Brevet FR2523874A1 — publié le 19830930

L'invention concerne un dispositif pour l'épuration des fluides utilisés dans les circuits de lubrification et ceux des commandes hydrauliques de machines et de différents équipements, et a notamment pour objet une centrifugeuse pour l'épuration des fluides utilisés dans les circuits hydrauliques. La centrifugeuse revendiquée peut être utilisée notamment dans les circuits de lubrification des moteurs à combustion interne, dans les circuits d'alimentation en combustible des machines mobiles, ainsi que dans les procédés technologiques pour l'élimination des huiles et des combustibles contenus dans les impuretés solides. La durée d'utilisation et la fiabilité des machines mobiles, des machines-outils et de divers autres équipements à commande hydraulique dépendent dans une large mesure de la pureté des fluides utilisés dans leurs circuits hydrauliques, des huiles lubrifiantes et des combustibles. Pour ces raisons, on attache actuellement une grande importance à la création de dispositifs permettant de répondre aux impératifs de plus en plus sévères en ce qui concerne la pureté desdits fluides. Ce problème est particulièrement aigu compte tenu de la tendance à l'accroissement continu des pressions dans les circuits hydrauliques. A l'heure actuelle, l'épuration des fluides des circuits hydrauliques est réalisée soit au moyen de divers genres de filtres à cartouches filtrantes en papier, en toile métallique ou autres cartouches interchangeables, soit au moyen de dispositifs soumis à l'action de champs de forces (champ de gravité, de forces magnétiques, électrostatiques, centrifuges). Les polluants qui se forment au sein des fluides des circuits hydrauliques au cours de l'exploitation desdits circuits contiennent essentiellement des particules métalliques et des particules de quartz. On utilise largement dans les circuits hydrauliques des appareils prévus pour des pressions d'au moins 20 MPa, dans lesquels les jeux entre les pièces conjuguées sont de 10 à 25 pm. Pour cette raison, les dispositifs pour l'épuration des fluides doivent éliminer activement les particules métalliques et les particules de quartz de dimensions supérieures à 10 ss m. On sait que l'utilisation de filtres capables de retenir des particules de 10 à 15 / m est très compliquée du fait de l'augmentation du coût et des frais d'exploitation des filtres à cause de l'abaissement de leur durée d'utilisation et de la capacité en polluants de la cartouche du filtre. Pour cette raison, on emploie de plus en plus, pour l'épuration des fluides des circuits hydrauliques, des systèmes d'alimentation et des circuits de lubrification, des épurateurs centrifuges qui, tout en étant de conception relativement simple et n'exigeant que des frais d'exploitation minimes, sont capables d'assurer pratiquement n'importe quelle pureté requise du fluide. La destination et les particularités d'emploi de centrifugeuses au lieu de filtres, ou concurremment avec lesdits filtres, dans les circuits hydrauliques ont conditionné leuisparticularités de construction, en particulier leurs commandes, qui sont entrainées directement par l'écoulement du fluide à épurer qui est une suspension d'une concentration très faible. L'une des centrifugeuses connues est celle qui a été conçue pour l'épuration des huiles lubrifiantes des moteurs à combustion interne de la société ouest-allemande "Mann und Hummel" (cf. brevet RFA NO 1 123 625, classe 82b 7, publié le 10.08.1962). La centrifugeuse en question comprend une embase avec un boîtier, un axe vertical fixe creux à travers lequel on fait arriver le fluide à épurer dans la cavité d'un bol ou tambour tournant monté par l'intermédiaire de paliers sur un axe. Le bol est entraîné au moyen d'un moteur hydraulique incorporé du type roue de Segner, contenu dans une chambre à part situé sous le bol. Une telle centrifugeuse est caractérisée par des cotes d'encombrement considérables (en hauteur). En outre, elle exige pour sa construction une grande quantité de métal à cause de la présente d'une chambre assurant le libre écoulement du fluide par les évents du moteur hydraulique et la collecte des fuites de fluide à épurer. On connaît d'autre part une centrifugeuse destinée à l'épuration des huiles lubrifiantes des moteurs à combustion interne, qui comprend une embase avec un boîtier, un axe creux vertical fixe à travers lequel on admet le fluide à épurer dans la cavité d'un bol tournant monté par l'intermédiaire de paliers sur ledit axe (brevet