sa partie inférieure, en face des fentes de l'axe, étant sans perforations. Grâce à ce mode de réalisation de la centrifugeuse, les jets de liquide moteur à épurer arrivant dans la cavité du tambour sont dirigés vers la partie non perfo- rée de la paroi du cylindre et, en venant heurter cette partie, perdent leur vitesse, ce qui prévient l'enlèvement des impuretés déposées sur la surface intérieure du tam- bour tant aux régimes de fonctionnement non établis de la centrifugeuse (au cours de sa mise en marche, par exemple) qu'en cas de débib non stables du liquide à épurer. En outre, dans un tel mode de réalisation, on supprime les dépenses d'énergie supplémentaires. Il est préférable que les fentes disposées tangen- tiellement dans l'axe de la centrifugeuse, en face de la partie non perforée du cylindre, aient des parois laté- rales formées par une spirale logarithmique et que les orifices pratiqués tangentiellement dans le moyeu soient réalisés sous forme d'un convergent. Le fait que les parois des fentes tangentielles de l'axe soient en spirale logarithmique permet de communi- quer au courant de liquide à épurer une plus grande compo- sante tangentielle de vitesse pour une plus faible compo- sante radiale de vitesse, ce qui diminue les pertes hydrau- liques dues au choc du courant de liquide à épurer pendant son entrée dans les ouvertures du moyeu du tambour. En outre, ce mode de réalisation des fentes de l'axe de la centrifugeuse, tout en assurant une vitesse de rotation suffisamment élevée du tambour, permet de diminuer les vitesses radiales des jets de liquide à épurer entrant dans la cavité du tambour, et de diminuer l'enlèvement des impuretés déposées à la paroi intérieure du tambour. Les orifices pratiqués tangentiellement dans le moyeu du tambour et réalisés sous forme d'un convergent permettent de diminuer la vitesse d'entrée du courant dans ces orifices et donc les pertes hydrauliques dans cette partie de la centrifugeuse. De la sorte, ce mode de réalisation des fentes de l'axe et des orifices du moyeu permet de réduire les pertes hydrauliques et, en fin de compte, les dépenses d'énergie pour l'entraînement en rotation du tambour de la centrifugeuse, ainsi que d'assurer une haute qualité de l'épuration du liquide moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemplesnon limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement, en coupe, une vue d'ensemble de la centrifugeuse pour l'épuration du liquide moteur d'un système hydraulique, selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1, selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 1, selon l'invention. La centrifugeuse pour l'épuration des liquides moteurs des systèmes hydrauliques comprend une embase 1 (figure 1) sur laquelle est monté un axe fixe creux vertical 2, des paliers (de roulement dans le cas considéré) 3 et 4, un tambour 5 monté sur un moyeu 6, une enveloppe 7 et des tubulures 8 et 9 servant à amener le liquide à épurer à l'axe 2 de la centrifugeuse et à faire sortie le liquide épuré de l'axe 2. Dans l'axe 2 est pratiqué un canal 10 par lequel le liquide à épurer arrive aux fentes 11 (figures 1, 2) disposées tangentiellement, dont les parois sont réalisées en spirale logarithmique, et aux ouvertu- res 12 pratiquées dans le moyeu 6 du tambour 5. Pour l'évacuation du liquide de la cavité du tambour 5, on a également prévu dans le moyeu 6 des orifices 13 (figures 1, 3) disposés tangentiellement et réalisés sous forme d'un convergent, tandis que dans l'axe 2 sont pratiqués des orifices 14 (figures 1, 3). Entre le moyeu tournant 6 et l'axe fixe 2, on a prévu des joints d'étanchéité ouverts ou sans contact 15,16,17 servant à limiter les fuites de drainage, ainsi que des passages pour le passage du liquide du canal 10 dans le tube 18 communiquant avec la tubulure 9. Le tambour 5 renferme un cylindre perforé 21 à parois minces monté dans les rainures 19 et 20 et percé d'un grande nombre de trous 22 dont le diamètre est très supé- rieur à la dimension des particules d'impuretés se dépo- sant dans la centrifugeuse. La partie 23 du cylindre 21 disposée en regard des ouvertures 12 du moyeu 6 est à paroi pleine. Le fonctionnement de la centrifugeuse est le suivant. Le liquide à épurer se trouvant sous une surpression allant jusqu'à 0,5 MPa est amené à l'intérieur du tambour par les fentes tangentielles 11 pratiquées dans l'axe 2 et par les ouvertures 12. Après avoir traversé la cavité intérieure du tambour 5, le liquide est dirigé vers le circuit de retour par les orifices 13, 14 et par le tube de sortie 18 communiquant avec la tubulure 9. Le tambour de la centrifugeuse est entrainé en rotation par le liquide à épurer lui-même, lors de son passage par lesdits fente 11, ouvertures 12 et orifices 13. Sous l'effet des forces centrifuges agissant à l'intérieur du tambour 5, le liquide se débarrasse des impuretés dont le poids spécifique est supérieur à celui du liquide à épurer. Dans le mode de réalisation envisagé, une pièce intercalaire réalisée sous forme d'un cylindre perforé 21 (figure 1) monté à l'intérieur du tambour 5 de manière concentrique par rapport à celui-ci et présentant une partie à paroi pleine 23 disposée dans sa partie inférieu- re en face des fentes 11 de l'axe 2 et des ouvertures 12 du moyeu 6, permet de protéger les dépôts d'impuretés à la surface intérieure du tambour 5 contre l'action dynamique des