Brevet FR2569573A3 — publié le 19860307

FR 2569573 A3 19860307 FR 8413342 A 19840829 FILTRE AUTONETTOYANT POUR SUSPENSIONS VISQUEUSES La présente invention concerne des dispositifs de filtration et a notamment pour objet un filtre autonettoyant pour suspensions visqueuses utilisable, par exemple, comme filtre à combustible. L'invention sert avantageusement à l'épuration des combustibles de viscosité élevée dans des installations de production d'énergie telles que celles utilisées sur des navires. On connaît bien les filtres autonettoyants destinés à l'épuration des combustibles visqueux et comportant un boitier et un élément filtrant. Ce boitier est muni de tubulures pour l'entrée et la sortie du combustible ainsi que d'une tubulure de purge utilisée pour l'évacuation de la boue de filtration. Les éléments filtrants employés sont, de préférence, du type à filtration superficielle tels que les éléments filtrants à fentes et à tamis. Pour assurer l'autonettoyage, on fait appel au principe du contre-courant ou à des nettoyeurs mécaniques (racleurs). On connaît un filtre autonettoyant (cf. par exemple l'ouvrage '2Utilisation des combustibles et des huiles dans les moteurs diesels des navires par L.G. Ginzburg, B.F. Bolshakov, Moscou, revue "Transport", 1970, pages 35 à 36). Ce filtre comporte un boitier cylindrique muni de tubulures pour l'entrée et la sortie du combustible. Ce boitier abrite un élément de filtration superficielle à fentes à l'intérieur duquel est incorporé un système d'autonettoyage hydraulique. L'element filtrant est constitué par une carcasse munie d'ailettes longitudinales sur lesquelles est enroulé un fil calibré d'acier inoxydable de petit diamètre.Des encoches de forme sont pratiquées sur ces ailettes pour maintenir un espacement prédéterminé entre les spires du fil qui forment ainsi une surface à fentes pour l'élément filtrant et assurent, par là même, la finesse requise pour la filtration du combustible. Le combustible passe à travers l'élément filtrant de la périphérie vers le centre. Les impuretés mécaniques ou "physiques" c'est à dire en suspension restent sur la surface extérieure de l'élément. Le système d'autonettoyage hydraulique est constitué par un moteur hydraulique actionné par le flux de combustible à filtrer et par un aubage logé à l'intérieur de l'élément filtrant. En tournant autour de l'axe, les aubes se rapprochent périodiquement et rapidement l'une de l'autre, en créant ainsi une circulation à contre-courant du combustible dans l'un des secteurs de l'élément filtrant. L'aubage effectue le nettoyage total de l'élément quatre fois par minute. Cet aubage complique considérablement la conception du filtre. En cas de filtration de liquides à viscosité élevée ainsi que pendant le démontage de l'installation, les fils calibrés peuvent être coupes, ce qui ne garantit pas une résistance suffisante à l'élément et provoque certaines difficultés pour la réparation d'une surface endommagée de l'élément filtrant et de l'aubage. En outre, dans le cas ou l'on traite des combustibles résineux fortement visqueux, l'effet autonettoyant du filtre decroît sensiblement ce qui abaisse son efficacité du fait que les matières bitumineuses encrassent rapidement la surface de l'élément filtrant. Le passage à contre-courant du combustible créé par l'aubage est incapable d'évacuer une grande quantité de matières bitumineuses tensioactives de la surface du filtre et l'encrassement ultérieur du filtre provoque le blocage des aubes de l'aubage et la mise hors service du filtre. On connaît aussi un filtre autonettoyant (cf. par exemple, le certificat d'auteur de l'URSS n0 365158), dans lequel l'élément filtrant à tamis est conique et monté dans le boîtier avec sa pointe orientée vers le bas. L'élément filtrant à tamis est muni d'un organe de mise en vibration. La finesse de filtration de ce type de filtre dépend des dimensions des mailles du-tamis.De plus, cette conception de l'élément filtrant n'assure pas elle aussi une bonne qualité de l'épuration du combustible ni son fonctionnement pendant une longue période car les particules mécaniques sont rejetées de la surface du tamis de l'élément filtrant pendant qu'il est mis en vibration, uniquement dans le cas