Tchécoslovaquie NO 101 613, classe 46c 14 publié le 15.09.1961). Dans cette centrifugeuse, le bol et le moyeu sont entraîndsen rotation au moyen d'un moteur hydraulique incorporé du type roue de Segner, contenu dans une chambre à part située au-dessus du bol de la centrifugeuse. Pour éviter que le fluide sortant des évents n'atteigne le bol, on a prévu un déflecteur ou écran. Cette centrifugeuse connue est caractérisée elle-aussi par des cotes d'encombrement considérables et exige pour sa fabrication beaucoup de métal à cause de la présence de la chambre recevant les évents du moteur hydraulique et de la cavité située sous le bol et servant à la collecte et à l'évacuation de l'écoulement de fluide sortant par les évents du moteur hydraulique et des fuites de drainage hors du bol. On connaît d'autre part une centrifugeuse qui peut être considérée comme la plus proche de celle faisant l'objet de la présence invention et dont le moyeu porteur du bol contenu dans un boîtier est monté par l'intermédiaire de palies sur un axe vertical creux fixé dans l'embase de la centrifugeuse et comportant des fentes ou ouvertures analogues pour l'admission forcée du fluide à épurer dans le bol à travers des fenêtres du moyeu disposées au droit desdites fentes, tandis qu'entre le moyeu et l'axe sont prévus des dispositifs d'étanchéité sans contact (cf. article de G.A. Smirnov et al. "Une nouvelle centrifugeuse pour l'épuration de l'huile". Editions TsNIITE-tractoroselkhozmach Institut central de recherches et d'informations sur les tracteurs et les machines agricoles, publié en 1972, pp. 35 à 42). Dans l'embase de la centrifugeuse est prévue une chambre pour la collecte et la libre évacuation des fuites de drainage. Cette centrifugeuse connue fonctionne de la manière suivante. Lorsque le fluide passe à travers les ouVer eS de l'axe, les fenêtres et les orifices du moyeu, son énergie cinétique provoque la mise en rotation du bol, dans la cavité duquel s'effectue alors la séparation des particules solides d'avec le fluide sous l'effet des forces centrifuges et leur dépôt sur la surface intérieure du bol. La présence de la chambre destinée à la collecte et à l'évacuation libre des fuites de drainage accroît les cotes d'encombrement et la quantité de métal nécessaire à la fabrication de la centrifugeuse. Au cours du fonctionnement de la centrifugeuse les polluants risquent de pénétrer dans les paliers dans lesquels tourne le moyeu avec le bol. Ceci conduit à un accroissement de la résistance opposée à la rotation du bol et à une baisse de sa vitesse de rotation, ce qui, en définitive, compromet la qualité de l'épuration du fluide au cours de son exploitation. On s'est donc proposé de créer une centrifugeuse destinée à épurer les fluides utilisés dans les circuits hydrauliques et dans laquelle, grâce à la conception du moyeu et du dispositif destiné à guider et à évacuer séparément les fuites de drainage, serait assurée une évacuation séparée et orientée des fuites traversant les dispositifs d'étanchéité sans contact, ce qui, en définitive1 conduirait à améliorer l'épuration du fluide et à abaisser la consommation de métal pour la fabrication de l'ensemble de la centrifugeuse. Ce problème est résolu du fait que la centrifugeuse pour l'épuration des fluides utilisés dans les circuits hydrauliques, du type dans lequel un moyeu portant un bol ou tambour contenu dans un boîtier est monté par l'intermédiaire de paliers sur un axe vertical creux fixé dans l'embase de la centrifugeuse et comportant des fentes ou ouvertures analogues pour l'admission forcée du fluide à épurer dans le bol à travers des fenêtres ménagées dans le moyeu au droit desdites ouvertures, tandis qu'entre l'axe et le moyeu sont prévus des dispositifs d'étanchéité sans contact, est caractérisée, suivant la présente invention, en ce qu'elle comporte un dispositif pour le guidage et l'évacuation séparée desdites fuites de drainage arrivant de chambres dont chacune est réalisée dans le moyeu entre le palier et le dispositif d'étanchéité sans contact, dans le sens d'écoulement des fuites, et qui communique par au moins un conduit avec la cavité limitée par l'embase, le boîtier et le bol. La centrifugeuse ainsi conçue réalise une épuration de haute qualité du fluide utilisé dans le circuit hydraulique , étant donné que la présence d'un dispositif pour le guidage et l'évacuation séparée des fuites assure leur écoulement libre dans la bâche du système hydraulique et prévient de ce fait l'accumulation du fluide