Filtre
La présente invention a pour objet un filtre servant à enlever des particules hors de gaz dans lesquels elles sont entraînées. Ce filtre peut être utilisé notamment pour enlever les poussières de l'air en vue de le purifier.
On sait que lorsqu'on fait passer à travers une matière filtrante poreuse un gaz chargé de particules solides, il arrive un moment où les particules colmatent les pores de la matière filtrante, ce qui réduit le débit. Il en résulte qu'il est nécessaire, d'une manière ou d'une autre, de remettre en état la matière filtrante, afin que le gaz puisse la traverser à la vitesse désirée. On sait également que, lorsqu'on traite des particules relativement fines, il existe une sérieuse diminution du rendement du filtre lorsqu'on utilise des filtres qui sont neufs.
On le comprendra facilement, lorsqu'on remarque que, dans le cas de particules ayant des dimensions très faibles, les interstices ou pores d'une matière filtrante ont de grandes dimensions par rapport à ces particules et que, lorsqu'on met en service un filtre neuf parfaitement propre, le processus de filtration est au début relativement inefficace. A mesure que la filtration continue, la porosité de la matière filtrante diminue et l'on n'obtient pas le rendement désiré avant un temps appréciable après le début de l'opération.
De ce qui précède, il résulte qu'il est non seulement coûteux, mais encore pas favorable de remplacer des éléments filtrants dans lesquels la porosité est devenue trop faible par des éléments soigneusement nettoyés ou neufs. De ce fait, on a fait de nombreuses tentatives pour mettre au point des dispositifs servant à nettoyer ou à remettre en état, au fur et à mesure du fonctionnement, les éléments filtrants d'un filtre. Les agencements réalisés jusqu'ici comportaient des dispositifs servant à nettoyer les éléments filtrants montés dans le filtre, et certains perfectionnements ont permis de nettoyer successivement les éléments filtrants d'un filtre à plusieurs éléments sans interrompre le fonctionnement du filtre. Toutefois, particulièrement lorsque la dimension moyenne des particules des poussières est très faible, de tels agencements laissent beaucoup à désirer.
L'un des problèmes qui se pose avec de tels filtres consiste à maintenir la porosité des éléments filtrants dans une gamme désirée, afin d'assurer l'uniformité et le rendement élevé du fonctionnement du filtre. Un nettoyage excessif aussi bien qu'un netnoyage insuffisant provoquent de grandes variations dans le fonctionnement du filtre. En outre, des variations dans les conditions telles que l'humidité ou la charge de particules du gaz soumis au traitement peuvent nécessiter de grandes variations dans la vitesse de nettoyage pour assurer un filtrage continu optimum sans interrompre le fonctionnement du filtre.
On a constaté qu'en provoquant un contre-courant de gaz à travers la totalité de l'élément filtrant, on peut enlever une quantité suffisante des particules qui se sont accumulées au point de diminuer la capacité de filtrage de l'élément, de manière à rétablir le débit désiré sans qu'il en résulte un nettoyage excessif. Autrement dit, il subsiste une quantité de particules qui est suffisante pour maintenir le rendement de la filtration.
Le filtre suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément filtrant poreux délimitant un certain espace, un dispositif pour amener, du côté amont de cet élément filtrant, un gaz sous pression chargé de particules, une enceinte située du côté aval de l'élément filtrant et communi quant avec ce côté, cette enceinte ayant un volume sensiblement plus grand que le volume de I'espace délimité par ledit élément filtrant, un piston monté dans cette enceinte et agencé de manière à pouvoir se rapprocher et s'éloigner de l'élément filtrant, et un dispositif agencé de manière à pouvoir déplacer rapidement ce piston sur une distance telle qu'il déplace un volume plus grand que le volume de l'espace délimité par l'élément filtrant, de façon à comprimer le gaz contenu dans ledit espace,
ce qui force brusquement le gaz à se déplacer à contre-courant à travers la totalité de l'élément filtrant.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe, faite par 1-1 de la fig. 2, du filtre.
La fig. 2 est une coupe de ce filtre, faite par 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan par-dessus du filtre représenté sur la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe à grande échelle, faite par 4-4 de la fig. 1.
Les fig. 5 et 6 sont des vues similaires à la fig. 4, représentant d'autres positions des organes représentés sur la fig. 4.
La fig. 7 est une élévation fragmentaire de l'un des éléments filtrants muni de brosses pour assurer en plus une action de balayage ou d'essuyage.
En se référant maintenant au dessin en détail, on voit à la fig. 1 un filtre 10 qui comporte un carter 11 de forme générale cylindrique, qui est fermé à une extrémité par un collecteur 12 dans lequel tombent les poussières ou autres particules et hors duquel on peut les enlever. A l'autre extrémité du carter 11 est fixé un élément cylindrique 13 muni d'une plaque percée 14 qui est fixée entre les extrémités adjacentes du carter 11 et de l'élément cylindrique 13.
L'extrémité de l'élément cylindrique 13 qui est à l'opposé du carter 1 1 est obturée par un couvercle 15 en forme de plaque qui, comme on le précisera en détail, sert à supporter un dispositif d'entraAme- ment et un mécanisme de commande servant à actionner un piston 16 qui peut se déplacer dans l'élément cylindrique 13. A l'intérieur de l'élément cylindrique 13 et disposé autour du piston 16 est monté un boîtier 17 qui est susceptible de tourner et qui comporte une partie axiale 1 7a de diamètre réduit, analogue à une broche, logée dans un moyeu
18 qu'elle traverse et qui est supporté dans une ouverture centrale ménagée dans la plaque percée 14. Des paliers et des organes de maintien appropriés, comme représenté, servent à assurer et à faciliter la rotation de la partie axiale 17a.
