FR2518894A1 - Centrifugal air filter - removes coarse dust particles using helicoidal air motion induced by axial flow fan impeller - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un filtre à air è séparation dynamique des particules grossières, utilisable notamment comme préfiltre monté en amont d'une cartouche de filtre à air. The present invention relates to an air filter with dynamic separation of coarse particles, usable in particular as a prefilter mounted upstream of an air filter cartridge.
On connait déjà des appareils montés en amont des filtres finisseurs,appelés préfiltres, dont le but est d'éliminer de l'air, avant son entrée dans le filtre finisseur. les particules grossières et d'éviter ainsi un colmatage trop rapide du filtre finisseur.Ces préfiltres à séparation dynamique des particules grossières, appelés encore préfiltres cyclones, comportent géneralement un carter dans le lequel est introduit l'air à dépoussiérer et des moyens statiques pour créer un écoulement tourbillonnaire ou hélicoldal de l'air, à l'intérieur du carter, dans le but de projeter les particules grossières, sous l'effet de la force centrifuge, contre la paroi du carter et de les séparer ainsi de la veine gazeuse centrale du flux d'air, cette veine gazeuse se trouvant ainsi préépurée. There are already known devices mounted upstream of the finishing filters, called prefilters, the purpose of which is to eliminate air, before it enters the finishing filter. coarse particles and thus avoid too rapid clogging of the finishing filter. These prefilters with dynamic separation of coarse particles, also called cyclone prefilters, generally include a casing into which the air to be dusted is introduced and static means for creating a vortex or helical flow of air, inside the casing, in order to project the coarse particles, under the effect of centrifugal force, against the wall of the casing and thus separate them from the central gas stream of the air flow, this gas stream thus being pre-purified.
De tels préfiltres du type cyclone, c'est-à-dire à séparation dynamique des poussières grossières, sont par exemple décrits dans les brevets US Nc 3 670 480 et 3 973-937. Such cyclone type prefilters, that is to say with dynamic separation of coarse dust, are for example described in US Pat. Nos. 3,670,480 and 3,973-937.
Les préfiltres cyclones classiques ont la particularité d'avoir une efficacité maximale pour un débit bien précis de l'air à filtrer. En deça de cette valeur particulière du débit, l'efficacité des préfiltres chute de façon importante. Classic cyclone prefilters have the particularity of having maximum efficiency for a very precise flow rate of the air to be filtered. Below this particular value of the flow rate, the efficiency of the prefilters drops significantly.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en procurant un préfiltre de structure particulièrement simple et présentant une efficacité allant en croissant au fur et à mesure que le débit aspiré diminue. The present invention aims to remedy this drawback by providing a prefilter with a particularly simple structure and having an efficiency increasing as the suctioned flow decreases.
A cet effet, ce filtre à air à séparation dynamique des particules grossières, utilisable notamment comme préfiltre monté en amont d'une cartouche de filtre à air constituant un filtre finisseur, comportant un carter tubulaire présentant un orifice d'entrée d'air chargé de poussière, un orifice de sortie d'air chargé de poussières grossières et un orifice de sortie d'air débarrassé des poussières grossières, et des moyens pour imposer à l'écoulement de l'ai;; à l'intérieur du carter, un mouvement tourbillonnaire ou hélicoïdal de manière à assurer le rejet des poussières grossières vers l'exté- rieur, au contact de la paroi du carter tubulaire, ces moyens comportant des aubes fixes directionnelles s'étendant en travers du carter tubulaire, est caractérisé en ce qu'il comporte un ventilateur entrains par un moteur électrique logé coaxialement à l'intérieur du carter tubulaire et une tubulure de sortie de l'air débarrassé des poussières grossières dont l'orifice d'entrée est disposé coaxialement dans le carter tubulaire, en aval du ventilateur. To this end, this air filter with dynamic separation of coarse particles, usable in particular as a prefilter mounted upstream of an air filter cartridge constituting a finishing filter, comprising a tubular casing having an air inlet orifice charged with dust, an air outlet charged with coarse dust and an air outlet free of coarse dust, and means for imposing on the flow of air; inside the casing, a swirling or helical movement so as to ensure the rejection of coarse dust towards the outside, in contact with the wall of the tubular casing, these means comprising directional fixed vanes extending across the tubular casing, is characterized in that it comprises a fan driven by an electric motor housed coaxially inside the tubular casing and an air outlet pipe free of coarse dust, the inlet orifice of which is arranged coaxially in the tubular casing, downstream of the fan.