dans la cavité formée par le bol, l'embase et le boîtier, ce qui conduit à un accroissement de la vitesse de rotation du bol et à la suppression de ses oscillations.La présence, dans le moyeu, de chambres pour la collecte des fuites et le fait que lésdites chambres soient situées entretles'paliers et les dispositifs d'étanchéité sans contact, ainsi que le fait que lesdites chambres communiquent par au moins un conduit avec la cavité délimitée par l'embase, le boîtier et le bol, protègent les paliers contre la pénétration de particules solides contenues dans les fuites de drainage, ce qui favorise encore plus la rotation stable du bol. Le dispositif pour le guidage et l'évacuation séparée des fuites de drainage est formé de déflecteurs ou écrans fixés à la partie extérieure basse du moyeu et à son embase dans laquelle sont pratiquées deux rangées d'orifices disposés concentriquement. Une telle réalisation du dispositif permet de réduire la quantité de métal nécessaire à sa construction, cela grâce à l'évacuation libre séparée des fuites de drainage hors des chambres, ce qui exclut la nécessité de ménager une cavité supplémentaire sous le bol pour la collecte et l'évacuation des fuites. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique annexé qui représente schématiquement une vue générale en coupe de la centrifugeuse pour l'épuration du fluide utilisé dans un circuit hydraulique suivant la présente invention. La centrifugeuse pour l'épuration du fluide d'un circuit hydraulique comprend une embase 1 sur laquelle est monté un axe vertical creux fixe 2, des paliers, par exemple des roulements, 3 et 4, un bol ou tambour 5 installé sur un moyeu 6, un boîtier 7 et des tubulures ou pipes 8, 9 pour l'amenée du fluide à épurer à l'axe 2 de la centrifugeuse et pour le départ du fluide épuré de l'axe 2. Dans l'axe 2 est ménagé un canal 10 destiné à l'amenée forcée du fluide à épurer à des fentes ou ouvertures analogues 11 de l'axe 2 et ensuite dans le bol 5 à travers des fenêtres 12 pratiquées dans le moyeu 6 et disposées au droit desdites fentes 11. Pour évacuer le fluide de la cavité du bol 5, le moyeu 6 comporte des orifices 13, et dans l'axe 2, des orifices 14. A l'intérieur de l'axe creux 2 est monté un tube 15 pour l'évacuation du fluide épuré depuis les orifices 14 vers la bâche du système hydraulique (non représentée sur la figure) à travers la tubulure 9. Entre l'axe vertical creux et le moyeu 6 il y a des dispositifs d'étanchéité sans contact 16, 17, 18. Il est prévu dans la centrifugeuse un dispositif pour le guidage et l'évacuation séparée des fuites arrivant de chambres 19, 20 ménagées dans le moyeu 6, entre, respective- ment, le roulement 3, 4 et le dispositif d'étanchéité sans contact 16, 18 dans le sens d'écoulement des fuites de drainage, chacune desdits chambres communiquant par au moins un canal 21, 22 avec la cavité délimitée par l'embase 1, le boîtier 7 et le bol 5. Le dispositif destiné à guider et à évacuer séparément les fuites de drainage est formé par des déflecteurs ou écrans 23, 24, dont l'un (23) est fixé à la partie extérieure basse du moyeu 6, et l'autre (24)1à l'embase 1. Le déflecteur 24 est réalisé en forme d'assiette renversée dans laquelle on a pratiqué un orifice 25 recevant, avec un certain jeu, le déflecteur 23. A l'endroit de fixation du déflecteur 24 à l'embase 1, du côté extérieur et du côté intérieur de ce dernier, sont pratiqués concentriquement dans l'embase des orifices 26, 27 destinés à l'évacuation séparée des fuites de drainage hor des chambres 19, 20. En outre, au-dessus du bol 5, dans la cavité ménagée entre le bol et le boitier 7, est installé un déflecteur ou écran 28 à orifices 29 pour le guidage des fuites de la chambre 20 suivant la paroi interne du boitier 7. La centrifugeuse fonctionne de la manière suivante. Le fluide à épurer, sous une pression relative ou surpression pouvant aller jusqu'à 0,5MPa, est admis à travers la tubulure 8 dans le conduit d'amenée 10, d'ou, par les ouvertures 11 de l'axe 2 et les fenêtres 12 du moyeu 6, il arrive à l'intérieur du bol 5. Dans la cavité du bol5, sous l'action des forces centrifuges, le fluide est débarrasse des polluants (particules solides) dont la masse spécifique est supérieure à celle dudit fluide. Apres avoir traversé la cavité du bol 5, le fluide passe à l'acuation à travers les orifices 13, 14, le tube d'évacuation 15 et la tubulure 9 La rotation du bol 5 de la centrifugeuse est assurée directement par le fluide à épurer lors de son passage à