Le piston 16 est fixé, de manière à pouvoir se déplacer longitudinalement avec lui, à un arbre
19 supporté dans un coussinet 20 monté dans la partie 17a, dans la zone entourée par le moyeu 18, pour des raisons de rigidité. Au voisinage de son extrémité opposée au piston 16, l'arbre 19 comporte une rondelle 21 dont le déplacement dans le sens qui l'éloigne du piston 16 est limité par une butée constituée par un écrou 22. Un ressort hélicoïdal 23 entoure l'arbre 19 et s'étend à partir de la rondelle 21 jusqu'à une seconde rondelle 24 qui prend appui contre le coussinet 20. Le déplacement qui l'éloigne de la rondelle 21 pourrait aussi être limité d'une autre manière quelconque. Ainsi, lorsque le piston 16 est soulevé dans son boîtier 17, l'arbre 19 en se déplaçant avec le piston sert à comprimer et à charger le ressort 23 situé entre les rondelles 21 et 24.
Le boîtier 17 du piston est clos à l'exception d'une ouverture 25 ménagée à sa partie inférieure et par laquelle la zone située sous le piston peut être mise en communication avec l'un des éléments filtrants ou successivement avec plusieurs de ceux-ci, comme on va maintenant le décrire. Le volume de ce boîtier est sensiblement plus grand que le volume d'un élément filtrant. Comme représenté. le centre de l'ouverture 25 est excentré par rapport à l'axe géométrique du carter 1 1 d'une distance sensiblement égale au rayon d'une rangée annulaire d'ouvertures 26a à 26f (fig. 2) ménagées dans la plaque 14.
Les ouvertures 26a à 26f et l'ouverture 25 ont sensiblement le même diamètre. Au voisinage de l'extrémité du carter 11 qui est à l'opposé de la plaque
14 sont montés plusieurs organes de support 27 disposés radialement et portant chacun une rangée
annulaire de vis de blocage 28 dont chacune est placée de manière à porter contre une extrémité d'un boîtier 29 d'élément filtrant de manière à repousser son autre extrémité pour la bloquer en contact avec le bord d'une des ouvertures 26. Chaque boîtier 29 comporte des éléments largement espacés qui s'étendent d'une manière générale parallèlement les uns aux autres, comme représenté. On prévoit un boîtier 29 pour chaque ouverture 26 et chaque boîtier est destiné à porter contre un rebord 30a formé à l'une des extrémités d'un soufflet 30 et à se bloquer contre ce rebord.
L'autre extrémité du soufflet 30 comporte un support métallique 31 percé, qui sert à supporter une matière filtrante 32.
On peut former le soufflet 30 en une matière appropriée quelconque qui soit suffisamment résistante et élastique pour supporter chaque élément filtrant et la charge de poussières accumulées et qui, cependant, reste affaissée normalement. Dans le cas présent, le soufflet 30 est fait d'une matière résistant à une température élevée, par exemple de l'amiante renforcé par un fil hélicoïdal en acier à ressort. On forme le rebord 30a en moulant l'amiante d'une manière convenable. On peut utiliser. comme matière filtrante, par exemple, des matières entremêlées telles
que des fibres de verre, des fibres d'amiante, du feutre de laine. Bien entendu, on ne peut pas utiliser avec succès une matière telle que le feutre de laine lorsqu'il règne des températures élevées.
Lorsque l'élément filtrant comprend une matière qui n'est pas assez résistante pour supporter le contre-courant, on peut la maintenir en place au moyen d'un grillage métallique 33, qui est fixé par des brides 34. On remarquera que les extrémités inférieures des éléments filtrants sont obturées par des disques métalliques 35 qui peuvent faire partie des supports 31.
Comme on le décrira plus complètement, les éléments filtrants peuvent être poussés vers le bas par intermittence et ce déplacement vers le bas peut forcer leur extrémité inférieure à heurter les boîtiers correspondants 29 lorsqu'une secousse particulièrement violente est désirée. Dans ce cas, les disques 35 reçoivent la totalité de la force de la percussion.
Le gaz (ou l'air) chargé de particules est introduit dans le filtre par un conduit d'admission 36 disposé tangentiellement au carter 11 et communiquant avec l'intérieur de ce dernier. Le fluide est sous pression dans le conduit d'admission 36 et, en raison de la différence de pression qui règne dans le filtre, il traverse normalement les éléments filtrants dans lesquels les particules sont emprisonnées et il sort par un conduit de sortie 37. Comme représenté, le conduit de sortie 37 débouche dans l'élément cylindrique 13 juste au-dessous du boîtier 17 du piston, le fluide parvenant au conduit de sortie par n'importe laquelle des ouvertures 26 qui n'est pas en regard de l'ouverture 25 du boîtier 17 du piston. Dans certains cas, on peut supprimer le conduit de sortie 37 et l'élément cylindrique 13 peut être laissé en communication avec l'atmosphère qui l'entoure.
On va maintenant décrire plus en détail le mécanisme servant à déterminer et à régler le contrecourant qui nettoie les éléments filtrants. Un arbre d'entraînement 38, monté de manière à pouvoir tourner sur le couvercle 15 au moyen de paliers 38a, est entraîné par un moteur 39 auquel il est relié par une courroie 40 et des poulies. Un dispositif d'entraînement comportant un pignon 41 est relié à l'arbre d'entraînement 38, le pignon 41 traversant le couvercle 15 pour engrener avec une couronne dentée 64 (fig. 3) montée sur la paroi terminale 17b du boîtier 17 du piston. Dans une variante, les dents du pignon 41 peuvent pénétrer dans des trous pratiqués dans la paroi terminale 17b. Dans le cas présent où six éléments filtrants sont montés dans le filtre 10, le rapport de démultiplication entre le pignon 41 et la couronne dentée 64 est de 6 à 1.
De ce fait, chaque fois que l'arbre d'entraînement 38 exécute six tours, le boîtier 17 du piston exécute un tour complet autour de son axe géométrique.
