Brevet FR2640161A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne le domaine des constructions mécaniques et a notamment pour objet des filtres à cyclone utilisés dans l'équipement hydrauli- que d'installations fixes ainsi que dans des systèmes hydrauliques de véhicules automobiles et de tracteurs pour débarrasser,des impuretés mécaniques, les liquides moteurs, les lubrifiants et les refrigérants. Le dispositif revendiqué peut être utilisé éga- lement dans l'industrie houillère. Il est avantageux d'utiliser l'invention dans l'industrie chimique pour l'épuration des liquides détersifs. On connaît un filtre à cyclone (DE, A, 2500987) comportant un boîtier, une tubulure à sable, une tubulure d'évacuation, sur une partie de laquelle, qui est dispo- sée à l'intérieur du filtre, est monté un guidage hélicol- dal entre les spires duquel sont disposés, dans le plan vertical suivant une spirale, des aubes dont les extrémi- tés sont éloignées de la paroi intérieure du boîtier d'une distance représentant 0,33 à 0,9 fois l'espacement formé entre la tubulure d'évacuation et la paroi inté- rieure du bottier. Dans ce cas, des plateaux d'écranage sont montés en amont de la tubulure à sable, suivant l'axe du filtre, avec un espacement par rapport au corps et l'un par rap- port à l'autre. Un liquide pollué arrive dans le filtre à cyclone, passe par le canal convergent formé par les aubes et les parois du guidage hélicoïdal. A ce moment, la vitesse du liquide croit et après qu'il a débouché du canal, elle diminue brusquement à la suite de l'augmentation de l'aire de la section transversale. Des particules d'une impureté qui pollue le liquide, dont lavitesse a été accélérée dans lecanal, ne réussissent pas à suivre la variation (par suite de leur inertie) de la vitesse de courant de Liquide après leur sortie du canal et qu'elles se soient dirigées vers la paroi intérieure du boîtier, autrement dit, elles sont séparées du courant de liquide, puis évacuées du filtre, à travers la tubulure à sable. Le liquide épuré est évacué du filtre à cyclone à travers la tubulure d'évacuation. Dans le dispositif connu, l'on n'a réussi à séparer d'un liquide pollué à l'aide des forces susmention- nées d'inertie que de grosses et lourdes particules, c'est- à-dire que la finesse de l'épuration du liquide est, dans ce cas, médiocre. Des zones stagnantes se forment pendant que le liquide se déplace vers la tubulure à sable et en amont des plateaux d'écranage, ce qui aboutit au dépôt et à l'accumulation des impuretés sur ceux-ci. Après que les impuretés accumulées ont atteint une quantité déterminée, il peut y avoir un retour de l'impureté dans le courant épuré ou son dépôt dans la zone de la tubulure à sable, ce qui peut provoquer l'engorgement de celle-ci et l'interrup- tion du fonctionnement du filtre. Ainsi, la durée du fonc- tionnement continu du filtre à cyclone connu, surtout, lorsqu'il est utilisé pour des liquides fortement pollués, est petite et, par conséquent, l'efficacité de son fonc- tionnement est basse. On connaît un dispositif pour la séparation centrifuge des particules solides d'un liquide (SU, A, 526394) comportant un boîtier, une tubulure d'entrée tan- gentielle, des éléments filtrants, montés coaxialement et réalisés sous la forme de tubes poreux, avec une spirale située entre eux. Une extrémité de la spirale est fixée au boîtier dans la zone de la tubulure d'entrée tangentielle. Un liquide pollué ou bien une suspension est amené sous pression à travers la tubulure d'entrée tangen- tielle, dans le dispositif. Le courant vrillé du liquide entre dans le canal formé par la spirale, dans un espace concentrique limité par les éléments filtrants. La filtra- tion du liquide s'effectue sous l'action de la composante hydrostatique de la pression. Des particules de l'impureté sont évacuées du filtre à travers la tubulure. Le liquide épuré arrive dans la tubulure d'évacua- tion et est évacué du filtre. Le mode de disposition des éléments filtrants par rapport au guidage hélieoidal réalisé sous la forme d'une spirale conduit à la diminution de la vitesse tangen- tielle du liquide suivant la longueur du guidage hélicoïdal à cause de l'évacuation continue