ou les particules entrent en contact avec les fils du tamis dans la direction du rayon de la section du fil qui est perpendiculaire à la généra- trice du cône de l'élément. Dans d'autres cas, les impuretés mécaniques pénètrent à travers les mailles suivant la circonférence de la section du fil.Si la dimension des particules des impuretés mécaniques est approximativement égale à celle d'une maille, celles-ci peuvent pénétrer dans la cavité du liquide épuré tandis que l'écoulement pulsatoire du liquidé contribue, en interaction avec la cloison filtrante mince constituée par le tamis, à cette pénétration et abaisse, par conséquent, la qualité de la filtration. Il est peu probable que les particules mécaniques heurtent les fils du tamis du fait que le diamètre du fil correspond aux dimensions des mailles et que les grosses particules d'impuretés qui atteignent les mailles les engorgent. Les mailles forment en quelque sorte des cavités dans lesquelles s'enfoncent de grosses impuretés en suspension, pendant la mise en vibration et, surtout, pendant le mouvement de rencontre des particules. Il s'ensuite que le précipité s'accumule sur l'élément à tamis même pendant sa mise en vibration tandis que son évacuation ne se produit que lorsque la masse de ce précipité est suffisante pour quelle puisse se séparer du tamis sous l'effet des forces d'inertie engendrées pendant les oscillations du tamis. C'est semble-t-il la cause principale du débit variable observe au cours du fonctionnement du filtre. En outre, on ne réussit pas à évacuer totalement le précipité du tamis dans le cas ou l'on épure des combustibles de viscosité élevée et à teneur élevée en matières tensio-actives car le tamis fait fonction de réseau cristallin et rend encore plus difficile l'autonettoyage de l'élément. L'invention se propose donc de réaliser un filtre autonettoyant pour des suspension visqueuses, de préférence du combustible visqueux, dans lequel la conception de ltelement filtrant permettrait d'augmenter la qualité de l'épuration du combustible. A cet effet, dans le filtre autonettoyant pour des suspensions visqueuses comportant un boîtier creux muni de tubulures destinées respectivement à l'amenée de la suspension, à l'évacuation du filtrat et à l'évacuation du précipité, un élément filtrant conique monte dans le boîtier avec la pointe orientée vers le bas et qui présente un canal central relie à la tubulure d'évacuation du filtrat, un organe de mise en vibration lié rigidement à l'élément filtrant, selon l'invention, l'élément filtrant comporte une pluralité de disques présentant des orifices formant un canal central et montés à distance les uns des autres de manière à former entre eux des canaux en forme de fentes, dont la hauteur est inférieure à l'épaisseur d'un disque et qui sont reliés au canal central, et les bords extérieurs des disques sont biseautes avec un angle de biseau a inférieur a 300 et forment, lorsque les disques sont-assemblés, une surface conique pour l'élément filtrant. Il est possible de réaliser les disques sous forme de plateaux plats entre lesquels sont disposés des joints radiaux, ou bien sous forme de plateaux en forme de tronc de cône sur la surface intérieure desquels sont ménagées des ailettes radiales. Il est avantageux que les disques soient accouplés l'un à l'autre par des tiges et par un plateau de pression dispose à la partie infé- rieure de l'élément filtrant. En réalisant l'élément filtrant selon cette conception, on obtient un autonettoyage efficace et simple de sa surface formée par les bords biseautes des plateaux assemblés en un paquet sur des tiges et formant un élément conique d'une solidité suffisante. Les impuretés mécaniques ou en suspension se déplaçant avec le combustible, parviennent sur les bords vibrants des disques et, après être entrés en contact avec ceux-ci, sont rejetées vers le bas et dans la direction opposée à l'élément filtrant. Il est. bien évident qu'il se produit un rebond oblique. Quel que soit l'angle et quel que soit la région du contact des particules mécaniques avec les bords du disque, elles seront rejetées vers le bas et dans la direction opposée à la surface de l'élément filtrant.Etant donné que les dimensions linéaires des bords