Chaque tour de l'arbre 38 amène l'ouverture 25 en regard d'une ouverture 26 différente. En pratique, on peut faire tourner l'arbre d'entraînement 38 relativement lentement, et c'est pourquoi il est relié au moteur 39 par l'intermédiaire d'un mécanisme réducteur de vitesse. Si on le désire, on peut utiliser d'autres séquences ou d'autres arrangements des éléments filtrants. Par exemple, un élément filtrant sur deux peut être amené en regard de l'ouverture 25 et, dans ce cas, on peut utiliser un nombre impair d'éléments filtrants.
Une poulie 42 est montée folle sur l'arbre d'entraînement 38 et, normalement, elle ne tourne pas avec l'arbre d'entraînement. Un câble métallique 43 est fixé à la poulie 42 et à l'arbre 19 du piston et, lorsque la poulie 42 tourne avec l'arbre d'entraînement 38, le câble 43 s'enroule sur la poulie 42, ce qui soulève le piston 16 et comprime le ressort 23.
Un mécanisme d'accouplement permet de commander l'embrayage de la poulie 42 avec l'arbre d'entraînement 38, et ce mécanisme comporte un doigt 44 qui est monté sur l'arbre d'entraînement 38 de manière à pouvoir pivoter et qui est supporté dans une fente ménagée dans l'extrémité de l'arbre d'entraînement 38 au moyen d'un axe 52 situé au voisinage de la poulie 42. Le doigt 44 comporte un nez 45 s'étendant latéralement sur un des côtés de son point d'articulation, et l'on donne à ce nez des dimensions lui permettant de s'engager dans l'un quelconque de plusieurs trous 46a à 46d pratiqués en une rangée dans la face latérale de la poulie 42 vers laquelle est sollicité le nez 45 par un ressort 47 disposé entre une collerette 48 fixée à l'arbre d'entraînement 38 et le doigt 44.
De l'autre côté de son point d'articulation et s'étendant à partir de la poulie 42, le doigt 44 porte deux saillies espacées 49 et 50. Le doigt 44 tourne avec l'arbre d'entraînement 38, et la saillie 49 est disposée sur le doigt 44 de manière à s'engager dans un support 51 qui comporte une surface formant rampe et qui est fixé au couvercle 15. Comme on le voit plus clairement sur la fig. 4, la saillie 49 vient porter contre la surface formant rampe du support 51 juste avant qu'elle atteigne une position verticale, et elle sert à faire pivoter le doigt 44 autour de son pivot pour écarter le nez 45 de la poulie 42.
Comme on le voit plus clairement sur les fig. 1 et 3, le support 51 est disposé au voisinage de l'un des côtés de la poulie 42, de manière à recevoir la saillie 49. Un bloc 53 formant support reçoit un axe rotatif d'articulation 54 du côté du support 51 qui est le plus éloigné de la poulie 42. A l'extrémité de l'axe d'articulation 54 qui est en face de la poulie 42 est fixée une came plate 55, tandis qu'à l'extrémité opposée est fixé un levier de renvoi 56. La saillie 50 est disposée sur le doigt 44 de manière à se dégager du support 51 lorsque le doigt 44 tourne avec l'arbre 38 et à venir en contact avec la came plate 55.
Comme on le remarquera, la saillie 50 est un peu plus longue que la saillie 49, de sorte qu'elle s'étend au-delà du support 51 et qu'elle vient en contact avec la came plate 55 après que la saillie 49 est venue en contact avec le support 51 et a été poussée vers l'intérieur par celui-ci, mais avant que la saillie 49 ait été dégagée du support 51. L'extrémité libre du levier de renvoi 56 est reliée par un embiellage comprenant des biellettes 57 à l'un des côtés d'un soufflet 58 dont l'autre côté est fixe. Le soufflet 58 peut communiquer directement ou, comme représenté, par l'intermédiaire d'un conduit 59 avec le conduit d'admission 36. Dans une variante, le conduit 59 peut déboucher dans le carter 11 du côté amont des éléments filtrants.
De ce fait, la dilatation et la contraction du soufflet 58 sont une indication de la pression régnant du côté amont des éléments filtrants et, par conséquent, le déplacement du côté libre du soufflet varie avec cette pression. A mesure que le soufflet 58 se dilate sous l'effet d'une augmentation de pression, les biellettes 57 entrent en action pour faire tourner le levier de renvoi 56 en sens inverse des aiguilles d'une. montre (fig. 4 à 6).
Inversement, lorsque le soufflet 58 se contracte, le levier de renvoi 56 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre; du fait que la came plate 55 est reliée au levier de renvoi 56 par l'intermédiaire de l'axe d'articulation 54, elle participe à ce déplacement du levier de renvoi 56, et sa position par rapport à la saillie 50 du doigt 44 varie, par conséquent, en fonction de la pression régnant dans le conduit d'admission 36, du côté amont des éléments filtrants et, par suite, en fonction de la différence de pression, existant entre l'entrée et la sortie du filtre 10.
Dans certaines installations, dans lesquelles la pression du côté aval des éléments filtrants diffère nettement de la pression atmosphérique, il peut être nécessaire d'enfermer le soufflet 58 et de le placer dans une atmosphère soumise à la même pression que celle qui règne du côté aval des éléments filtrants, par exemple en disposant un conduit reliant ce côté à l'enceinte du soufflet. Dans une variante, il est facile d'utiliser des contrôleurs de différence de pression. Si l'on suppose ici que l'état du filtre 10 n'a pas varié, la pression du côté amont restera sensiblement constante, du fait que dans une opération normale le fluide du conduit d'admission est envoyé au filtre par une source de pression régulière et sensiblement constante.
