Brevet FR2670396A1 — publié le 19920619

"FILTRE POUR MACHINE-OUTIL" Sur les machines-outils travaillant par enlèvement de copeaux ou décharge électrique, on travaille dans un milieu liquide d'arrosage, de lubrification, diélectrique ou pétrochimique, c'està- dire qu'interviennent l'acier, le laiton, le cuivre, le pétrole, le graphite qui, par suite de la chaleur ou lorsque se produisent les décharges correspondantes, crééent une série de particules de produits chimiques complexes qui10 provoquent la contamination du milieu et qu'il est nécessaire d'éliminer. Pour un filtre traditionnel on prévoit un récipient avec une entrée de liquide à filtrer, un élément filtrant à l'intérieur et une sortie de liquide filtré (phase de filtrage) Lorsque15 l'élément filtrant est saturé, on procède à l'introduction de liquide par la sortie qui régénère l'élément filtrant et le liquide en résultant sort par l'entrée (phase de lavage). Dans la technique traditionnelle, on a détecté deux problèmes: A la phase de filtrage, l'élément filtrant est contaminé et la durée de cette phase est excessivement courte compte tenu de la saturation rapide de l'élément filtrant. Lors de la régénération de l'élément filtrant, une partie de l'élément filtrant est perdue, donc il convient de le remplacer avec tous les frais et inconvénients que cela suppose. L'objet de ce Brevet est la conception d'un nouveau filtre qui évite les problèmes mentionnés. En laboratoire, on a étudié les différentes particules polluantes qui sont métalliques ou de formulation complexe, avec des formes variées et beaucoup d'entre elles sont sphériques. On a également étudié diverses matières afin d'étudier leurs propriétés de filtrage et les caractéristiques ou variables 2 - fondamentales qui régissent le déroulement des différentes phases du fonctionnement du filtre. Entre autres produits, on a étudié les différents dérivés de la silice, qui n'ont pas donné de bons résultats si le liquide filtrant porte des particules complexes, par exemple, pétrochimiques ou organiques, particules qui, d'autre part, apparaissent fréquemment dans les liquides d'arrosage et de lubrification habituels Et ce d'autant plus si le milieu est le pétrole dans une machine d'électro-érosion.10 Les différents minerais de fer n'ont pas non plus donné de bons résultats et on a réussi à avancer vers la solution de ces problèmes, en utilisant du bronze broyé. Suite aux différents essais, on est parvenu à la conclusion qu'un bon élément filtrant doit être régi par trois caractéristiques fondamentales: a) la densité (d) doit être élevée, supérieure à 3 g/cm 3 et de préférence supérieure à 5 g/cm 3; b) Il doit se présenter broyé avec une grosseur de grain (t) non inférieure à 0,2 mm et non supérieure à 1 mm; c) lors du broyage, il convient de produire des grains dont les faces ont des arêtes vives. On a travaillé de nombreuses heures avec l'ilménite comme milieu filtrant avec des résultats optima. L'ilménite est une minerai de poids élevé, sa densité est de l'ordre de 6 g/cm 3 à rupture facile dans laquelle prévalent les formes rhomboédriques et héxaédriques Après son obtention brute, on procède au broyage et au passage au crible, ce qui permet d'obtenir des grains avec beaucoup d'arêtes et de faces irrégulières dont les dimensions oscillent entre 0,3 et 1 mm,30 entre les points les plus éloignés La mesure de son pourcentage le plus élevé oscille autour de 0,4 mm, occupant le volume moyen du filtre et 0,75 mm le fond de celuici. Indépendamment des avantages obtenus découlant de sa configuration géométrique déjà exposés, nous devons concentrer 3 - notre attention sur sa haute densité, car ceci se traduit par une certaine compression et donc une plus grande stabilité du grain Il découle de ceci la carence de modifications substantielles dans les cavités ainsi formées (sauf à la surface). Dans les expériences avec d'autres grains filtrants connus dérivés du quartz, de la silice et d'autres dont le poids spécifique est inférieur à 3 g/cm 3, l'action d'arrêt de la pompe suppose une brusque décompression du grain, et d'autant plus que la pression différentielle est grande On peut en dire de même des coups de bélier produits lors de la manoeuvre de mise en marche, ce qui fait que le mouvement du grain fait que les cavités subissent des modifications qui font que les particules logées ici s'échappent du filtre ce qui aggrave encore la qualité du liquide filtré et permet la formation de voies de liaison entre le diffuseur supérieur et le diffuseur inférieur qui empêchent le filtrage. Ayant trouvé l'élément filtrant, on a également mis au point le filtre pour faire un tout. La figure 1 est une vue schématique du filtre objet de l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un tube du diffuseur inférieur. La figure 3 est une vue schématique d'une autre