sont importantes par comparaison aux dimensions du canal en forme de fente, la probabilité de collision des particules avec les bords des plateaux est sensiblement supérieure et, de ce fait, le taux d'épuration croit. Les particules rejetées se déplaceront ensuite en suivant la trajectoire correspondant au sens de la vibration c'est-à-dire suivant une surface inclinée sans avoir aucune possibilité de se déposer dans les fentes. Il s'ensuit que dans le cas ou l'élément filtrant est constitué de disques, le nombre de particules rejetées n'est sensiblement élevé que dans le cas ou l'élé- ment filtrant est composé d'un tamis ou de fils. L'élément filtrant composé d'une multitude de disques accouplés les uns aux autres est plus solide par comparaison avec les éléments filtrants constitués d'un tamis ou de fils. On augmente ainsi la fiabilite du filtre sans compromettre le régime de filtration. La conception simple du filtre permet de démonter les installations d'une manière rapide et efficace pour leur visite et leur réparation. En outre, la conception de l'installation selon l'invention assure pendant l'épura- tion. du combustible, son homogénéisation avec un taux d'homogénéité élevé. Dans l'installation selon l'invention, l'homogénéisation s'effectue à deux niveau: - en amont de l'élément filtrant, - dans les canaux de l'élément filtrant. La destruction des composés d'asphaltes et de résines 4 (figure 1) en amont de l'élément filtrant se produit à la suite du processus de cavitation intensif qui se développe au voisinage de la surface du filtre. Lors de l'éclatement des bulles engendrées à la suite de la cavitation, l'énergie des microexplosions est toujours orientée dans la direction de la phase lourde du liquide. En conséquence, les composes d'asphaltes et de résines se désagregent. La cavitation est ici engendrée par des zones notables de compression et de dépression formées à la suite de l'oscillation de la surface de l'élément filtrant, ce qui ne peut pas être obtenu au voisinage de la surface d'un tamis par suite de sa perméabilité importante.Les impuretés mécaniques ainsi que les composés d'asphaltes et de résines qui ne sont pas détruits, sont introduits dans le canal vibrant formé par les plateaux de l'élément, subis sent, au fur et à mesure qu'ils passent à travers ce canal, des chocs réitérés et dont les directions sont variables, et finalement se désagrè- gent. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description d'un mode de réalisation d'un filtre autonettoyant à suspensions visqueuses, de préférence pour combustible, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé dans lequel:: - la figure 1 représente un schéma de principe de l'épuration du combustible et du processus d'homogénéisation selon 1 'invention; - la figure 2 représente, en coupe axiale longitudinale, un mode de réalisation d'un filtre autonettoyant muni d'un organe de mise en vibration et constitue par des disques en forme de plateaux plats; - la figure 3 représente, en vue de dessus, un plateau plat de l'élément filtrant du filtre autonettoyant de la figure 29 - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 représente, en coupe axiale longitudinale, un filtre autonettoyant muni de disques réalisés sous la forme de plateaux en forme de tronc de cône;; - la figure 6 est une vue en perspective d'une partie de l'un des plateaux coniques du filtre représenté à la figure 5. Le filtre autonettoyant faisant l'objet de l'invention comporte des disques 1 (figure 1), d'une forme telle que les particules mécaniques 2 sont rejetées vers le bas alors que les matières asphalto-résineu- ses 4 sont réduites en petits fragments sous l'effet de la vibration des disques. Le filtre autonettoyant pour combustibles visqueux comporte un boîtier creux 5 (figure 2) muni d'une tubulure 6 pour l'amenée du combustible, d'une tubulure 7 pour l'évacuation du filtrat et d'une tubulure 8 pour l'évacuation du précipité. Un élément filtrant 11 est monté dans la cavité 9 du boitier 5 et relié rigidement à un organe 10 de mise en vibration. Le sommet de cet élément filtrant 11 étant orienté vers le bas, présente un canal central 12 relié à la tubulure 7 d'évacuation du filtrat. L'élément filtrant 11 comporte