jets de liquide à épurer débouchant des ou- vertures 12, tant au cours de la mise en marche de la cen- trifugeuse qu'en cas de débits non stables du liquide à épurer. Pendant la mise en marche de la centrifugeuse, la vitesse de rotation du tambour 5 est inférieure à la vitesse prévue pendant un certain temps. Dans ces conditions, le champ de forces centrifuges est encore faible et les vitesses relatives du liquide à épurer près des parois du tambour peuvent atteindre une valeur impor- tante, de sorte que le liquide risque d'entraIner les impuretés déposées auxdites parois, s'iln'y a pas un dis- positif qui protège les dépÈts. Le cylindre perforé 21 réduit les vitesses relatives du liquide dans l'espace entre le cylindre et la paroi intérieure du tambour 5 aux régimes non stables de fonctionnement de la centrifugeuse. Les vitesses du liquide à l'intérieur du tambour 5 sont lesplus élevées dans la zone o les jets de liquide débouchent des ouvertures 12 du moyeu 6. Pour protéger les parois du tambour 5 contre l'action dynamique de ces jets, la partie 23 du cylindre perforé 21 disposée en face des ouvertures 12 est réalisée à paroi pleine. L'influence du cylindre perforé dans le mode de réa- lisation,selon l'invention, est la plus marquée dans les cas o la centrifugeuse est utilisée dans les circuits de retour des systèmes hydrauliques des machines mobiles, se caractérisant par des débits brusquement variables du liquide moteurauxquels les vitesses des jets de liquide moteur entrant dans le tambour 5 dépassent les valeurs prévues, ainsi que dans les cas o la centrifugeuse est utilisée dans des systèmes hydrauliques utilisant des liquides moteurs d'une viscosité élevée, par exemple lors- que les machines mobiles à commande hydraulique sont exploitées en hiver. Pour réduire les vitesses des jets de liquide à épurer débouchant des ouvertures 12 du moyeu 6 dans la cavité intérieure du tambour 5, les parois latérales des fentes 11 disposées tangentiellement dans l'axe 2 sont réalisées en spirale logarithmique. Ceci permet de dimi- nuer la vitesse radiale des jets de liquide arrivant aux ouvertures 12 et puis dans la cavité du tambour 5, sans réduire la composante tangentielle de la vitesse de ces jets, qui assure la vitesse de rotation prévue du tambour 5. De la sorte, on diminue la vitesse des jets de liquide agissant sur la partie 23 à paroi pleine du cylindre 21 et on évite ainsi l'enlèvement des impuretés déposées à la paroi intérieure du tambour 5. En fin de compte, toutes ces mesures visant à éviter l'enlèvement des impuretés contribuent à l'amélioration de la qualité de l'épuration du liquide moteur. En outre, les perfectionnements selon l'invention améliorent le bilan énergétique de la centrifugeuse. A la différence des centrifugeuses connues o, pour éviter l'enlèvement des impuretés, on utilise des ajutages dis- posés dans la zone d'entrée du liquide dans le tambour et augmentant la résistance hydraulique de la centrifu- geuse, la pièce intercalaire réalisée sous forme de cylindre perforé 21 disposé à une distance assez grande des ouvertures 12 ne provoque aucune augmentation sen- sible des pertes d'énergie, puisque les jets de liquide décélérés par la partie 23 à paroi pleine du cylindre 21 ont une vitesse bien plus faible qu'à la sortie des ouver- tures 12. Le fait que les parois des fentes 11 soient réalisées en spirale loragithmique disposée dans le sens tangentiel, permet d'assurer des conditions favorables d'amenée du liquide aux ouvertures 12, en diminuant les pertes de puissance hydrauliques dans la centrifugeuse. Pour diminuer les pertes de puissance hydrauliques à la sortie du liquide du tambour de la centrifugeuse, les orifices 13 du moyeu 6 sont réalisés sous forme d'un convergent, ce qui permet de réduire la résistance hydrau- lique à l'entrée du liquide dans ces orifices et d'amé- liorer l'orientation du courant de liquide sortant des orifices tangentiels 13. Ce dernier perfectionnement permet, lui aussi, de réduire les pertes de puissance hydrauliques, tout en assurant la vitesse de rotation requise du tambour. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Centrifugeuse pour l'épuration des liquides mo- teurs utilisés dans les systèmes hydrauliques,du type dont le moyeu (6) portant un tambour (5) enfermé dans une enveloppe (7) est monté au moyen de paliers (3,4) sur un axe creux vertical (2) fixé dans l'embase (1) de la cen- trifugeuse et doté des fentes (11) disposées tangentiel- lement pour l'amenée forcée du liquide à épurer dans le tambour (5) à travers des ouvertures (12) réalisées dans le moyeu (6) et disposées en face de ces fentes (11) et des orifices (13) pratiqués tangentiellement dans le moyeu (6) pour l'évacuation du liquide épuré, caracté- risée en ce qu'elle comprend un cylindre perforé (21) à paroi mince logé à l'intérieur du tambour (5) concentri- quement à celui-ci, la partie (23) du cylindre (21) située dans la partie inférieure dudit tambour en face des fentes (11) de l'axe (2) étant à paroi pleine ou dépourvue de perforations. 2.- Centrifugeuse selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les fentes (11) tangentielles de l'axe (2) disposées en face de ladite partie (23) à paroi pleine du cylindre perforé (21) ont des parois latérales réali- sées en spirale logarithmique et que les orifices tangen- tiels (13) du moyeu (6) sont réalisés en forme de convergent.