Brevet FR2721070A1 — publié le 19951215

1i 2721070 DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif de surveillance et de détection automatique d'anomalies fonctionnelles sur un 5 circuit d'alimentation en pression d'une pompe principale. L'invention s'applique en particulier aux circuits d'alimentation en carburant ou en huile dans lesquels une pompe principale est alimentée par l'intermédiaire d'une10 pompe de gavage et d'un filtre. Les pompes à haute pression sont sensibles au phénomène de cavitation qui apparait quand les conditions de gavage sont insuffisantes. Pour que la pompe à haute pression fonctionne15 avec des performances optimales et reste en bon état, elle doit être alimentée par un niveau de pression suffisamment élevé et par un fluide propre. Il est donc fondamental que la pompe de gavage fournisse une pression de gavage supérieure à une valeur critique conduisant à la cavitation et que le20 filtre en amont de la pompe principale ne soit pas colmaté. Pour vérifier l'état d'un filtre, il existe différents dispositifs sensibles à la pression permettant, sous l'influence des variations de différence de pression de part25 et d'autre du filtre, d'indiquer l'état du filtre. De même, il est connu de surveiller l'état d'une pompe de gavage et de remédier à une défaillance de celle-ci en utilisant un dispositif d'alimentation auxiliaire.30 Cependant les différents dispositifs connus sont dédiés à la surveillance et à la détection d'anomalies provenant de l'un des éléments du circuit d'alimentation en pression de la pompe principale et ne permettent pas la surveillance35 simultanée de l'état d'une pompe de gavage et d'un filtre. Une telle surveillance ne peut être effectuée qu'en utilisant deux dispositifs de surveillance indépendants, ce qui accroit 2 2721070 la complexité et l'encombrement du circuit d'alimentation de la pompe principale. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients des dispositifs connus et de réaliser un dispositif de surveillance et de détection permettant une double surveillance automatique et simultanée du degré de colmatage d'un filtre et de l'état d'une pompe de gavage. Pour cela le dispositif de surveillance et de détection comporte un10 dispositif de commutation associé à un détecteur- indicateur. Le dispositif de commutation sélectionne automatiquement la perte de charge de l'élément en panne, cet élément en panne pouvant être le filtre ou la pompe de gavage. Le détecteur- indicateur enregistre cette perte de charge et donne l'alerte15 dès que cette perte de charge dépasse un seuil de référence. Selon l'invention, le dispositif de surveillance et de détection automatique d'anomalies fonctionnelles sur un circuit d'alimentation en pression d'une pompe principale, le20 circuit d'alimentation en pression comportant en série au moins deux éléments hydrauliques constitués par une pompe de gavage et un filtre, est caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur-indicateur associé à un dispositif de commutation, le détecteur-indicateur comportant un carter dans lequel sont25 ménagées deux chambres séparées par une membrane élastique, les deux chambres étant respectivement raccordées par l'intermédiaire de conduits et du dispositif de commutation à deux points de pression situés respectivement en amont de l'un des éléments hydrauliques et en aval du filtre, et dans30 lequel un organe d'indication est susceptible de se déplacer axialement lorsque la pression différentielle entre les deux points de pression dépasse une valeur de seuil prédéterminée; le dispositif de commutation comportant un boitier qui présente deux extrémités supérieure et inférieure dans lesquelles sont ménagés deux orifices d'entrée raccordés respectivement à des points de pression situés en amont de la pompe de gavage et en aval du filtre, et une face 3 2721070 périphérique dans laquelle sont ménagés un orifice d'entrée raccordé à un point de pression situé entre la pompe de gavage et le filtre et des orifices de sortie contrôlés par un tiroir mobile entre les deux extrémités supérieure et 5 inférieure de manière à sélectionner l'un des éléments hydrauliques et à faire communiquer les pressions en amont et en aval de l'élément hydraulique sélectionné avec les deux chambres du détecteur-indicateur. 