Le filtre à air à séparation dynamique suivant l'inven tion offre l'avantage d'avoir une très bonne fiabilité, d'entraîner de faibles coûts de maintenance et d'assurer une bonne efficacité de la filtration pour une faible consommation d'énergie. Il permet de prolonger considérablement la durée de fonctionnement des cartouches de filtre à air sec travaillant en atmosphère tres poussiéreuse. The air filter with dynamic separation according to the invention has the advantage of having very good reliability, leading to low maintenance costs and ensuring good filtration efficiency with low energy consumption. It considerably extends the operating life of the dry air filter cartridges working in very dusty atmospheres.
Il trouve une application particulièrement intéressante dans tous les cas où la variation de régime et donc de débit d'air aspiré est fréquente et importante, comme dans les moteurs thermiques, o à explosion, les turbines et les compresseurs. It finds a particularly interesting application in all cases where the variation in speed and therefore in the flow rate of aspirated air is frequent and significant, such as in internal combustion or combustion engines, turbines and compressors.
On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre à air à séparation dynamique des particules grossières suivant l'invention.Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is a schematic axial sectional view of an air filter with dynamic separation of coarse particles according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre suivant la figure 1 associé à un filtre finisseur extérieur
La figure 3 est une vue en coupe axiale schématique d'un filtre suivant la figure 1 associé à un filtre finisseur incorporé à l'intérieur.Figure 2 is a schematic axial sectional view of a filter according to Figure 1 associated with an external finishing filter
Figure 3 is a schematic axial sectional view of a filter according to Figure 1 associated with a finisher filter incorporated inside.
La figure 4 est une vue en coupe axiale schématique d'une variante d'exécution du filtre de la figure 3. FIG. 4 is a schematic axial section view of an alternative embodiment of the filter of FIG. 3.
La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution. Figure 5 is an axial sectional view of an alternative embodiment.
La figure 6 est un diagramme illustrant la variation de l'efficacité du préfiltre suivant l'invention en fonction du régime du moteur. FIG. 6 is a diagram illustrating the variation in the efficiency of the prefilter according to the invention as a function of the engine speed.
Le filtre à air à séparation dynamique des particules grossières suivant l'invention qui est représenté sur la figure 1 comprend essentiellement une virole cylindrique 1 constituant le carter tubulaire externe du corps. Cette virole 1 est traversée par le flux d'air qui doit être préfiltré, de la gauche vers la droite sur la figure 1, comme il est indiqué par les flèches. Cette virole l contaient du côté gauche, c'est-à-dire du coté de l'entrée de l'air qui doit être préfiltré, un groupe comprenant un ventilateur 2 entrainé en rotation par un moteur électrique 3. Ce groupe est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole 1.En arrière du ventilateur 2 sont disposées des ailettes 4 de centrifugation des poussières, réglables ou autoréglables. Ces ailettes 4 péuvent s'étendre par exemple entre le corps du moteur électrique 3 et la virole cylindrique 1. Elles peuvent être également placées en tout autre endroit approprié, même en amont du ventilateur 2 comme on le verra plus loin. Un grillage de protection est également avantageusement monté en travers de l'orifice d'entrée de la virole 1. The air filter with dynamic separation of coarse particles according to the invention which is shown in Figure 1 essentially comprises a cylindrical shell 1 constituting the external tubular casing of the body. This ferrule 1 is crossed by the air flow which must be prefiltered, from left to right in FIG. 1, as indicated by the arrows. This ferrule l contained on the left side, that is to say on the side of the air inlet which must be prefiltered, a group comprising a fan 2 driven in rotation by an electric motor 3. This group is arranged coaxially inside the shell 1. Behind the fan 2 are arranged fins 4 for centrifuging the dust, adjustable or self-adjusting. These fins 4 can extend for example between the body of the electric motor 3 and the cylindrical shell 1. They can also be placed in any other suitable location, even upstream of the fan 2 as will be seen below. A protective mesh is also advantageously mounted across the inlet orifice of the shell 1.
