Brevet FR2705734A1 — publié le 19941202

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR AMELIORER LA SECURITE DES FILTRES A FLUIDE. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour améliorer la sécurité des filtres à fluide tels que ceux qui sont utilisés notamment dans les circuits d'alimentation en carburant ou en huile des moteurs d'avion. Les fluides circulant dans les circuits d'alimentation en carburant ou en huile des moteurs d'avion doivent être dépourvus de toutes impuretés. Il est connu de filtrer ces fluides au moyen d'un filtre à huile ou à carburant, ce filtre pouvant être remplacé lorsqu'il est colmaté. Il est15 également connu de monter, en parallèle avec le filtre, un clapet de dérivation qui s'ouvre dès que la perte de charge du filtre due au colmatage atteint une valeur préalablement fixée. Le clapet de dérivation court-circuite le filtre lorsque ce dernier est colmaté afin de conserver dans20 l'installation la pression voulue et ne pas affecter la circulation des fluides. Cependant, lorsque le moteur fonctionne avec le clapet de dérivation ouvert, les circuits sont exposés aux risques de25 contamination. Pour que l'état de colmatage ne soit pas ignore, la perte de charge du filtre est surveillée en permanence par un détecteur de colmatage, par exemple un manocontact, dont l'indication est renvoyée au poste de pilotage.30 Les inconvénients de ces dispositifs connus est que l'indication de colmatage intervient généralement lorsque le moteur fonctionne à son régime maximum, appelé régime plein gaz, et lorsque la température du fluide est froide.35 Or dans le cas d'un moteur d'avion le régime moteur atteint son plus haut niveau et la température du fluide est la plus 2 2705734 froide pendant la période de décollage. Aussi, les indications de colmatage interviennent dans la majorité des cas pendant la période de décollage et sont génératrices, dans une proportion non négligeable, de décollages 5 abandonnés, puisque l'équipage a pour consigne d'arrêter l'avion sur la piste dès qu'une telle alarme apparait. Ces décollages abandonnés ont généralement lieu à hautes vitesses et peuvent provoquer des sorties de piste de l'avion. Par ailleurs ils pénalisent la fiabilité opérationnelle de la10 compagnie utilisatrice et le coût d'entretien des roues et des freins. L'invention a pour but d'éviter les décollages inutilement abandonnés en autorisant la détection du colmatage des15 filtres dans une phase de vol autre que le décollage, c'est à dire à un régime de rotation plus faible du moteur. Pour cela, la perte de charge du filtre est surveillée après avoir été corrigée par un facteur de correction de pression20 en fonction du débit traversant le filtre ou en fonction du régime moteur. La correction est effectuée de façon que la perte de charge surveillée par le détecteur de colmatage du filtre passe par une valeur maximum avant que le débit du fluide soit maximum.25 La correction peut être effectuée en mettant en oeuvre un venturi ou une pompe centrifuge ou un traitement par logiciel dans le cas o le moteur est équipé d'un calculateur électronique pleine autorité connu sous le nom FADEC. Selon l'invention, le procédé pour améliorer la sécurité d'un filtre à fluide est caractérisé en ce qu'il consiste: - à corriger la perte de charge du filtre par un facteur de correction de pression fonction de la valeur du débit de fluide traversant le filtre, la correction étant effectuée de façon que la courbe d'évolution de la perte de charge 3 2705734 corrigée passe par une valeur maximum avant que le débit de fluide atteigne sa valeur la plus élevée - à surveiller la perte de charge corrigée et à déclencher une alarme lorsque la perte de charge surveillée dépasse une valeur de seuil préalablement déterminée. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le dispositif10 comportant: - des moyens de génération d'une pression intermédiaire fonction de la valeur du débit de fluide traversant le filtre et suivant une loi de degré supérieur au degré de la loi15 d'évolution de la perte de charge du filtre - des moyens de correction et de surveillance pour corriger la perte de charge du filtre par la pression engendrée par les moyens de génération et pour surveiller la perte de20 charge corrigée - des moyens de déclenchement d'une alarme associés aux moyens de correction et de surveillance et destinés à signaler le colmatage du filtre.25 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent:30 - la figure 1, un schéma d'un dispositif de détection du colmatage d'un filtre, selon l'art antérieur, - la figure 2, des courbes caractéristiques de l'évolution de la perte de charge d'un filtre, - la figure 3, des courbes caractéristiques de l'évolution de la perte de