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: - la figure 1, un exemple d'un ensemble pompe à carburant muni d'un dispositif de surveillance, selon l'invention; - la figure 2, une vue en coupe d'un exemple de réalisation du dispositif de surveillance, selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un exemple d'un ensemble pompe à carburant d'un circuit d'alimentation en carburant muni d'un dispositif de surveillance, selon l'invention.25 L'ensemble pompe à carburant 10 comporte une pompe 1 à haute pression alimentée au travers d'un filtre 2 par une pompe de gavage 3 à basse pression elle- même reliée par un conduit d'admission 4 à une source d'alimentation non représentée. Un30 dispositif de surveillance est relié par l'intermédiaire des conduits 21, 22, 23 respectivement au conduit 4 en amont de la pompe de gavage 3, au conduit 5 entre la pompe de gavage 3 et le filtre et au conduit 6 en aval du filtre. Le dispositif de surveillance 20 est équipé d'un dispositif d'essai 3035 comportant une vanne 31 et un manomètre 32. Le dispositif de surveillance 20 est destiné à détecter et à signaler toute anomalie fonctionnelle pouvant produire une cavitation en 4 2721070 entrée de la pompe 1 à haute pression. L'anomalie fonctionnelle peut être, par exemple, le colmatage du filtre 2 ou une rupture d'entrainement de la pompe de gavage 3. Le dispositif de surveillance surveille simultanément l'état du filtre et l'état de la pompe de gavage 3. En cas d'anomalie, il sélectionne automatiquement la perte de charge liée au dysfonctionnement de la partie en panne. Dès que cette perte de charge dépasse une valeur de seuil10 prédéterminée, un signal d'alarme est déclenché. Ce signal d'alarme peut être par exemple un signal électrique envoyé vers un indicateur électrique implanté dans le poste de pilotage ou peut être un indicateur témoin, lié au dispositif de surveillance, indiquant à l'équipe de maintenance au sol15 qu'une intervention doit être effectuée. Le dispositif d'essai 30 est destiné lors de la maintenance, en cas d'anomalie, à vérifier que la valeur du seuil de référence est correct et que l'anomalie détectée ne provient20 pas du dispositif de surveillance lui-même. La figure 2 représente une vue en coupe d'un exemple de réalisation du dispositif de surveillance, selon l'invention. Le dispositif de surveillance 20 comporte un détecteur-25 indicateur 40 associé à un dispositif de commutation 60. Le dispositif de commutation 60 est destiné à sélectionner automatiquement la perte de charge liée au dysfonctionnement de la partie en panne; le détecteur-indicateur 40 est destiné à indiquer la panne lorsque la perte de charge30 sélectionnée dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Le détecteur-indicateur 40 comporte un boitier 41 par exemple cylindrique d'axe longitudinal XX' ayant une extrémité ouverte dans laquelle une tige indicatrice 42 est agencée35 pour coulisser axialement vers l'extérieur du boitier, des moyens de verrouillage 52, 55 de la tige indicatrice 42, un piston 43 équipé de moyens d'actionnement 44 de la tige 2721070 indicatrice 42 et une membrane élastique souple 45 solidaire du boitier 41 et fixée au piston 43 de manière à délimiter deux chambres 46, 47 dans l'alésage du boitier 41. La chambre 46 est reliée, par l'intermédiaire d'un conduit 48, au conduit 23 à l'aval du filtre 2. La chambre 47 est reliée, par l'intermédiaire d'un conduit 49 et par l'intermédiaire du dispositif de communication 60, au conduit 22, 21, situé en amont de la partie en panne sélectionnée. Le piston 43 peut se déplacer en translation suivant l'axe longitudinal XX'10 sous l'action de la pression différentielle existant entre les deux chambres 46, 47 et contre la force d'un ressort 50. Les caractéristiques du ressort 50 sont choisies de façon que le déplacement du piston 43 se produise seulement quand la pression différentielle entre les deux chambres 46, 4715 dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Les moyens d'actionnement 44 de la tige indicatrice 42 sont par exemple constitués d'un bouton poussoir 44 solidaire du piston 43 et disposé axialement dans le prolongement de la tige 42. Les moyens de verrouillage de la tige indicatrice 42 sont20 destinés à maintenir la tige soit en position rétractée en l'absence de panne, soit en position sortie lorsqu'une panne a été détectée. A titre d'exemple, comme représenté sur la figure 2, les moyens de verrouillage comportent des lames