Lorsque la porosité des éléments filtrants vis-à-vis du fluide varie au cours de l'utilisation, la pression du côté amont ou bien la différence de pression dans le filtre varieront de manière correspondante.
Les variations de la porosité des éléments filtrants constituent une mesure commode de l'efficacité de l'opération de filtration. Des éléments filtrants parfaitement propres et neufs auront une porosité maximum et un rendement de filtration quelque peu inférieur au rendement désiré. C'est pourquoi, lorsqu'un filtre 10 est initialement mis en service avec des éléments filtrants neufs, la valeur delapression dans le conduit d'admission 36 sera à un niveau bas correspondant. On règle la sensibilité du soufflet 58, par exemple en faisant varier la tension d'un ressort d'étalonnage 60, de manière qu'il soit aplati et insensible à cette pression.
Etant donné que le rendement des éléments filtrants augmente avec l'utilisation à mesure que leur porosité diminue par suite de l'emprisonnement des particules dans la matière filtrante, il se produira un accroissement de la chute de pression dans le filtre et une augmentation consécutive de pression dans le conduit d'admission 36.
A mesure que la filtration continue, le filtre fonctionnera avec un rendement sensiblement maximum et cette condition est représentée par une gamme donnée de valeurs de pression en amont et dans le conduit d'admission 36, qui correspond à une gamme d'amplitudes de différence de pression qui peut varier quelque peu avec des matières filtrantes différentes mais qu'on peut facilement déterminer.
Par exemple, dans l'installation considérée, cette gamme de différences de pression dans le filtre peut être comprise entre 76 et 102 mm d'eau.
Un nouvel accroissement de pression dans le conduit d'admission 36 au-dessus de la gamme donnée de pression est l'indice d'une perte de débit due au colmatage et à l'obstruction de la matière filtrante. Le soufflet 58 est réglé de manière à entrer en action et à se dilater lorsque la pression dépasse la limite supérieure de la gamme désirée, et il en résulte une rotation de la came plate 55 dans le sens des aiguilles d'une montre. Comme représenté sur la fig. 5, les diverses pièces sont dans la position qu'elles occupent lorsque la pression dans le conduit d'admission 36 est en dessous de la limite supérieure de la gamme désirée de pression de fonctionnement.
Le piston 16 est alors à la limite inférieure de sa course et la tension du ressort hélicoïdal 23 sur le câble métallique 43 maintient ce dernier tendu, ce qui fait que le câble empêche la poulie 42 de tourner tandis que l'arbre d'entraînement 38 et le doigt 44 sont entraînés en rotation par le moteur 39 qui est alors excité. Même lorsque la saillie 49 s'est dégagée du support 51, le nez 45 est maintenu à distance des trous 46 du fait que la came plate 55 est venue en contact avec la saillie 50 lorsque le nez 45 passe sur la partie de la poulie 42 dans laquelle sont disposés les trous 46a à 46d.
Il y a lieu de remarquer que lorsque la saillie 50 se dégage de la came plate 55, le nez 45 dans sa position correspondante s'est déplacé au-delà du point auquel il peut pénétrer dans le dernier des trous 46a à 46d et qu'il glisse par conséquent le long de la surface latérale lisse de la poulie 42 jusqu'à ce que la saillie 49 pénètre de nouveau dans le support 51.
Lorsque l'accroissement de la chute de pression dans le filtre 10 lui fait tout juste dépasser la limite supérieure de la gamme de fonctionnement désirée, la came plate 55 atteint la position représentée sur la fig. 6, et la saillie 50 se dégage de la came plate à chaque tour de l'arbre d'entraînement 38 à une position, par rapport à la poulie 42, qui laisse le nez 45 du doigt 44 pénétrer dans le trou 46a. Du fait que la poulie 42 est ainsi en prise, elle est entraînée en rotation sur environ 2000, ce qui soulève le piston 16 sur une distance correspondante et comprime le ressort 23.
En même temps, l'arbre 38, en continuant à tourner, amène l'ouverture 25 du boîtier 17 du piston en regard de l'une des ouvertures 26a à 26f, juste au moment où la saillie 49 pénètre de nouveau dans le support 51 pour libérer la poulie 42 et laisser le ressort 23 pousser le piston 16 vers le bas, ce qui détermine l'envoi d'une bouffée d'air relativement douce à l'élément filtrant qui est en regard avec, par exemple, l'ouverture 26a. Le tour suivant de l'arbre d'entraînement 38 sert à faire tourner le boîtier 17 du piston juste assez pour amener son
ouverture 25 en regard de l'ouverture 26f. Pendant ce tour de l'arbre d'entraînement, la poulie 42 est l'objet d'une nouvelle mise en prise et elle tourne d'environ 2000 pour réenrouler le câble 43 et soulever le piston 16.
La libération de la poulie 42 a alors pour résultat l'envoi de l'air à l'élément filtrant qui se trouve sous l'ouverture 26f.
Comme on l'a précisé, l'air chassé successivement par chacune des ouvertures 26a à 26f par le piston 16, a un volume suffisant sous la pression à laquelle il est envoyé pour déterminer un contrecourant d'air sur la totalité de la surface de chaque élément filtrant, ce qui provoque une action d'enlèvement des particules régulièrement répartie. De préférence, pour n'importe quelle installation particulière, la quantité d'air envoyée lorsque le piston 16 exécute sa course minimum est insuffisante pour ramener la chute de pression dans le filtre à la gamme désirée dans des conditions moyennes de fonctionnement. De ce fait, en présence de conditions inférieures aux conditions moyennes, on évite un excès de nettoyage.
Dans des conditions supérieures aux conditions moyennes, il se produira un accroissement continu de la chute de pression dans l'ensemble de filtre 10.
C'est l'indication que la course limitée du piston 16 correspondant à l'entrée du doigt 44 dans le trou 46a de la poulie a été insuffisante pour aller de pair avec la diminution continue de la capacité du filtre.