charge surveillée après correction par un facteur correctif de pression, selon l'invention, - la figure 4, des exemples de lois de variation de la pression en aval d'un filtre quand le régime de fonctionnement est intermédiaire entre un régime laminaire et un régime turbulent, et un exemple de courbe de degré deux, en fonction du débit volumétrique,10 - la figure 5, des courbes d'évolution de la différence de pression entre les courbes de la figure 4 de degré légèrement inférieur à deux et la courbe de degré deux, - la figure 6, un premier exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, - la figure 7, un exemple d'évolution des niveaux de pression le long d'un conduit d'écoulement principal du dispositif de la figure 6, - la figure 8, un deuxième exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé, selon l'invention. La figure 1 représente un schéma d'un dispositif de détection du colmatage d'un filtre, selon l'art antérieur. Le filtre 10 est disposé dans le conduit d'écoulement principal du circuit d'alimentation d'une turbomachine.30 En parallèle avec le filtre, le dispositif de détection de colmatage comporte un clapet de dérivation 11 qui s'ouvre dès que la perte de charge du filtre due au colmatage atteint une valeur préalablement fixée et qui court-circuite ainsi le35 filtre pour ne pas affecter la circulation du fluide. En outre, branché en parallèle sur le filtre, le dispositif de détection comporte également un manocontact 12 couplé à un 2705734 dispositif d'alarme 13 qui permet de surveiller en permanence la différence de pression P1-P2 entre les bornes d'entrée et de sortie du filtre et qui déclenche une alarme lorsque la perte de charge dépasse une valeur de seuil préalablement 5 déterminée. Le seuil de détection du colmatage du filtre est choisi plus faible que le seuil d'ouverture du clapet de dérivation. La figure 2 représente des courbes caractéristiques de l'évolution de la perte de charge aux bornes d'un filtre, chaque courbe correspondant à des niveaux de pollution différents du filtre. Ces courbes montrent que pour un niveau de pollution donné, l'évolution de la perte de charge du filtre en fonction du débit du fluide s'effectue suivant une loi sensiblement de degré deux. Par ailleurs, la perte de charge du filtre augmente quand le niveau de pollution augmente. Deux niveaux20 de seuil différents sont choisis: la détection du colmatage du filtre étant effectuée pour une valeur de seuil Sl plus faible que la valeur de seuil S2 de l'ouverture du clapet de dérivation. Sur cette figure est également indiqué un point de détection du colmatage pour lequel le débit du fluide correspond à celui du régime plein gaz PGaz du moteur. La figure 3 représente des exemples de courbes caractéristiques de l'évolution de la perte de charge corrigée par un facteur correctif de pression, selon l'invention. La correction apportée à la perte de charge est choisie de façon que la loi d'évolution de la perte de charge mesurée PC-P2 n'est pas une caractéristique du second ordre mais une caractéristique qui présente une valeur maximum pour un régime moteur N différent du régime plein gaz. 6 2705734 La valeur maximum des courbes représentées sur la figure 3 est obtenue pour un régime moteur inférieur au régime plein gaz et avant que le débit du fluide atteigne sa valeur le 5 plus élevée. Les valeurs de seuil Si et S2 correspondent respectivement au seuil de détection et au seuil d'ouverture du clapet de dérivation. Cette figure montre qu'il est alors possible de fixer le niveau du seuil de détection pour qu'il y ait déclenchement de l'alarme pour un régime moteur N10 inférieur au régime plein gaz. Pour obtenir une telle caractéristique, le facteur correctif de pression doit nécessairement être fixé par une loi de degré supérieur au degré de la loi d'évolution de la perte de15 charge du filtre en fonction du débit du fluide. Par exemple dans le cas o le filtre est composé d'un matériau filtrant épais (feutre, papier épais, laine de verre, par exemple), la loi d'évolution de la perte de charge20 du filtre par rapport au débit traversant le filtre est une courbe de degré légèrement inférieur à deux (la loi de variation de la perte de charge est intermédiaire entre un fonctionnement turbulent et un fonctionnement laminaire). Dans ce cas, il suffit d'utiliser un facteur correctif de25 pression PC fixé par une loi du deuxième degré. La figure 4 représente des exemples de lois de variation de la pression P2 en aval du filtre quand le régime de fonctionnement est intermédiaire entre un régime laminaire et30 un régime turbulent et un exemple de courbe de degré deux, en fonction du débit volumétrique. Les courbes 1, 2, 3 correspondent à des niveaux croissants de pollution du