élastiques 52 disposées le long de la tige 42, ces lames ayant une extrémité supérieure 53 fixée au boitier 41 et une extrémité inférieure 54 libre se resserant sur la tige. Dans une position de verrouillage, les lames élastiques 52 sont destinées à coopérer avec un ergot de retenue 55, par30 exemple sous forme d'un épaulement biconique, disposé sur la tige indicatrice 42. Le contrôle de la position de la tige indicatrice 42 peut être effectué par l'intermédiaire d'indicateurs électriques tels que lampes de signalisation et/ou avertisseurs sonores ou par une observation visuelle directe. Dans le cas d'une indication par observation visuelle directe, l'extrémité 6 2721070 haute 56 de la tige est teintée pour servir de témoin d'indication et le boitier 41 est équipé d'un couvercle 57 transparent au travers duquel l'observation est possible. Le dispositif de commutation 60 comporte un boitier 61 par exemple cylindrique à l'intérieur duquel est disposé un tiroir 62 présentant une gorge circulaire 63 dans sa région médiane et pouvant se déplacer entre deux extrémités opposées, respectivement supérieure et inférieure, du boitier10 à l'encontre de l'action d'un ressort 64 et sous l'effet d'une pression différentielle appliquée sur deux faces opposées 65, 66 du tiroir 62. Le boitier 61 comporte en ses deux extrémités supérieure et inférieure, deux orifices d'entrée 74, 75 raccordés respectivement par l'intermédiaire15 des conduits 21 et 23, à deux points de pression situés en amont de la pompe de gavage et en aval du filtre, et comporte dans une zone intermédiaire de sa face périphérique, deux orifices 67, 68 diamétralement opposés raccordés respectivement par l'intermédiaire du conduit 22 à un point20 de pression situé entre la pompe de gavage et le filtre et par l'intermédiaire du conduit 49 à la chambre 47 du détecteur-indicateur. Le boitier 61 comporte en outre, dans une zone supérieure de sa face périphérique, un premier orifice supplémentaire 69 situé à un conduit 51 raccordé sur25 le conduit 49, et dans une zone inférieure de sa face périphérique, un deuxième orifice supplémentaire 70 raccordé par l'intermédiaire d'un conduit 71, au dispositif d'essai 30. Les orifices 67, 68, 69 disposés sur la face périphérique du boitier 61 sont contrôlés par le tiroir 62 de manière à être soit obturé, soit découvert, selon la position du tiroir, l'orifice 69 étant obturé, respectivement découvert, quand les orifices 67, 68 sont découverts, respectivement obturés.35 Lorsque l'orifice 69 est obturé, le conduit 49 communique avec le conduit 22 par l'intermédiaire de la gorge circulaire 63 du tiroir 62; lorsque l'orifice 69 est découvert, le 7 2721070 conduit 49 communique avec le conduit 21 par l'intermédiaire du conduit 51. La face 66 du tiroir 62 comporte des encoches 72 permettant de ne pas interrompre la liaison entre le conduit 71 et le conduit 23 à l'aval du filtre 2 lorsque le tiroir 62 est disposé à l'extrémité inférieure du boitier 61. Un diaphragme 73 est disposé dans le conduit 23 en amont du raccordement avec le conduit 48. Ce diaphragme ne joue un rôle que lorsque le dispositif d'essai 30 est en10 fonctionnement, c'est à dire pendant une phase de maintenance pour contrôler le niveau du seuil de référence. En dehors de la phase de maintenance, le diaphragme 73 ne produit pas de perte de charge. Le fonctionnement du dispositif de surveillance 20 est le suivant. Les deux faces opposées 65, 66 du tiroir 62 du dispositif de commutation 60 sont soumises d'une part à l'action du ressort 64 sur la face 66 qui tend à maintenir le tiroir 62 en butée à l'extrémité haute du boitier 61, et20 d'autre part, par l'intermédiaire des conduits 21 et 23, à l'effet de la différence de pression entre l'aval du filtre 2 et l'amont de la pompe de gavage 3. En l'absence de panne de la pompe de gavage 3 les actions conjuguées du ressort 64 et des forces de pression maintiennent le tiroir 62 en permanence en butée à l'extrémité haute du boitier 61 et l'orifice 69 est obturé. Dans cette position, la perte de charge sélectionnée par le tiroir 62 est la perte de charge aux bornes du filtre 2, et30 le détecteur-indicateur 40 est alimenté d'une part, dans la chambre 47 par la pression PAM à l'amont du filtre 2 par l'intermédiaire du conduit 49, de la gorge circulaire 63 et du conduit 22, et d'autre part, dans la chambre 46 par la pression PAV