C'est pourquoi le soufflet 58 continue à se dilater et par suite à faire tourner la came plate 55 en sens inverse des aiguilles d'une montre pour laisser le doigt 44 s'engager dans les trous 46b, 46c ou 46d, ce qui détermine une augmentation de la course du piston 16. Lorsque le doigt 44 s'engage dans le trou 46d, la poulie 42 tourne d'environ 3150, comme représenté sur la fig. 4 ; la came plate 55 occupe alors une position telle que la saillie 50 ne vient pas en contact avec elle et que le piston 16 se soulève sur la totalité de sa course avant d'être libéré.
Bien entendu, les dimensions relatives des divers éléments détermineront la nature du contre-courant pour chaque position du doigt 44 par rapport à la poulie 42. La force du contre-courant déterminera en tout cas la dilatation du soufflet 30 et provoquera le secouage de l'élément filtrant en même temps que le passage du contre-courant d'air à travers l'élément filtrant. A mesure que la course du piston 16 augmente, la violence des secousses augmente de manière correspondante. Lorsque les conditions sont telles que la course du piston se rapproche de son maximum, le soufflet 30 peut être dilaté au point que les disques 35 heurteront la partie inférieure des boîtiers 29, ce qui renforce l'action d'ébranlement des particules.
Les variations importantes de la vitesse de nettoyage que permet l'agencement qu'on vient de décrire assurent un moyen pratique pour maintenir la densité de l'élément filtrant sensiblement à son degré optimum en dépit des conditions va riables qu'on rencontre fréquemment. Cet avantage est particulièrement intéressant lorsqu'on utilise des éléments filtrants feutrés ou entremêlés, tels que des garnitures en feutre de laine, en laine de verre, etc.
Comme représenté sur la fig. 7, on peut monter à l'intérieur de chaque boîtier 29 un certain nombre de brosses annulaires 61 dont les soies entourent la surface extérieure des éléments filtrants et portent contre la matière filtrante de ceux-ci ou sont au moins en contact avec les particules qui s'y sont accumulées de manière excessive. Les brosses 61 peuvent être espacées axialement par rapport aux éléments filtrants d'une distance correspondant au déplacement axial des éléments filtrants lorsque chaque soufflet 30 est dilaté approximativement à un degré moyen.
Un avantage offert par les brosses 61 réside dans le fait qu'elles tendent à niveler les particules accumulées sur la surface extérieure de l'élément filtrant et elles peuvent en fait enlever de cette surface une certaine quantité de particules, ce qui empêche les accumulations localisées de dépôts anormalement épais qui pourraient offrir à l'action du contre-courant et à l'opération de secouage une résistance telle qu'elles se maintiendraient sur l'élément filtrant, ce qui diminuerait sa capacité. En outre, de telles petites accumulations localisées tendraient à concentrer le contre-courant aux zones exemptes de ces accumulations anormales et provoqueraient peut-être un nettoyage excessif de certaines zones tandis que d'autres resteraient obturées ou colmatées par les accumulations anormales.
Afin d'éviter que des particules enlevées d'un des éléments filtrants se redéposent immédiatement sur un élément filtrant voisin, on peut monter des déflecteurs courbes sur les boîtiers 29 entre les éléments filtrants adjacents. Dans une variante, les déflecteurs peuvent avoir la forme d'éléments analogues à des plaques, disposés radialement dans le carter 11 entre deux éléments filtrants adjacents.
Bien entendu, on peut rendre le carter 11 aussi bien que les joints qui le réunissent aux autres éléments tels que la plaque percée 14, l'élément cylindrique 13, le conduit d'admission 36, etc., sensiblement étanches aux gaz afin d'éviter des fuites du fluide chargé de particules.
Filtered
The present invention relates to a filter for removing particles from the gas in which they are entrained. This filter can be used in particular to remove dust from the air in order to purify it.
It is known that when a gas charged with solid particles is passed through a porous filter material, there comes a time when the particles clog the pores of the filter material, thereby reducing the flow rate. As a result, it is necessary in one way or another to recondition the filter material so that the gas can pass through it at the desired speed. It is also known that when dealing with relatively fine particles there is a serious decrease in filter efficiency when using new filters.
It will be easily understood, when one notices that, in the case of particles having very small dimensions, the interstices or pores of a filter material have large dimensions with respect to these particles and that, when one puts into service a new filter perfectly clean, the filtration process is initially relatively inefficient. As filtration continues, the porosity of the filter material decreases and the desired yield is not achieved until a substantial time after the start of the operation.
From the foregoing, it follows that it is not only expensive, but also not favorable to replace filter elements in which the porosity has become too low by carefully cleaned or new elements. As a result, many attempts have been made to develop devices for cleaning or rehabilitating, as and when in operation, the filter elements of a filter. The arrangements made so far have included devices for cleaning the filter elements mounted in the filter, and certain improvements have made it possible to successively clean the filter elements of a multi-element filter without interrupting the operation of the filter. However, particularly when the average particle size of the dust is very small, such arrangements leave much to be desired.
One of the problems with such filters is to keep the porosity of the filter elements within a desired range, in order to ensure uniformity and high efficiency of filter operation. Both excessive cleaning and insufficient cleaning cause large variations in filter operation. In addition, variations in conditions such as humidity or particle load of the gas being treated may necessitate large variations in the cleaning speed to ensure optimum continuous filtering without interrupting filter operation.
It has been found that by causing a counter-current of gas through the entire filter element, a sufficient quantity of the particles which have accumulated to the point of reducing the filtering capacity of the element can be removed, so to restore the desired flow rate without resulting in excessive cleaning. In other words, there remains a quantity of particles which is sufficient to maintain the efficiency of the filtration.