filtre. Le régime de fonctionnement étant35 intermédiaire entre un régime laminaire et un régime turbulent, les lois de variations de ces courbes sont de degré lègèrement inférieur à deux. 7 2705734 Lorsque le débit volumétrique D/? augmente jusqu'à des valeurs Dl/, D2/?, D3/ 1, 2, 3 de la figure 4. L'écart P2-PC présente une valeur maximum pour une valeur du débit volumétrique croissante lorsque la pollution du filtre augmente. L'évolution de la pression PC est choisie de façon que la correction apportée à la pression P2, c'est-à-dire la courbe25 P2-PC, présente une valeur maximum avant que le moteur atteigne le régime plein gaz, ce régime étant associé à un débit volumétrique représenté par le point PG sur la figure 5. Un niveau de seuil de détection S peut alors être choisi de façon à ce qu'il y ait déclenchement de l'indicateur de colmatage avant d'atteindre le régime plein gaz. Sur la figure 5, le niveau de seuil S étant fixé, le déclenchement a lieu en A pour la courbe 6 et en B pour la courbe 7 et les régimes correspondant du moteur sont bien35 inférieurs au régime plein gaz. La courbe 5 comporte une valeur maximum située en-dessous du 8 2705734 seuil de détection. Cette courbe correspond à un filtre faiblement pollué pour lequel il n'y a donc pas de déclenchement d'alarme. La figure 6 représente un premier exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans ce premier exemple, le facteur de correction de la pression est déterminé par un venturi. En effet, au niveau du10 col du venturi, la pression PC décroit avec le carré du débit D suivant la loi: D2 = K ( PO-PC) /J o v est la masse volumique du fluide, PO la pression en amont du venturi, PC la pression au col du venturi, K est un coefficient de perméabilité du filtre dépendant de son niveau de contamination. Le dispositif comporte un venturi 61 disposé dans le conduit d'écoulement principal du circuit d'alimentation et en amont du filtre 62. Le filtre 62 est muni d'un clapet de dérivation 71. Le détecteur de colmatage 63 représenté sur la figure 6 est un manocontact. Il comporte une première cavité 64 qui reçoit la pression PC qui règne au col 65 du venturi et une deuxième cavité 66 qui comporte un ressort 67 et qui reçoit la pression P2 qui règne à l'aval du filtre 62. Une membrane 68 sépare les deux cavités 64 et 66. Les pressions PC et P2 agissent sur la membrane élastique 68 qui fléchit vers le ressort 67 lorsque la pression PC est supérieure à la pression P2 et ferme un relais 69 lorsque le seuil de détection est atteint, la fermeture du relais 69 mettant en action une alarme 70 pour indiquer au poste de pilotage que le filtre est colmaté. La figure 7 représente l'évolution des niveaux de pression le long du conduit d'écoulement principal d'axe X. 9 2705734 Dans le venturi, la pression décroit d'une valeur PO jusqu'à un minimum PC au niveau du col, puis croit jusqu'à une valeur Pl dans le divergent du venturi. Au passage du filtre, il y a perte de charge et la pression décroit de la valeur Pl jusqu'à une valeur P2. La différence de pression surveillée par le détecteur de colmatage est A P = P2 - PC.10 Lorsque la différence de pression surveillée, P est supérieure au niveau de seuil S fixé, le filtre est colmaté et il y a déclenchement d'une alarme. La figure 8 représente un deuxième exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé, selon l'invention. Dans ce deuxième exemple, le facteur de correction de la pression est déterminé par une pompe centrifuge, en considérant la pression PC au niveau du rouet de la pompe centrifuge. Le dispositif de la figure 8 est un circuit d'alimentation en carburant d'une turbomachine qui comprend une pompe centrifuge 81 qui délivre sur une sortie 82 un niveau à basse pression. Le fluide est ensuite dirigé vers un filtre à25 carburant 83 muni d'un clapet de dérivation 84. En sortie du filtre 83 est disposé une pompe volumétrique 85 produisant un niveau haute pression suivie d'un dispositif de dosage 86 du débit de carburant puis des injecteurs de carburant 87. Le dispositif comporte en outre une soupape de by- passage 8830 connectée entre l'entrée du filtre 83 et la sortie de la pompe volumétrique 85 pour retourner à l'entrée du filtre le débit excédentaire non consommé. La détection de colmatage du filtre est effectuée par un détecteur 89 en mesurant la différence de pression P2-PC entre l'aval du filtre P2 et une pression intermédiaire PC relevé au niveau du rouet 90 de la pompe centrifuge 81. Cette pression PC augmente avec le carré du régime d'entrainement. 