En aval du groupe motoventilateur 2, 3 est disposée une tubulure 5 de prélévement de l'air préfiltré. Cette tubulure 5- comporte un orifice d'entrée Sa qui est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole tubulaire 1. Par cet orifice passe donc la veine gazeuse centrale de l'ensemble du flux gazeux s 'écoulant à travers la virole 1. La tubulure 5 peut être coudée à angledroit, comme il est illustré sur la figure 1, pour sortit à l'extérieur en passant à travers la paroi de la virole cylindrique 1 et former un orifice 5b de sortie de l'air débarrassé des particules grossières. Cet orifice peut être raccordé à un filtre finisseur monté-sur un moteur thermique ou à explosion. Downstream of the fan unit 2, 3 is arranged a tube 5 for removing the pre-filtered air. This tubing 5- comprises an inlet orifice Sa which is arranged coaxially inside the tubular shell 1. Through this orifice therefore passes the central gas stream of the entire gas flow s' flowing through the shell 1. The tubing 5 can be angled at right angles, as illustrated in FIG. 1, to exit outside passing through the wall of the cylindrical shell 1 and form an orifice 5b for the outlet of the air free of coarse particles. . This orifice can be connected to a finisher filter mounted on a combustion or internal combustion engine.
En fonctionnement la rotation du ventilateur 2 produit l'écoulement, à travers la virole cylindri-que 1, d'un flux d'air empoussiéré et le débit produit par le ventilateur 2 est choisi supérieur au débit réellement utilisé sortant par la tubulure 5. L'écoulement de l'air empoussiéré à l'intérieur de la virole cylindrique suit un mouvement tourbillonnaire ou hélicoiåal qui est engendré parles ailettes directrices 4. De ce fait les particules grossières sont rejetées à la périphérie et sont donc'écartées #de la veine centrale du flux d'air, laquelle se trouve être ainsi considérablement apau vrie en particules grossières. L'air ainsi aspiré à travers la tubulure de sortie 5 se trouve être considérablement épuré et débarrasé des particules grossières. De ce fait le filtre finisseur situé en aval est protégé à l'encontre de tout colmatage rap#ide. Pour des.par- ticules reconnues généralement comme étant ~nuisibles au bon fonctionnement d'un moteur thermique ou à explosion, l'expérience a montre que l'efficacite d'un préfiltre est fonction de la vitesse de circu- lation du flux d'air dans la virole 1, par rapport à la vitesse d'as piration du débit utile à travers la tubulure 5. Par conséquent., plus ce débit utile diminue, plus l'efficacité croit, d l'inverse d'un cyclone classique. In operation, the rotation of the fan 2 produces the flow, through the cylindrical shell 1, of a flow of dusted air and the flow produced by the fan 2 is chosen to be greater than the flow actually used exiting through the pipe 5. The flow of dusty air inside the cylindrical shell follows a vortex or helical movement which is generated by the guiding fins 4. As a result, the coarse particles are rejected at the periphery and are therefore separated from the vein central air flow, which is thus considerably depleted in coarse particles. The air thus sucked through the outlet tube 5 is found to be considerably purified and rid of coarse particles. As a result, the downstream finishing filter is protected against any rapid clogging. For particles generally recognized as being harmful to the proper functioning of an internal combustion engine, experience has shown that the efficiency of a prefilter is a function of the speed of circulation of the flow of air in the shell 1, with respect to the suction speed of the useful flow rate through the tubing 5. Consequently, the more this useful flow decreases, the more the efficiency increases, unlike a conventional cyclone.