The filter according to the invention is characterized in that it comprises at least one porous filter element delimiting a certain space, a device for supplying, on the upstream side of this filter element, a pressurized gas loaded with particles, an enclosure located in the downstream side of the filtering element and communicating with this side, this enclosure having a volume substantially greater than the volume of the space delimited by said filtering element, a piston mounted in this enclosure and arranged so as to be able to approach and move away from the filter element, and a device arranged so as to be able to move this piston rapidly over a distance such that it displaces a volume greater than the volume of the space delimited by the filter element, so as to compress the gas contained in said space,
which abruptly forces the gas to move countercurrently through the entire filter element.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a section taken through 1-1 of FIG. 2, of the filter.
Fig. 2 is a section of this filter, taken by 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a top plan view of the filter shown in FIG. 1.
Fig. 4 is a section on a large scale, taken at 4-4 of FIG. 1.
Figs. 5 and 6 are views similar to FIG. 4, showing other positions of the members shown in FIG. 4.
Fig. 7 is a fragmentary elevation of one of the filter elements provided with brushes to additionally provide a sweeping or wiping action.
Referring now to the drawing in detail, it can be seen in fig. 1 a filter 10 which comprises a casing 11 of generally cylindrical shape, which is closed at one end by a collector 12 in which the dust or other particles fall and out of which they can be removed. At the other end of the housing 11 is fixed a cylindrical element 13 provided with a perforated plate 14 which is fixed between the adjacent ends of the housing 11 and of the cylindrical element 13.
The end of the cylindrical element 13 which is opposite the casing 11 is closed by a cover 15 in the form of a plate which, as will be specified in detail, serves to support a driving device and a control mechanism for actuating a piston 16 which can move in the cylindrical member 13. Inside the cylindrical member 13 and arranged around the piston 16 is mounted a housing 17 which is rotatable and which has a axial part 17a of reduced diameter, similar to a spindle, housed in a hub
18 which it passes through and which is supported in a central opening made in the perforated plate 14. Appropriate bearings and retaining members, as shown, serve to ensure and facilitate the rotation of the axial part 17a.
The piston 16 is fixed, so as to be able to move longitudinally with it, to a shaft
19 supported in a pad 20 mounted in part 17a, in the area surrounded by hub 18, for reasons of rigidity. In the vicinity of its end opposite the piston 16, the shaft 19 comprises a washer 21 whose movement in the direction away from the piston 16 is limited by a stop constituted by a nut 22. A helical spring 23 surrounds the shaft. 19 and extends from the washer 21 to a second washer 24 which bears against the pad 20. The movement away from the washer 21 could also be limited in any other way. Thus, when the piston 16 is lifted in its housing 17, the shaft 19 by moving with the piston serves to compress and charge the spring 23 located between the washers 21 and 24.
The housing 17 of the piston is closed with the exception of an opening 25 made at its lower part and through which the zone located under the piston can be placed in communication with one of the filtering elements or successively with several of these. , as we will now describe. The volume of this housing is significantly greater than the volume of a filter element. As pictured. the center of the opening 25 is eccentric with respect to the geometric axis of the housing 1 1 by a distance substantially equal to the radius of an annular row of openings 26a to 26f (Fig. 2) formed in the plate 14.
The openings 26a to 26f and the opening 25 have substantially the same diameter. In the vicinity of the end of the casing 11 which is opposite the plate
14 are mounted several support members 27 arranged radially and each carrying a row
annular locking screw 28 each of which is placed so as to bear against one end of a filter element housing 29 so as to push back its other end to block it in contact with the edge of one of the openings 26. Each housing 29 has widely spaced elements which extend generally parallel to each other as shown. A housing 29 is provided for each opening 26 and each housing is intended to bear against a rim 30a formed at one of the ends of a bellows 30 and to lock against this rim.
The other end of the bellows 30 has a pierced metal support 31, which serves to support a filter material 32.
The bellows 30 may be formed from any suitable material which is sufficiently strong and resilient to withstand each filter element and the accumulated dust load and which, however, remains sag normally. In the present case, the bellows 30 is made of a material resistant to a high temperature, for example asbestos reinforced by a helical wire of spring steel. The flange 30a is formed by molding the asbestos in a suitable manner. We can use. as filter material, for example, intermixed materials such
as glass fibers, asbestos fibers, wool felt. Of course, a material such as wool felt cannot be successfully used when high temperatures prevail.
When the filter element comprises a material which is not strong enough to withstand the countercurrent, it can be held in place by means of a wire mesh 33, which is secured by flanges 34. Note that the ends lower filter elements are closed by metal discs 35 which may form part of the supports 31.
As will be described more fully, the filter elements can be pushed down intermittently and this downward movement can force their lower end to strike the corresponding housings 29 when a particularly violent jerk is desired. In this case, the discs 35 receive the full force of the percussion.
The gas (or air) laden with particles is introduced into the filter via an intake duct 36 disposed tangentially to the casing 11 and communicating with the interior of the latter. The fluid is under pressure in the inlet duct 36 and, due to the pressure difference in the filter, it normally passes through the filter elements in which the particles are trapped and it exits through an outlet duct 37. As shown, the outlet duct 37 opens into the cylindrical member 13 just below the housing 17 of the piston, the fluid arriving at the outlet duct through any of the openings 26 which is not opposite the opening 25 of the piston housing 17. In certain cases, the outlet duct 37 can be omitted and the cylindrical element 13 can be left in communication with the atmosphere which surrounds it.
The mechanism for determining and adjusting the countercurrent which cleans the filter elements will now be described in more detail. A drive shaft 38, mounted so as to be able to rotate on the cover 15 by means of bearings 38a, is driven by a motor 39 to which it is connected by a belt 40 and pulleys. A drive device comprising a pinion 41 is connected to the drive shaft 38, the pinion 41 passing through the cover 15 to mesh with a toothed ring 64 (fig. 3) mounted on the end wall 17b of the housing 17 of the piston. . In a variant, the teeth of the pinion 41 can penetrate into holes made in the end wall 17b. In the present case where six filter elements are mounted in the filter 10, the gear ratio between the pinion 41 and the ring gear 64 is 6 to 1.
Therefore, each time the drive shaft 38 executes six revolutions, the piston housing 17 executes one complete revolution around its geometric axis.
Each revolution of the shaft 38 brings the opening 25 opposite a different opening 26. In practice, the drive shaft 38 can be rotated relatively slowly, and that is why it is connected to the motor 39 through a speed reduction mechanism. If desired, other sequences or arrangements of the filter elements can be used. For example, every other filter element can be brought opposite opening 25 and, in this case, an odd number of filter elements can be used.
A pulley 42 is mounted loose on the drive shaft 38 and normally does not rotate with the drive shaft. A wire rope 43 is attached to the pulley 42 and the piston shaft 19 and, as the pulley 42 rotates with the drive shaft 38, the cable 43 winds over the pulley 42, which lifts the piston. 16 and compresses the spring 23.
A coupling mechanism controls the engagement of the pulley 42 with the drive shaft 38, and this mechanism comprises a finger 44 which is mounted on the drive shaft 38 so as to be able to pivot and which is supported in a slot made in the end of the drive shaft 38 by means of a pin 52 located in the vicinity of the pulley 42. The finger 44 has a nose 45 extending laterally on one side of its point articulation, and we give this nose dimensions allowing it to engage in any one of several holes 46a to 46d made in a row in the lateral face of the pulley 42 towards which the nose 45 is biased by a spring 47 disposed between a collar 48 fixed to the drive shaft 38 and the finger 44.
On the other side of its pivot point and extending from pulley 42, finger 44 has two spaced projections 49 and 50. Finger 44 rotates with drive shaft 38, and projection 49 is arranged on the finger 44 so as to engage in a support 51 which has a surface forming a ramp and which is fixed to the cover 15. As can be seen more clearly in FIG. 4, the projection 49 comes to bear against the surface forming the ramp of the support 51 just before it reaches a vertical position, and it serves to rotate the finger 44 around its pivot to move the nose 45 away from the pulley 42.
As can be seen more clearly in FIGS. 1 and 3, the support 51 is disposed in the vicinity of one of the sides of the pulley 42, so as to receive the projection 49. A block 53 forming a support receives a rotary articulation axis 54 on the side of the support 51 which is furthest from the pulley 42. At the end of the hinge pin 54 which is in front of the pulley 42 is fixed a flat cam 55, while at the opposite end is fixed a return lever 56 The projection 50 is disposed on the finger 44 so as to disengage from the support 51 when the finger 44 rotates with the shaft 38 and to come into contact with the flat cam 55.
As will be appreciated, the protrusion 50 is a little longer than the protrusion 49, so that it extends beyond the support 51 and comes into contact with the flat cam 55 after the protrusion 49 is has come into contact with the support 51 and has been pushed inwards by the latter, but before the projection 49 has been released from the support 51. The free end of the return lever 56 is connected by a linkage comprising connecting rods 57 to one of the sides of a bellows 58, the other side of which is fixed. The bellows 58 can communicate directly or, as shown, via a duct 59 with the intake duct 36. In a variant, the duct 59 can open into the casing 11 on the upstream side of the filter elements.
Therefore, the expansion and contraction of the bellows 58 is an indication of the pressure prevailing on the upstream side of the filter elements and, therefore, the displacement of the free side of the bellows varies with this pressure. As the bellows 58 expands under the effect of an increase in pressure, the links 57 come into action to turn the return lever 56 counterclockwise. watch (fig. 4 to 6).
Conversely, when the bellows 58 contracts, the return lever 56 rotates clockwise; owing to the fact that the flat cam 55 is connected to the return lever 56 by means of the articulation pin 54, it participates in this movement of the return lever 56, and its position relative to the projection 50 of the finger 44 varies, therefore, as a function of the pressure prevailing in the intake duct 36, on the upstream side of the filter elements and, consequently, as a function of the pressure difference, existing between the inlet and the outlet of the filter 10.
In some installations, where the pressure on the downstream side of the filter elements differs markedly from atmospheric pressure, it may be necessary to enclose the bellows 58 and place it in an atmosphere subjected to the same pressure as that prevailing on the downstream side. filter elements, for example by arranging a duct connecting this side to the chamber of the bellows. Alternatively, it is easy to use pressure difference controllers. If it is assumed here that the state of the filter 10 has not changed, the pressure on the upstream side will remain substantially constant, since in normal operation the fluid from the inlet duct is sent to the filter by a source of pressure. regular and substantially constant pressure.
As the porosity of the filter elements to the fluid varies during use, the pressure on the upstream side or the pressure difference across the filter will vary correspondingly.
Variations in the porosity of the filter elements are a convenient measure of the efficiency of the filtration operation. Perfectly clean, new filter elements will have maximum porosity and somewhat less than desired filtration efficiency. Therefore, when a filter 10 is initially put into service with new filter elements, the value of the pressure in the intake duct 36 will be at a corresponding low level. The sensitivity of the bellows 58 is adjusted, for example by varying the tension of a calibration spring 60, so that it is flattened and insensitive to this pressure.
Since the efficiency of the filter elements increases with use as their porosity decreases due to the entrapment of particles in the filter material, there will be an increase in the pressure drop across the filter and a consequent increase in pressure. pressure in the inlet pipe 36.
As filtration continues, the filter will operate at substantially maximum efficiency and this condition is represented by a given range of pressure values upstream and in the inlet duct 36, which corresponds to a range of difference magnitudes of pressure which can vary somewhat with different filter materials but can easily be determined.
For example, in the installation considered, this range of pressure differences in the filter may be between 76 and 102 mm of water.
A further increase in pressure in the inlet duct 36 above the given pressure range is indicative of a loss of flow rate due to plugging and clogging of the filter material. The bellows 58 is set to come into action and expand when the pressure exceeds the upper limit of the desired range, and the result is a rotation of the flat cam 55 in a clockwise direction. As shown in fig. 5, the various parts are in the position they occupy when the pressure in the inlet duct 36 is below the upper limit of the desired range of operating pressure.
The piston 16 is then at the lower limit of its stroke and the tension of the coil spring 23 on the wire rope 43 keeps the latter taut, so that the rope prevents the pulley 42 from rotating while the drive shaft 38 and the finger 44 are driven in rotation by the motor 39 which is then energized. Even when the protrusion 49 has disengaged from the support 51, the nose 45 is kept away from the holes 46 because the flat cam 55 has come into contact with the protrusion 50 when the nose 45 passes over the part of the pulley 42 in which the holes 46a to 46d are arranged.
It should be noted that when the protrusion 50 disengages from the flat cam 55, the nose 45 in its corresponding position has moved beyond the point at which it can enter the last of the holes 46a to 46d and that it therefore slides along the smooth side surface of the pulley 42 until the protrusion 49 re-enters the support 51.
When the increased pressure drop across filter 10 causes it to just exceed the upper limit of the desired operating range, flat cam 55 reaches the position shown in FIG. 6, and the protrusion 50 disengages from the flat cam with each revolution of the drive shaft 38 to a position, relative to the pulley 42, which allows the nose 45 of the finger 44 to enter the hole 46a. Because pulley 42 is thus engaged, it is rotated about 2000, which lifts piston 16 a corresponding distance and compresses spring 23.
At the same time, the shaft 38, while continuing to rotate, brings the opening 25 of the piston housing 17 opposite one of the openings 26a to 26f, just as the projection 49 re-enters the support 51. to release the pulley 42 and let the spring 23 push the piston 16 downwards, which determines the sending of a relatively gentle puff of air to the filter element which is opposite, for example, the opening 26a. The next turn of the drive shaft 38 serves to rotate the piston housing 17 just enough to bring its
opening 25 opposite the opening 26f. During this drive shaft revolution, pulley 42 is re-engaged and rotates about 2000 to rewind cable 43 and lift piston 16.
Releasing the pulley 42 then results in sending air to the filter element which is located under the opening 26f.
As has been specified, the air expelled successively by each of the openings 26a to 26f by the piston 16, has a sufficient volume under the pressure at which it is sent to determine an air counter-current over the entire surface of each filter element, which causes an evenly distributed particle removal action. Preferably, for any particular installation, the amount of air supplied when piston 16 performs its minimum stroke is insufficient to bring the pressure drop across the filter to the desired range under average operating conditions. Therefore, in the presence of conditions below average conditions, excess cleaning is avoided.
Under conditions above average, there will be a continuous increase in pressure drop across filter assembly 10.
This is an indication that the limited stroke of the piston 16 corresponding to the entry of the finger 44 into the hole 46a of the pulley has been insufficient to go along with the continuous decrease in the capacity of the filter.
This is why the bellows 58 continues to expand and consequently to rotate the flat cam 55 counterclockwise to allow the finger 44 to engage in the holes 46b, 46c or 46d, which determines an increase in the stroke of the piston 16. As the finger 44 engages the hole 46d, the pulley 42 rotates by approximately 3150, as shown in FIG. 4; the flat cam 55 then occupies a position such that the projection 50 does not come into contact with it and that the piston 16 rises over its entire stroke before being released.
Of course, the relative dimensions of the various elements will determine the nature of the countercurrent for each position of the finger 44 relative to the pulley 42. The force of the countercurrent will in any case determine the expansion of the bellows 30 and will cause the shaking of the bellows. filter element at the same time as the passage of the counterflow of air through the filter element. As the stroke of the piston 16 increases, the violence of the jerks correspondingly increases. When conditions are such that the piston stroke is approaching its maximum, the bellows 30 may be expanded to the point that the discs 35 will strike the lower portion of the housings 29, thereby enhancing the particle shaking action.
The large variations in cleaning speed afforded by the arrangement just described provide a practical means of maintaining the density of the filter element at substantially its optimum level despite the varying conditions which are frequently encountered. This advantage is particularly interesting when using felted or intermingled filter elements, such as wool felt, glass wool, etc.
As shown in fig. 7, a number of annular brushes 61 can be mounted inside each housing 29, the bristles of which surround the outer surface of the filter elements and bear against the filter material thereof or are at least in contact with the particles which have accumulated excessively. The brushes 61 may be axially spaced from the filter elements by a distance corresponding to the axial displacement of the filter elements when each bellows 30 is expanded to approximately an average degree.
An advantage offered by the brushes 61 is that they tend to level the particles accumulated on the outer surface of the filter element and they can in fact remove a certain amount of particles from this surface, which prevents localized accumulations. abnormally thick deposits which could offer resistance to the action of the countercurrent and the shaking operation such that they would remain on the filter element, which would reduce its capacity. Further, such small, localized accumulations would tend to concentrate backflow to areas free from these abnormal accumulations and possibly cause over-cleaning of some areas while others remain blocked or clogged by the abnormal accumulations.
In order to prevent particles removed from one of the filter elements from being immediately redeposited on a neighboring filter element, curved baffles can be mounted on the housings 29 between the adjacent filter elements. In a variant, the deflectors may have the form of elements similar to plates, disposed radially in the casing 11 between two adjacent filter elements.
Of course, the casing 11 as well as the gaskets which join it to the other elements such as the perforated plate 14, the cylindrical element 13, the inlet duct 36, etc., can be made substantially gas-tight in order to avoid leakage of fluid laden with particles.