une pluralité de disques 1 réalisés, chacun avec un orifice central 13 (figures 3, 4). Les orifices 13 des disques 1 forment le canal central 12 (figures 2 et 5). Les disques 1 sont montés à distance les uns des autres de manière à former entre eux des canaux en forme de fente 3, dont la hauteur est inférieure à l'épaisseur des disques et qui sont reliés au canal central 12. Les bords extérieurs des disques 1 (figures 1 à 6) sont biseautés avec un angle de biseau a égal à 300 ou inférieur à 300 et forment, après leur assemblage, une surface conique de l'élément filtrant 11. Il n'est pas avantageux d'augmenter l'angle de biseau a au-delà de 300 car cette augmentation ne procure aucune amélioration de la qualité de l'épuration du combustible et réduit la résistance mécanique de l'élément filtrant par suite de la grande différence des diamètres des disques supérieur et inférieur. La valeur optimale de l'angle a correspond à 190 mais cette valeur peut être précisée dans chaque cas concret en fonction de la densité de la suspension à épurer. Les disques 1 peuvent être exécutés sous la forme de plateaux plats 14, comme représenté sur les figures 2, 3 et 4, ou bien sous la forme de plateaux en tronc de cône 15 comme représenté sur les figures 5 et 6. Pour former les canaux 3 en forme de fente (figures 2 et 5), on dispose entre les disques des joints sous forme de bandes radiales ou on réalise des ailettes radiales 16, sur la surface des plateaux comme représenté sur la figure- 6. Les disques 1 sont accouples l'un à l'autre par des- tiges 17 (figures 2, 5) qui sont fixées à la partiesupérieure de l'élément filtrant 11 selon une disposition quelconque connue dans le plateau de pression 19 Le plateau de butée 18 possède une cavité 20 reliée au canal central 12 et des orifices 21 relient la cavité 20 à la cavité d'admission 22 du boltier 5 pour la collecte du combustible épuré. La cavité 22 du boîtier 5 est reliée à la tubulure 7 d'évacuation du filtrat. Le plateau de butée 18 est fixé sur l'arbre 23 de l'organe de mise en vibration 10, réalisé selon une conception connue quelconque convenable pour l'utilisation dans les filtres autonettoyants. Les cavités 9 et 22 du boîtier 5 sont rendues étanches aux passages de l'arbre 23 et du plateau de butée 18 à l'aide de garnitures de presseétoupe 24. L'élément filtrant 11 est centré dans le boîtier 5à l'aide d'un doigt 25 et d'un ressort 26 s'engageant dans un évidement pratiqué dans le plateau de pression 19. Dans le cas de l'utilisation de plateaux coniques 15 (figure 5), dans le but de faciliter l'évacuation de leurs surfaces intérieures des précipités éventuels accumulés pendant l'épuratìon des combustibles à forte teneur en impuretés mécaniques, il est avantageux que les tiges 17 soient munies d'équerres 27 destinées à former une butée pour les plateaux. Le plateau de pression 19 possède un orifice central 28 qui donne la possibilité de collecter les précipités dans la cavité 29 du boîtier 5, séparée de la cavité 9 par une garniture de presse-étoupe 30 et par des douilles qui assurent, en coopération avec le ressort 26, le centrage de l'élément filtrant dans le corps 5.La cavité 29 comprend une tubulure 31 munie d'un bouchon à clapet pour l'évacuation du precipite, qui s'effectue après l'ouverture de ce bouchon- sous l'effet de chasse du débit de combustible sous pression. Le filtre selon l'invention ponctionne de la manière qui va maintenant être décrite Le combustible est refoulé par une pompe a travers le filtre qui crée, entre les cavités 9 et 22 du boîtier 5, une différence de pression. Après son entrée à la tubulure 6, le combustible parvient dans la cavité 9 qui comprend en soi l'espace annulaire entre le boitier 5 et l'élément filtrant 11. En même temps, l'organe 10 de mise en vibration 10 communique à l'élément filtrant 11 par l'intermé- diai-:r# de }'arbre 23 de--s-- oscillations qui s'exercent dans la direction axiale verticale avec une frequence et une amplitude prédéterminées.Le combustible se déplace depuis la périphérie du boîtier vers l'élément filtrant. Il passe ensuite à travers les canaux en forme de fente 3 de l'élément filtrant, arrive dans le canal central 12 et parvient enfin à travers les cavités 20 et 22 