à l'aval du filtre 2 par l'intermédiaire du35 conduit 48. Le piston 43 et la membrane 45 sont alors soumis d'une part à l'action du ressort 50 sur le piston 43 qui tend à maintenir le piston 43 en butée au fond de l'alésage du 8 2721070 boitier 41 et d'autre part, à l'effet de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre 2. En l'absence de colmatage du filtre 2, et tant que la perte de charge du filtre est inférieure à une valeur de seuil prédéterminée, 5 les actions conjuguées du ressort 50 et des forces de pression de part et d'autre de la membrane 45 et du piston 43 maintiennent le piston 43 en butée au fond de l'alésage du boitier 41. La tige 42 est alors dans une position rétractée et le témoin d'indication n'est pas visible.10 Lorsque le degré de colmatage du filtre 2 augmente, la perte de charge aux bornes du filtre augmente et le niveau de pression PAV à l'aval du filtre diminue. Quand la perte de charge du filtre atteint une valeur critique définie par la15 valeur de seuil prédéterminée, les actions conjuguées des forces de pression de part et d'autre de la membrane 45 et du piston 43 tendent à déplacer le piston 43 à l'encontre de la force du ressort 50 dans la direction indiquée par la flèche F1, et à déformer la membrane 45. Le déplacement du piston 4320 actionne le bouton poussoir 44, ce qui provoque la sortie du témoin d'indication 56 de la tige 42 hors de son logement. Pendant la sortie du témoin d'indication 56, l'épaulement biconique 55 de la tige 42 écarte l'extrémité inférieure 54 des lames élastiques 52 du système de verrouillage. Lorsque25 le témoin est sorti et que le plus grand diamètre de l'épaulement est passé entre l'extrémité des lames, les lames élastiques reviennent dans leur position initiale et verrouillent ainsi la tige 42 en position "indicateur sorti". En cas de panne de la pompe de gavage suite, par exemple, à une rupture de l'arbre d'entrainement de son rotor, le niveau de pression PAM devient très faible et égal à la pression PCA d'alimentation en carburant diminuée des pertes de charge dans la pompe de gavage. De la même manière, le niveau de35 pression PAV à l'aval du filtre 2 décroit aussi puisqu'il subit en outre la perte de charge du filtre. Les caractéristiques du ressort 64 sont choisies de façon que 9 2721070 dans ces conditions les forces conjuguées exercées par la pression PAV et le ressort 64 sur la face 66 du tiroir 62 deviennent inférieures à la force exercée par la pression PCA sur la face 65 du tiroir 62. Le tiroir se déplace alors 5 instantanément dans la direction indiquée par la flèche F2 vers l'extrémité inférieure du boitier 61, comprime le ressort 64 et vient buter au fond de l'alésage du boitier 61. Lorsque le tiroir 62 est en position de butée au fond de l'alésage du boitier 61, les orifices 67 et 68 sont obturés10 tandis que l'orifice 69 est découvert. Dans cette position la perte de charge sélectionnée par le tiroir 62 est la perte de charge liée au dysfonctionnement de la pompe de gavage 3, et le détecteur-indicateur 40 est alimenté d'une part, dans la chambre 47 par la pression PCA à l'amont de la pompe de15 gavage 3 par l'intermédiaire des conduits 49, 51, 21 et d'autre part, dans la chambre 46 par la pression PAV à l'aval du filtre 2 par l'intermédiaire du conduit 48. Dans ces conditions, les actions conjuguées des forces de pressions de part et d'autre de la membrane 45 et du piston 43 sont similaires au cas du colmatage du filtre et tendent à déplacer le piston 43 à l'encontre de la force du ressort 50 dans la direction indiquée par la flèche F1, et à déformer la membrane 45. Le déplacement du piston fait sortir le témoin25 d'indication 56 qui témoigne ainsi de l'incident subit par la pompe de gavage. Lorsqu'une panne est détectée, il est procédé à la vérification du niveau de seuil de référence. La vérification30 est effectuée au moyen du dispositif d'essai de la façon suivante. La vérification consiste à manoeuvrer la vanne 31 pour créer un débit de fuite dans le conduit 23 au travers du diaphragme35 73 qui devient débitant. Il s'y produit une perte de charge et les niveaux de pression en amont du diaphragme 73 et s'exerçant dans la chambre 46 du détecteur-indicateur 40 et 2721070 sur la face 66 du tiroir 62 du dispositif de commutation 60, diminuent. La valeur du débit de fuite est augmentée jusqu'à ce que la perte de charge dans le diaphragme 73 atteigne une valeur suffisante pour provoquer la sortie du témoin 5 d'indication 56. Le manomètre 32 permet de vérifier la valeur de la pression atteinte en amont du diaphragme, d'en déduire la valeur de la perte de charge limite provoquant la sortie du témoin d'indication 56 et de comparer cette valeur à la valeur de seuil fixée correspondant à un bon fonctionnement10 du dispositif de surveillance 20. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation précisément décrit, notamment elle peut s'appliquer à tout circuit hydraulique nécessitant une surveillance simultanée15 et automatique d'au moins deux éléments hydrauliques. 11 2721070 REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance et de détection automatique d'anomalies fonctionnelles sur un circuit d'alimentation en pression d'une pompe principale, le circuit d'alimentation en pression comportant en série au moins deux éléments hydrauliques constitués par une pompe de gavage et un filtre, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur-indicateur (40)10 associé à un dispositif de commutation (60), le détecteur- indicateur (40) comportant un carter (41) dans lequel sont ménagées deux chambres (46, 47) séparées par une membrane élastique (45), les deux chambres étant respectivement raccordées par l'intermédiaire de conduits (48, 49) et du dispositif de commutation (60) à deux points de pression situés respectivement en amont de l'un des éléments hydrauliques (2, 3) et en aval du filtre (2), et dans lequel un organe d'indication (56) est susceptible de se déplacer axialement lorsque la pression différentielle entre les deux20 points de pression dépasse une valeur de seuil prédéterminée; le dispositif de commutation (60) comportant un boitier (61) qui présente deux extrémités supérieure et inférieure dans lesquelles sont ménagés deux orifices d'entrée (74, 75) raccordés respectivement, à des points de pression situés en25 amont de la pompe de gavage (3) et en aval du filtre (2), et une face périphérique dans laquelle sont ménagés un orifice d'entrée (67) raccordé à un point de pression situé entre la pompe de gavage (3) et le filtre (2) et des orifices de sortie (68, 69) contrôlés par un tiroir (62) mobile entre les30 deux extrémités supérieure et inférieure de manière à sélectionner l'un des éléments hydrauliques (2, 3) et à faire communiquer les pressions en amont et en aval de l'élément hydraulique sélectionné avec les deux chambres (46, 47) du détecteur-indicateur (40).35 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir (62) commute automatiquement d'une position 12 2721070 correspondanat à la sélection du filtre (2) vers une position correspondant à la sélection de la pompe de gavage (3) contre l'action d'un ressort (64) et sous l'effet de la pression différentielle appliquée entre les deux extrémités supérieure 5 et inférieure du boitier (61), dès que cette pression différentielle est inférieure à une valeur critique correspondant à un dysfonctionnement de la pompe de gavage (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'indication (56) est une tige agencée pour coulisser axialement vers l'extérieur du carter (41) sous l'action de moyens d'actionnement (44). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (44) sont constitués par un bouton poussoir disposé dans le prolongement de la tige (56) et fixé à un piston (43) en translation dans le carter (41) contre la force d'un ressort (50) et sous l'effet de la pression différentielle existant entre les deux chambres (46, 47) quand cette pression différentielle dépasse la valeur de seuil prédéterminée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la membrane élastique (45) est solidaire du carter (41) et du piston (43). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de verrouillage de la tige indicatrice (42), les moyens de verrouillage comportant des lames élastiques (52) disposées le long de la tige (42) et destinées à coopérer avec un ergot de retenue (55) disposé sur la tige (42). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'essai (30) destiné à contrôler la valeur du seuil de référence, ce dispositif d'essai comportant une vanne (31) et un manomètre (32) et étant raccordé au point de 13 2721070 pression situé en aval du filtre (2) par l'intermédiaire du dispositif de commutation (60) et par l'intermédiaire d'un diaphragme (73).