travers les ouvertures 11, les fenêtres 12 et les orifices 13. Une partie du fluide (les fuites de drainage) sous une pression excédentaire passe à travers les dispositifs d'échantéité sans contact 16 et 18 et arrive dans les chambre 19 et 20, d'où, sous l'effet des forces centrifuges, elle est évacuée à travers les canaux 21 et 22 et ramenée dans la bâche (non représentée) du système hydraulique par le dispositif d'évacuation séparée et de guidage des fuites de drainage arrivant desdites chambres. Les fuites en provenance des canaux 21 sont guidées par le déflecteur 23 dudit dispositif et sont rejetées dans la cavité formée par l'émbase 1 et le déflecteur 24, d'ot elles sont envoyées--par le déflecteur 24 vers les orifices 26 à travers lesquels lesdites fuites arrivent dans - la bâche du système hydraulique (non représentée sur .la figure). -Les fuites en provenance des canaux 22 sont dirigées par le déflecteur 28 et à travers les orifices 29 le long de-la paroi intérieure du botier 7 vers les orifices 27, et ensuite vers la bâche du système- hydraulique. Sous l'effet des forces centrifuges, les fuites de drainage qui s'échappent des canaux 21 et 22 prennent une direction d'écoulement voisine de la direction radiale.Pour cette raison; les fuites de fluide s'échappant-des canåux 21, en l'absence du déflecteur 23, s'écoulent suivant la-face inférieure du bol 5 et, en se détachant de celui-ci, viennent frapper'le boîtier 7 où, tournant, elles créent un point hydraulique qui s'oppose au passage vers la bâche du système hydraulique des fuites des canaux 22 s'écoulant sur la paroi intérieure du boltier-7. Cela risque de provoquer l'accumulation du fluide dans l'interstice entre le bol 5 et le boltier 7 et la naissance de forces de frottement qui réduisent la valeur absolue de la vitesse de rotation du bol et lui impriment des oscillations de forte amplitude. Or cela compromet en fin de compte l'épuration du fluide. Dans les appareils connus, on réduit l'influencé du joint hydraulique en augmentant l'interstice entre le bol et le boltier-ainsi que les cotes de l'enceinte entre le fond du bol et l'embase pour.la collecte des fuites de drainage. Toutefois, une telle solution conduit à une augmentation des cotes d'encombrement de la masse de la centrifugeuse. La présence du déflecteur 24 supprime les causes de la naissance du joint hydraulique, permet aux fuites de drainage le s'écouler librement des canaux 21 à travers les permettant orifices 26 de l'embase ì vers la bâche, tout en de conserver des cotes d'encombrement et une masse-minimales de la centrifugeuse. En outre, la protection des roulements 3,4 contre les polluants permet d'obtenir une vitesse de rotation stable -du bol 5. La qualité de l'épuration du fluide dans la centrifugeuse étant proportionnelle au carré de la vitesse de rota tion du fluide à épurer dans le bol (c'est-à-dire de la vitesse de rotation du bol), la stabilité de la vitesse de rotation et l'accroissement de sa valeur absolue permettent d'améliorer l'épuration du fluide sans accroltre les dépenses d'énergie. R :E V E N D I C A T i O N S 1*- Centrifugeuse pour l'épuration du fluide utilisé dans un circuit hydraulique, du type dont le moyeu (6) portant un tambour ou bol (5) renfermé dans un boîtier (7), est monté par l!intermédiaire de paliers (3, 4) sur un axe vertical creux (2) fixé dans l'embase (1) de la centrifugeuse et pourvu de fentes ou ouvertures analogues (11) pour l'admission forcée du fluide à épurer dans le bol (5) a travers des fenêtres (12) pratiquées dans le moyeu (6) t et disposées au droit desdites fentes (11),tandis qu'entre l'axe (2) et le moyeu (6) sont-prévus des dispositifs d'étanchéité sans contact (16, 17, 18), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif destiné à guider et a évacuer séparément les fuites de drainage arrivant de chambres (19, 2 réalisées dans le moyeu (6),respectivement entre un palier (3 ou 4) et le dispositif'd'étanchéité sans contact correspondant (16,18) ,dans le sans d'écoulement dXes fuites, chacune desdites champ communiquant par au moins un canal (21, 22) avec la cavité délimitée par l'embase (1), le boîtier (7) et le bol (5). - 2.- Centrifugeuse suivant ia revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif destiné à guider et a évacuez séparément les fuites est formé par des déflecteurs ou écrans (23, 24) fixés sur la partie extérieure basse du moyeu (6) -et sur l'embase (1) dans laquelle sont pratiquées deux rangé@@ d'orifices (26,27) disposés concentriquement.