dans la tubulure 7 de combustible épuré. La filtration se produit ainsi dans la direction horizontale. La mise en vibration de l'élément filtrant fait naître dans le combustible des dépressions et des surpressions locales élevées et alternées entre elles, ce qui aboutit à de phénomènes de cavitation, à la création d'une turbulence intensive et à des contraintes de cisaillement contribuant à l'homogénéisation du combustible. Les structures d'impuretés du combustible qui ne sont pas détruites dans la zone de cavitation sont entrainées par le débit ou le flux de combustible et entrent en contact avec les bords alors en oscillation de l'élément filtrant. Il s'ensuit que ces particules de grande taille se brisent en petits fragments.Sous l'effet du mouvement vibratoire, les impuretés mécaniques en suspension dont les dimensions sont supérieures à l'espace- ment entre les disques de l'élément filtrant 11 sont rejetées par les bords des disques vers le bas, c'est-à-dire dans la direction opposée au filtre. Ensuite, ces impuretés sont reprises par le flux de combustible et se dirigent vers l'élément filtrant ou elles subissent à nouveau l'effet d'une impulsion qui les rejette a nouveau vers le bas. Pendant cette interaction, les particules d'impuretés en suspension se déplacent graduellement en suivant les bords des disques (en suivant une trajectoire qui ressemble approximativement à celle représentée sur la figure 1) vers le bas et sont rejetées dans la cavité inférieure d'ou elles sont évacuées par soufflage ou chasse.Sous l'effet du rejet continu des particules en suspension de la surface de l'élément filtrant ainsi que de la cavitation intensive se produisant au voisinage des parois et qui détruit les matières résineuses sur les bords des disques 1, la surface de l'élément filtrant se trouve débarrassée en continu des précipités. Les impuretés "physiques" en suspension qui ont pénétré dans les canaux en forme de fente 1 entre les disques, se déplacent à travers le canal vibrant et subissent des effets de choc réitérés et alternatifs qui les fractionnent et les frigmentent, ce qui augmente la dispersion du combustible. Le filtre réalisé selon l'invention permet de réduire les pertes en constituants solides inflammables du combustible dans une proportion de 0,5% de la consommation totale par rapport aux filtres connus grâce à la séparation des impuretés en suspension d'avec les composants combustibles solides suivie de leur évacuation dans le précipité qui ne contient alors presque plus aucun composant utile du combustible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Filtre autonettoyant pour suspensions visqueuses, comportant un boîtier creux muni de tubulures destinées respectivement à l'amenée de la suspension, à l'évacuation du filtrat et à ltevacuation du précipité, un élément filtrant conique monté dans ce boitier avec la pointe orientée vers le bas et qui présente un canal central relié à la tubulure d'évacuation du filtrat, un organe de mise en vibration relié rigidement à l'élément filtrant, caractérisé en ce que l'élément filtrant (11) comporte une pluralité de disques (1) présentant des orifices (13) formant un canal central (12) et montes à distance les uns des autres de manière à former entre eux des canaux en forme de fentes (3) dont la hauteur est inférieure à l'épaisseur du disque (1) et qui sont reliés au canal central (12), et en ce que les bords extérieurs des disques (1) sont biseautés avec un angle de biseau a inférieur à 300 et forment, après l'assemblage, une surface conique pour l'élément filtrant (11). 2.- Filtre autonettoyant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques (1) sont réalisés sous la forme de plateaux plats (14) entre lesquels sont disposés des joints radiaux. 3.- Filtre autonettoyant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques (1) sont réalisés sous la forme de plateaux (15) en forme de tronc de cône sur la surface'intérieure desquels sont ménagées des ailettes radiales (16). 4.- Filtre autonettoyant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques (1) sont accouplés les uns aux autres par des tises (17) et par un plateau de pression (19) disposé à la partie inférieure de l'élément filtrant (11).