réalisation pratique du filtre objet de l'invention. Le filtre est formé d'un récipient cylindrique ( 1) composé de deux ouvertures reliées à l'intérieur à deux tubes supérieur ( 2) et inférieur ( 5) équipés de diffuseurs On préfère la position verticale, mais ceci fonctionne également dans d'autres positions. Le diffuseur supérieur ( 14) est situé dans la partie plus haute du récipient ( 1) filtre (à proximité du couvercle ( 16)) et dans la zone centrale il comprend une pièce de forme semi-sphérique sur la surface incurvée de laquelle se trouvent les perforations ( 15) nécessaires pour répartir également le liquide ( 3) Sa fonction consiste à pourvoir en liquide à filtrer 4 - ( 3) en empêchant la production de turbulences, tourbillons, etc qui perturbent la surface du grain filtrant (S) situé à une distance d'au moins 1/6 ème de la hauteur totale (h 2) du filtre Egalement, par lui, se produit le délogement des corpuscules filtrés, lorsqu'on inverse le sens de captage du liquide L'expansion subie lors de ce cycle des éléments filtrants est absorbée par la distance à laquelle se trouvent ceux-ci par rapport au diffuseur ( 14), d'o on en déduit que la force ascensionnelle du liquide au moment du lavage entraîne alors10 les particules filtrées et non les particules filtrantes en raison de leur grosseur et donc de leur poids. Les particules polluantes sont retenues dans l'élément filtrant ( 4) mais peu à peu celui-ci va être obturé par ces particules Au fond du filtre ( 1) est disposé un diffuseur composé15 d'une série de tubes ( 6), un élément grillagé formant une étoile. Les tubes ( 6) peuvent avoir une extrémité ( 7) fermée et des anneaux ( 18) de renfort. Les tubes ( 6) disposent de stries ( 9) ou rainures qui permettent le passage du liquide de la zone du milieu filtrant ( 4) à l'intérieur ( 8) du tube ( 6), cette partie intérieure ( 8) débouchant dans la conduite inférieure ( 5) du filtre ( 1). La largeur (a) des stries ( 9) est inférieure à la grosseur des particules filtrantes. Les stries ( 9) ont une faible longueur (e) à parois parallèles à partir de laquelle elles s'élargissent vers l'intérieur ( 8) du tube. Pour éviter qu'il ne reste de l'air sous pression dans la partie supérieure du filtre, on prévoit un purgeur d'air ( 10). Dans le fonctionnement du filtre, on observe trois formes totalement différentes: filtrage, lavage et rinçage, qui sont développées ci-après. Phase de filtration: Durant cette phase, le liquide pollué ( 3) provenant, par exemple, de l'électro-érosion, est - pulsé par une pompe vers le récipient filtre ( 1) par l'intermédiaire du diffuseur supérieur ( 14) Celui-ci distribue vers le haut et également le liquide qu'il reçoit ce qui crée un mouvement descensionnel et uniforme du volume compris entre le diffuseur supérieur ( 14) et la surface d'ilménite, (s) qui la traverse et laisse sur son passage les particules qui y sont contenues pour être reçu par la suite et une fois filtré par les collecteurs du diffuseur inférieur et passer par celui-ci a l'extérieur Lorsque le processus se répète sans interruption, les cavités ou pores formés dans l'ilménite se saturent de particules, ce que nous montre un manomètre ( 17) intercalé dans le circuit et qui indique la pression différentielle entre l'entrée supérieure et la sortie inférieure ( 5) donnant lieu ô au cycle de lavage. Lavage du filtre: Dans ce processus, le liquide provenant de la pompe entre dans le récipient par le diffuseur inférieur ce qui crée un courant ascendant qui entraîne les particules dérivées de l'érosion à l'extérieur à travers le diffuseur supérieur ( 14), tout en dilatant et sélectionnant en fonction de sa grosseur le grain filtrant, de sorte que le grain plus gros reste dans la zone plus profonde du côté filtrant et le plus fin se trouve à sa surface. Rinçage du filtre: Dans ce processus, le liquide entre par le diffuseur supérieur ( 14) et sort par la sortie ( 5), en stabilisant et comprimant l'élément filtrant ( 4) et en créant une nouvelle disposition de ses cavités disposées à nouveau à recevoir les particules dérivées par exemple de V'électroérosion. A la figure 3, on voit qu'au lieu des tubes ( 6) on a disposé comme diffuseur une série de semi-sphères ( 11) rainurées dont l'intérieur ( 8 ') débouche dans une chambre inférieure ( 12) d'ou part la conduite inférieure ( 5). Tant à la phase de lavage que de rinçage, il peut être utile d'utiliser à contre-courant non seulement du liquide, 6 - mais également de l'air, c'est pourquoi, à la figure 3, on a disposé une bifurcation ( 13) pour l'entrée d'air qui facilitera le détachement des particules polluantes de l'élément filtrant ( 4) et il peut être entraîné vers la conduite supérieure ( 2). La conduite d'air peut déboucher en d'autres points qui permettent l'objectif proposé, par exemple, directement dans la chambre