2705734 Le débit de carburant qui traverse le filtre varie comme le régime d'entrainement du moteur car la pompe haute pression 85 est volumétrique. L'emplacement de mesure de la pression PC sur le rouet de la pompe centrifuge doit être choisi de façon qu'il soit possible de déterminer un seuil S de détection du colmatage du filtre tel qu'il y ait déclenchement de l'alarme lorsque le régime moteur est inférieur au régime plein gaz.10 Plus l'emplacement de mesure de la pression PC est prélevé haut sur le rouet de la pompe, plus la valeur de PC est élevée. Cette solution permet aussi de surveiller la rupture de l'entrainement de la pompe centrifuge. Dans ce cas, le niveau de la pression PC chute brusquement et déclenche l'indicateur de colmatage. Dans le cas o le moteur est équipé d'un système de régulation électronique numérique pleine autorité redondante, connu sous le nom de calculateur FADEC, la correction de pression est effectuée par calcul. La perte de charge du filtre est surveillée en utilisant un capteur de pression25 différentielle pour mesurer la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre. Elle est ensuite transmise au calculateur électronique qui comporte des moyens de calcul pour engendrer une pression intermédiaire et corriger la perte de charge mesurée par le capteur de pression. La30 correction du signal de pression mesuré peut être effectuée par exemple par la soustraction d'un facteur associé au régime de rotation du moteur. Cette correction est telle que l'indicateur du colmatage du filtre est obtenu à une puissance faible ou intermédiaire du moteur lorsque le colmatage du filtre a juste atteint sa valeur critique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la sécurité d'un filtre à fluide, caractérisé en ce qu'il consiste: - à corriger la perte de charge du filtre par un facteur de correction de pression fonction de la valeur du débit de fluide traversant le filtre, la correction étant effectuée de10 façon que la courbe d'évolution de la perte de charge corrigée passe par une valeur maximum avant que le débit de fluide atteigne sa valeur la plus élevée - à surveiller la perte de charge corrigée et à déclencher une alarme lorsque la perte de charge surveillée dépasse une valeur de seuil préalablement déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de correction de pression est fixé par une loi de degré supérieur au degré de la loi d'évolution de la perte de charge du filtre en fonction du débit du fluide. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre comporte un matériau filtrant dont l'épaisseur est choisie de façon que la loi de variation de la perte de charge est intermédiaire entre un fonctionnement laminaire et un fonctionnement turbulent et en ce que le facteur correctif de pression est fixé par une loi du deuxième degré. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (61, 81) de génération d'une pression intermédiaire fonction de la valeur du débit de fluide 12 2705734 traversant le filtre (62, 83), et suivant une loi de degré supérieur au degré de la loi d'évolution de la perte de charge du filtre, - des moyens de correction et de surveillance (63,89) pour corriger la perte de charge du filtre par la pression engendrée par les moyens de génération et pour surveiller la perte de charge corrigée, - des moyens de déclenchement d'une alarme (70) associés aux moyens de correction et de surveillance et destinés à signaler le colmatage du filtre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de correction et de surveillance sont constitués d'un manocontact (63), associé à un relais (69), le manocontact comportant une première cavité (64) recevant la pression intermédiaire et une deuxième cavité (66) recevant la pression en aval du filtre (62), le manocontact fermant le20 relais lorsque la différence des pressions reçues par chacune des cavités est supérieure au niveau de seuil de détection préalablement fixé. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de génération d'une pression intermédiaire sont constitués d'un venturi (61) placé dans un conduit d'écoulement principal en amont du filtre (62), et en ce que la pression intermédiaire est prélevée au niveau du col (65) du venturi.30 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de génération d'une pression intermédiaire sont constitués d'une pompe centrifuge (81) et en ce que la pression intermédiaire est prélevée au niveau du rouet (90)35 de la pompe centrifuge. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur électronique numérique pleine autorité et un capteur de pression différentielle, le capteur 13 2705734 de pression étant destiné à mesurer la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre et à transmettre la valeur obtenue au calculateur électronique, le calculateur électronique comportant des moyens de calcul pour engendrer une pression intermédiaire et pour corriger la perte de charge mesurée par le capteur de pression.