du liquide à travers les éléments filtrants ce qui aboutit à la diminution des for- ces centrifuges qui agissent sur les particules de l'impu- reté. Par suite d'une répartition irrégulière des forces centrifuges suivant la longueur de la spirale, la sépara- tion et l'accumulation maximales des impuretés ont lieu sur de petites surfaces ce qui conduit à une baisse de la durée de vie des éléments filtrants. On connait aussi un dispositif à cyclone (SU, A, 906622> utilisé pour séparer des impuretés lourdes des fluides de travail, qui comporte un boîtier avec un guidage hélicoïdal et une fente pourvue d'une cloison de déflexion, des cloisons-labyrinthes, des éléments filtrants, des canaux d'entrée et de sortie,d'undécanteur, et un électro-aimant. Le bord de la fente est rabattu dans la di- rection du courant de rencontre. Dans ce dispositif, des forces centrifuges sont créées pendant le déplacement d'un liquide pollué à travers le canal hélicoïdal. Sous l'action de ces forces, les par- ticules d'une impureté s'accumulent près de la paroi exté- rieure du canal et sont déplacées, par le courant, vers la fente. Grâce à ce que le bord de la fente est rabattu vers le canal hélicoïdal, la portion la plus polluée du courant en rotation est captée et est évacuée vers le décanteur. Dans le décanteur, la vitesse du courant diminue et les plus lourdes particules de l'impureté précipitent. En passant par la zone du champ magnétique, les particules ayant des propriétés magnétiques se déposent sur les pôles de l'électro-aimant. De plus minuscules et légères particules se précipitent entre les cloisons-labyrinthes. Les particules qui restent encore dans le liquide sont arrêtées sur l'élément filtrant. Le liquide épuré arrive dans le canal de sortie. L'impureté accumulée est évacuée à travers un bouchon magné- tique d'évacuation situé à la partie inférieure conique du boîtier, depuis le décanteur. Le dispositif en question est caractérisé par un certain nombre d'inconvénients. L'élément filtrant est dis- posé à la partie supérieure du décanteur, en amont de la fente sur le boîtier, et la partie inférieure du boîtier en aval de la fente est borgne. Par suite de ce mode de disposition de l'élément filtrant et de sa position par rapport à la fente, le courant du liquide débouchant du décanteur et se dirigeant vers l'élément filtrant coincide avec le courant du liquide pollué arrivant de la fente dans le décanteur, c'est-à- dire que, dans ce cas, le courant du liquide débouchant du décanteur passe à côté de la fente pratiquée sur le boîtier et entraîne le courant de liquide de cette fdnte; tout ce liquide pollué se dirige vers l'élément filtrant et l'engorge. En conséquence, sa durée de vie est courte. En formant, dans un canallun contre- courant (le liquide débouchant du décanteur se dirige, par le canal, vers l'élément filtrant et le liquide sortant de la fente se déplace sur une partie du canal, vers le décan- teur), on contribue au tourbillonnement du courant dans le décanteur ce qui diminue l'efficacité du dépôt des particules sur celui-ci. Cet inconvénient aboutit à ce que le courant arri- vant à l'élément filtrant contient une quantité notable d'impuretésce qui contribue à l'accélération de l'obstruc- tion de l'élément filtrant et diminue la période du fonctionnement continu du filtre. Encore un inconvénient du filtre à cyclone connu réside dans le fait qu'après l'obstruction de l'élément filtrant, toutes les impuretés reviennent à travers l'extrémité ouverte du canal central, dans le courant, c'est-à-dire que/dans ce cas, l'utilisation du guidage hélicoïdal après lequel les impuretés séparées sont mélangées de nouveau au courant principal de liquide n'est pas efficace. Ainsi, l'utilisation du guidage hélicoidal dans tous les filtres à cyclone connus n'est pas efficace car, à cause de la répartition irrégulière de la vitesse tangentielle du liquide suivant toute la longueur du canal hélicoïdal et de la mauvaise séparation de la couche polluée et du courant épuré, on n'a pu supprimé leur mélange ultérieur. On s'est-donc proposé de créer un filtre à cyclone dont la conception des éléments et leur disposition mutuelle permettraient, grâce à la séparation de la couche polluée du courant épuré et à la suppression de leur mélange ultérieur, d'augmenter l'efficacité de l'épuration et la durée de vie des éléments filtrants. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un filtre à cyclone comprenant un boîtier ayant des fentes et des fendoirs disposés audessous des fentes suivant la direction du déplacement d'un liquide à épurer, un guidage hélicoïdal avec un canal central, un décanteur et des éléments filtrants, caractérisé, selon l'invention, en ce que le filtre est muni d'un diaphragme ayant un trou central, d'un tube perforé et d'une pièce intercalaire hélicoïdale perforée logée dans le trou du diaphragme du côté du décanteur, en ce que le diaphragme est monté à l'extrémité du canal central, extrémité se trouvant du côté du 3D décanteur, en ce que le tube perforé est monté à l'intérieur du canal central du guidage hélicoidal,coaxialement à celui-ci, en ce que les fentes sont pratiquées dans la paroi du canal et se trouvent au-dessous des fendoirs montés sur un axe avec possibilité d'osciller, la direction des spires de la pièce intercalaire hélicoïdale correspon- dant alors à la direction des spires du guidage hélicoïdal du boîtier et le guidage hélicoïdal étant muni d'un couvercle du côté du décanteur. Ce mode de réalisation contribue à l'augmenta- tion de la durée de vie des éléments filtrants grâce à ce que le liquide pollué est épuré par étapes. A la première étape, le liquide est débarrassé de grosses et lourdes particules d'impuretés et pendant la deuxième étape, le liquide est épuré définitivement, les plus minuscules particules étant alors éliminées. En équipant le filtre à cyclone d'un diaphragme avec une pièce intercalaire hélicoïdale, on supprime le mélange des courants séparés de liquide à épurer. Le tube perforé assure l'orientation des éléments filtrants de manière à supprimer le tourbillonne- ment du courant arrivant aux éléments filtrants. La direction de la pièce intercalaire hélicoïdale supprime le freinage du courant de liquide arrivant du décanteur aux éléments filtrants et exerce une action de déflexion sur les particules des impuretés. En montant le couvercle pour fermer le canal hélicoïdal du côté du décanteur, on supprime le contre- courant de liquide pendant son déplacement vers le décanteur. En montant les fendoirs sur l'axe avec possibilité d'osciller, on offre la possibilité de régler l'épaisseur de la couche d'impuretés à évacuer. Il est avantageux que la longueur et la largeur des fentes pratiquées dans la paroi du canal central soient égales ou inférieures à la longueur et à la largeur des fendoirs car ce mode de réalisation est nécessaire pour assurer l'arrivée du liquide épuré dans la cavité intérieure du canal central et pour supprimer le retour de l'impureté. I1 est avantageux que chacun des fendoirs soit réalisé sous la forme d'une pièce ayant le profil d'une aile dont l'arête avant est égale à l'épaisseur de l'es- pacement entre le boîtier et le canal central et l'arête arrière est orientée à la rencontre du courant de liquide. Ce mode de réalisation du fendoir supprime le tourbillonnement du liquide au moment ob la couche d'im- puretés est séparée de la couche de liquide épuré et assure le déplacement ultérieur progressif des couches séparées à travers les fentes vers le canal central et le décanteur. Dans le cas o I'épaisseur de l'arête avant du profil du fendoir est égale à l'épaisseur de l'espacement entre le boîtier et le canal central, la fuite du liquide pollué dans le courant épuré de liquide est supprimée. Il est également avantageux que les fendoirs soient disposés à différents niveaux par rapport au diaphragme. On obtient ainsi la possibilité de réduire la résistance du filtre à cyclone et de supprimer le tourbillonnement du liquide par les jets débouchant des fentes. La vitesse du liquide passant à travers les fentes doit être limitée. Il est désirable que la longueur et la largeur des fendoirs diminuent dans la direction du diaphragme. Ce mode de réalisation des fendoirs supprime l'accumulation des impuretés sur le couvercle. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, un filtre à cyclone, selon l'invention; et - la figure 2 représente une coupe suivant la ligne II-II sur la figure 1. Examinons la figure i qui représente un filtre à cyclone, selon l'invention. Le filtre à cyclone comporte un boîtier 1 ayant des fentes 2 et des fendoirs 3 disposés au-dessous des fentes, suivant le sens du déplacement d'un liquide. Les fendoirs 3 sont montés sur des axes 4. Le filtre comporte aussi un guidage hélicoïdal 5 avec un canal central 6 dans la paroi duquel sont pratiquées des fentes 7 se trouvant au-dessous des fendoirs 3. La longueur et l'épaisseur des fentes 7 sont égales ou inférieures à la longueur et à l'épaisseur des fendoirs 3. Un diaphragme 9 dont le trou central 10 reçoit une pièce intercalaire hélicoïdale 11 avec une perfora- tion 12 est monté à l'extrémité du canal central 6 du côté du décanteur 8. L'hélice de la pièce intercalaire hélicoïdale il est de la même direction que les spires du guidage hélicoïdal 5 du boîtier 1. Les éléments filtrants 13 sont logés à l'intérieur du canal central 6, sur un tube perforé 14. L'extrémité inférieure du tube perforé 14, située du côté du diaphragme 9, est munie d'une soupape de retenue 15 et l'extrémité supérieure est raccordée à un canal de sortie 16. Les éléments filtrants 13 sont montés avec un espacement radial 17 par rapport aux parois du canal central 6 et avec un espacement axial 18 par rapport au diaphragme 9. Un dispositif de calmage 19- réalisé sous la forme d'un cylindre perforé et un aimant (électro-aimant) 20 sont disposés à la partie inférieure du décanteur 8. Le filtre à cyclone possède également un canal d'entrée tangentiel 21. Le guidage hélicoïdal 5 est séparé du décanteur 8 par un couvercle 22. En outre, chacun des fendoirs 3 est réalisé sous la forme d'une pièce ayant la forme d'une aile dont l'arête avant 23 est égale à l'épaisseur de l'espace- ment 24 entre le boîtier 1 et le canal central 6 tandis que l'arête arrière 24 est orientée à la rencontre du courant de liquide. Chacun des fendoirs 3 est monté sur l'axe 4 avec possibilité d'osciller et la valeur de l'espacement peut être ensuite fixée o -- est la valeur de l'espacement entre l'arête arrière 24 des fendoirs 3 et la paroi du canal central 6. Les fendoirs 3 sont disposés à différents niveaux par rapport au diaphragme 9. La longueur et la largeur des fendoirs 3 diminuent dans le sens du diaphragme 9. Le filtre à cyclone fonctionne de la manière suivante. Un liquide pollué (par exemple, une huile minérale) arrive, à travers le canal d'entrée 21, au guidage hélicoidal 5, et en circulant suivant ce guidage, il acquiert un mouvement circulaire. Sous l'action des forces centrifuges qui y sont engendrées à la suite de ce mouvement et qui agissent sur les particules d'impuretés, les plus grosses et lourdes particules sont séparées du courant de liquide et se déposeht sous la forme d'une couche ayant une certaine épaisseur, sur la paroi du canal central 6. Sous l'action de la force de gravité et du frottement avec le courant principal de liquide, cette couche se déplace vers les fendoirs 3. Les valeurs des espacements, c'est-à-dire la quantité de liquide contenant les impuretés, donc la quantité de liquide qui doit être évacuée dans le décanteur 8, sont établies au préalable à la main ou bien automatiquement, compte tenu de la teneur initiale en impuretés, à l'aide des fendoirs 3. Dans ce cas, l'arête arrière aiguë 24 des fendoirs 3 séparé la couche d'impuretés ayant l'épaisseur du courant épuré dans le guidage hélicoidal 5 qui parvient, à travers la fente 7, dans l'espacement radial 17 et ensuite passe à travers les éléments filtrants 13 et le tube perforé 14 et se dirige vers le canal de sortie 16. Du fait que l'arête avant 23 des fendoirs 3 obture tout l'espacement 24, la fuite du liquide suivant tout l'espacement annulaire 24 à travers les fendoirs est éliminée. Pendant que le courant passe à travers chaque fendoir suivant 3 dans la direction du diaphragme 9, les vitesses des courants débouchant à travers les fentes 2 et 7 diminuent et le courant de liquide arrive conjointe- ment avec l'impureté, au couvercle 22,en effectuant sur celui-ci des mouvements circulaires dans la direction du fendoir 3 voisin du diaphragme. Une portion des impuretés se dépose alors sur le couvercle 22 et est évacuée par lesdits fendoirs 3, vers le décanteur 8. En prenant en considération que l'épaisseur de la couche d'impuretés se répartit alors d'une manière irrégulière, et croite dans la direction du couvercle 22, la longueur et la largeur des fendoirs 3 diminuent dans la direction du diaphragme 9. La couche polluée arrive avec une portion du liquide à travers la fente 2 du bottier 1 dans le décanteur 8. 26'40161 11- A la suite de la grande différence entre les sections de passage des fentes 2 et du décanteur 8, la vitesse du liquide arriv6 dans le décanteur 8 diminue brusquement. Sous l'action des forces de gravité et de l'aimant 20, les plus grosses et lourdes particules d'impuretés se déposent. L'aimant 20 retient les particules ferro- magnétiques. Le courant épuré dans le décanteur 8 du liquide iO arrive à la pièce intercalaire hélicoidale 11 et, en se déplaçant suivant cette pièce intercalaire, le courant est mis en mouvement rotatif. Après cela, ce courant parvient à travers la perforation 12 et le trou 10 dans l'espacement axial 18 du canal central 6 aux éléments filtrants 13. Les forces centrifuges engendrées pendant le mouvement rotatif du courant exercent une action de déflexion sur les particules d'impuretés qui se sont rapprochées de 1% pièce intercalaire hélicoidale 11. On supprime ainsi le risque d'une pénétration des impuretés aux perforations 12. Le courant de liquide arrivant au dispositif de calmage 19 est divisé par les -perforations en un nombre de jets qui coopèrent et atténuent les oscillations du liquide dans le décanteur. Lorsqu'un élément filtrant 1'3 est obstrué par les impuretés,la pression de liquide dans le filtre à cyclone croit. Dès que la pression a atteint une valeur critique, la soupape de retenue 15 entre en jeu et ouvre le tube perforé 14. Dans ce cas, le liquide se dirige, après le guidage hélicoidal 5, immédiatement vers le tube perforé 14 puis vers le canal de sortie 16. La conception du filtre à cyclone permet d'épurer le liquide dans une large gamme de variation de ses propriétés en ce qui concerne sa viscosité et le taux de pollution. De plus,on assure des régimes optimaux de fonctionnement du filtre à cyclone. 26 4 0 1 6 1 R EV E N D I C A. T 1O N S- 1. Filtre à cyclonedu type comportant un boîtier ayant des fentes et des fendoirs disposés au- dessous des fentes suivant le sens du déplacement d'un liquide, un guidage hélicoïdal avec un canal central, un décanteur et des éléments filtrants, caractérisé en ce qu'il est muni d'un diaphragme (9) ayant un trou central (10), d'un tube perforé (14) et d'une pièce intercalaire hélicoïdale perforée (11) logée dans le trou (10) du diaphragme du côté décanteur (8), en ce que le diaphragme (9) est situé à l'extrémité du canal central (6) située du côté du décanteur (8), en ce que le tube perforé (14) est monté à l'intérieur du canal central (6) du guidage hélicoïdal (5),coaxialement à celui-ci, en ce que des fentes (7) sont pratiquées dans la paroi du canal (6) et se trouvent au-dessous des fendoirs, montés sur un axe (4) avec possibilité d'osciller, la direction des spires de la pièce intercalaire hélicoïdale (11) correspondant, dans ce cas, à la direction des spires du guidage hélicoïdal (5) du boîtier (1) et le guidage hélicoïdal (5) étant muni d'un couvercle (22) du cêté du décanteur (8). 2. Filtre à cyclone selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur et la largeur de chaque fente (7) du canal (6) sont égales ou inférieures à la longueur et à la largeur des fendoirs (3). 3. Filtre à cyclone selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale de chacun des fendoirs (3) a la forme d'une aile dont l'arête avant est égale à l'épaisseur de l'espacement entre le boîtier et le canal central et en ce que l'arête arrière est orientée à la rencontre du courant de liquide. 4. Filtre à cyclone selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les fendoirs (3) sont disposés à différents niveaux par rapport au diaphragme. 5. Filtre à cyclone selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur et la largeur des fen- doirs (3) décroît vers le diaphragme.