inférieure ( 12). La chambre inférieure ( 12) peut être séparée de l'élément filtrant ( 4) par un grillage ou treillis, dont les rainures sont conformes à ce qui est décrit pour les tubes ( 6) ou semi-sphères ( 11). Expérimentalement il a été établi que le filtre fonctionne correctement si, étant donné un débit de filtrage (Q), on dispose d'une surface de filtrage (S) dans le filtre ( 1) qui garde un rapport approx de: 25 filtrant aux caractéristiques mentionnées. La hauteur (hl) du lit filtrant est environ égale au diamètre du filtre hl 0, en utilisant uniquement une pompe à impulsion. Ces caractéristiques varieraient si on utilisait des pompes distinctes durant les différentes phases du filtrage, mais puisqu'avec une seule pompe, le filtre fonctionne optimalement, on considère qu'il n'est pas avantageux d'en utiliser plusieurs. Comme ceci a déjà été indiqué, le collecteur supérieur ( 14) doit être disposé à proximité du couvercle ( 16), ce qui aboutit en pratique à une hauteur totale approximative de h 2 1,2 hl. Afin de fournir la dose correcte à chaque filtre, nous disposons de deux grosseurs de grain dans des sacs séparés, celui de 0,6 à 1 mm étant celui que nous introduisons en premier couvrant environ 10 cm, au- dessus du diffuseur inférieur pour ajouter ensuite le grain plus petit, qui varie entre 0,3 et -7 0,6 mm, en laissant sans couvrir au moins 1/6 ème de la hauteur totale du récipient comme on l'a mentionné précédemment. Les différences étant faibles, on considère que la distance entre les diffuseurs est la même qu'entre les conduites d'entrée/sortie ( 2), ( 5). A titre complémentaire, il est précisé que les par- ticules de l'élément filtrant ont une rupture cristalli- ne f La densité des particules est de 6 REVENDICATIONS -1 Filtre pour machine-outil, du type qui comprend une conduite supérieure ( 2 >, une conduite inférieure ( 5) et un élément filtrant ( 1), caractérisé en ce qu'on dispose comme élément filtrant d'un produit broyé dont les particules ont une densité (d): d > 3 g/cm 3 et dont la grosseur ( 7 > est: 0,2 -2 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un débit (Q) de filtrage, on dispose sur le filtre d'une surface de filtration (S) qui respecte l'équation 25 ( Q/S 4 40 m 3/h-m 2.15 -3 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport entre le débit (Q) et la surface de filtrage est: 30 ( Q/S -4 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au fond de l'élément filtrant ( 1) est disposé un diffuseur composé d'éléments rainurés, la largeur (a) des rainures ( 9) étant inférieure à la grosseur la plus petite des particules filtrantes et l'intérieur ( 8)25 du diffuseur communiquant avec la conduite inférieure ( 5 >. -5 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les rainures ( 9) s'évasent vers l'intérieur des éléments rainurés. -6 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments rainurés sont des tubes ( 6) formant une étoile. -7 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de 1 ' élément filtrant ont une rupture cristalline. -8 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément filtrant est de l'ilménite. -9 Filtre pour machineoutil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la densité (d) des particules est de 6 -10 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendication 1 à 9, caractérisé en ce que la longueur (h) de la masse filtrante dans le filtre a, environ, la même dimension que le diamètre du filtre: 0 H HI. -11 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le rapport entre la distance entre les diffuseurs (h 2) et la longueur (hl) de la masse filtrante est environ de h 2 e 1,2 hl. -12 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments rainurés sont des semi- sphères ( 11) en communication avec une chambre inférieure ( 12) d'o part la conduite inférieure ( 5). -13 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il dispose d'une conduite d'air ( 13 > qui agit à contre-courant sur l'élément filtrant. -14 Filtre pour machine-outil, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il dispose d'une chambre inférieure qui peut être séparée de l'élément filtrant par un grillage ou treillis, dont les rainures sont conformes à ce qui est décrit pour les tubes ou semi-sphères. - -15 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que sur la conduite supérieure ( 2) est disposé un diffuseur ( 14) de forme semisphérique dont les orifices de sortie ( 15) sont orientés en sens inverse du sens de filtrage. -16 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le grain le plus gros de l'élément filtrant est disposé à la partie inférieure du filtre. -17 Filtre pour machine-outil, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'un manomètre différentiel est disposé entre la conduite supérieure et la conduite inférieure, manomètre