Par tailleurs, le préfiltre suivant l'inventión offre l'avantage que le ventilateur 2 crée une surpression en aval du flux, ce qui a pour effet de diminuer la perte de charge de l'ensemble
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 2, l'orifice 5b de sortie de la tubulure 5 se trouve logé dans lles- pace intérieur délimité par une cartouche filtrante 6 d'un filtre finisseur / monté sur la virole 1 à l'extérieur de celle-ci > constitué d'une ou plusieurs cartouches en papier, mousse ou tout autre matériau filtrant approprié à la filtration désirée.By tailors, the prefilter according to the invention offers the advantage that the fan 2 creates an overpressure downstream of the flow, which has the effect of reducing the pressure drop of the assembly
In the variant embodiment illustrated in FIG. 2, the outlet port 5b for the tubing 5 is housed in the interior space delimited by a filter cartridge 6 of a finishing filter / mounted on the shell 1 on the outside. of it> consisting of one or more cartridges of paper, foam or any other filtering material suitable for the desired filtration.
Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 3, un filtre finisseur 8 est disposé coaxialement à l'intérieur de la virole l, en aval du groupe motoventilateur 2, 3 Ce filtre finisseur 8 comporte une cartouche filtrante 9 cylindrique, montée coaxialement, et un orifice d'entrée 8a situé du coté amont, c'est-à-dire immédiatement après le groupe motoventilateur 2, 3. Cet orifice d'entrée & communique avec l'espace intérieur de la cartouche filtrante 9 tandis que le volume entourant cette cartouche filtrante est relié à une tubulure de sortie d'air filtré 10 débouchant à l'exterieur, à travers un trou percé dans la paroi de la virole l. In the variant embodiment illustrated in FIG. 3, a finishing filter 8 is arranged coaxially inside the shell 1, downstream of the fan unit 2, 3 This finishing filter 8 comprises a cylindrical filter cartridge 9, mounted coaxially, and an inlet port 8a located on the upstream side, that is to say immediately after the fan unit 2, 3. This inlet port & communicates with the interior space of the filter cartridge 9 while the volume surrounding this filter cartridge is connected to a filtered air outlet pipe 10 opening to the outside, through a hole drilled in the wall of the ferrule l.
Dans la variante d'exécution illustrée sur la figure 4, le flux d'air résiduel, formant l'écoulement tourbillonnaire à la paroi de la virole l,sort de cette virole par des oules latérales 11. In the alternative embodiment illustrated in FIG. 4, the residual air flow, forming the vortex flow at the wall of the ferrule l, leaves this ferrule by lateral oules 11.
Par ailleurs, la veine gazeuse centrale pénétre dans le boitier d'un filtre finisseur 12 disposé à l'intérieur de la virole 1, coaxialement par rapport à cette dernière. Ce boîtier 12 présente un orifice d'entrée amont 12a de #petite section, à travers lequel la veine gazeuse centrale pénétre dans le filtre finisseur. Ce filtre finiseur comporte une cartouche filtrante cylindrique 13 disposée coaxialement, logée à l'intérieur du boîtier du filtre finisseur 12 et dont l'orifice amont est obturé par un flasque transversal 14. L'orifice aval est ouvert et communique avec un raccord 15 de sortie de l'air filtré.On voit d'après ce qui précède que la veine gazeuse centrale, appauvrie en particules grossières, penétre dans le filtre finisseur 12, à travers son orifice d'entrée 12a puis s'écoule vers l'aval en passant ensuite de l'extérieur vers l'intérieur, à travers la cartouche filtrante 13 pour sortir par le raccord 15.Furthermore, the central gas stream enters the casing of a finishing filter 12 disposed inside the shell 1, coaxially with respect to the latter. This housing 12 has an upstream inlet orifice 12a of #small section, through which the central gas stream enters the finishing filter. This finishing filter comprises a cylindrical filter cartridge 13 arranged coaxially, housed inside the housing of the finishing filter 12 and whose upstream orifice is closed by a transverse flange 14. The downstream orifice is open and communicates with a connector 15 of We can see from the above that the central gas stream, depleted in coarse particles, enters the finisher filter 12, through its inlet orifice 12a and then flows downstream in then passing from the outside to the inside, through the filter cartridge 13 to exit through the fitting 15.
Dans la variante & xécution illustrée sur la figure 5, le ventilateur 2 est disposé en aval par rapport au moteur 3 et aux ailettes directrices 4 produisant le mouvement tourbillonnaire. De ce fait le ventilateur 2 est utilisé pour canaliser les particules grossières le long de la paroi de la virole 1. Les ailettes airectrices 4 assurent la projection de ces particules vers l'escérieur et ces particules sont ensuite plaquées contre la paroi de la virole 1, sous l'effet des pales du ventilateur 2. La virole l peut être entièrement cylindrique ou encore elle peut présenter un décroche- ment 16 vers l'extérieur au droit du ventilateur 2 comme il a eti montré sur la figure 5. In the variant & execution illustrated in FIG. 5, the fan 2 is arranged downstream relative to the motor 3 and to the directing fins 4 producing the vortex movement. Therefore the fan 2 is used to channel the coarse particles along the wall of the shell 1. The directing fins 4 ensure the projection of these particles towards the outside and these particles are then pressed against the wall of the shell 1 , under the effect of the blades of the fan 2. The ferrule 1 may be entirely cylindrical or else it may have a recess 16 towards the outside to the right of the fan 2 as it has been shown in FIG. 5.
La figure 6 est un diagramme illustrant la variation du pourcentage d'efficacité E d'un préfiltre suivant l'invention (courbe A), comparativement à celle d'un cyclone statique conventionnel (courbe B) en fonction du régime du moteur N sur lequel le préfiltre est monté. Les courbes A et B ont été établies à partir d'essais effectués avec de la poussière du type AC COARSE, suivant un cahier des charges établi par les constructeurs de machines agricoles. On voit que, quel que soit le régime du moteur, l'efficacité du préfiltre suivant l'invention est supérieure à celle d'un cyclone statique conventionnel. Par ailleurs, cette efficacité qui est de l'ordre de 82 % pour le régime nominal N n va en croissant lorsque le régime diminue. Elle passe en effet à 85 % à mi-régime Nn et à 91 %
T à quart de régime Nn. Au contraire l'efficacité d'un cyclone stati
4 que conventionnel (courbe B) diminue fortement avec le régime puisqu'elle tombe à environ 40 7 au quart du régime nominal. FIG. 6 is a diagram illustrating the variation in the percentage of efficiency E of a prefilter according to the invention (curve A), compared with that of a conventional static cyclone (curve B) as a function of the engine speed N on which the prefilter is fitted. Curves A and B were established on the basis of tests carried out with dust of the AC COARSE type, according to specifications drawn up by the manufacturers of agricultural machines. It can be seen that, whatever the engine speed, the efficiency of the prefilter according to the invention is greater than that of a conventional static cyclone. Furthermore, this efficiency, which is of the order of 82% for the nominal speed N n, increases when the speed decreases. It goes up to 85% at mid-range Nn and to 91%
T at quarter speed Nn. On the contrary, the efficiency of a cyclone stati
4 than conventional (curve B) decreases sharply with the speed since it drops to around 40 7 to a quarter of the nominal speed.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8124197A FR2518894A1 (en) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Centrifugal air filter - removes coarse dust particles using helicoidal air motion induced by axial flow fan impeller |
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| FR8124197A FR2518894A1 (en) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Centrifugal air filter - removes coarse dust particles using helicoidal air motion induced by axial flow fan impeller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2518894A1 true FR2518894A1 (en) | 1983-07-01 |
Family
ID=9265381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8124197A Withdrawn FR2518894A1 (en) | 1981-12-24 | 1981-12-24 | Centrifugal air filter - removes coarse dust particles using helicoidal air motion induced by axial flow fan impeller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2518894A1 (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |