Brevet FR2862887A1 — publié le 20050603

La présente invention concerne le domaine de la filtration et plus particulièrement celui des filtres bidirectionnels pour système hydraulique de commandes, notamment pour l'aéronautique. Actuellement, la plupart des systèmes hydrauliques de commande d'actionneurs comme des vérins sont de type centralisé. Ces systèmes comportent dans une partie centrale une pompe maintenant sous pression un réseau aller. Par un jeu de vannes de mode, ce réseau sous pression alimente un actionneur. Le système comporte par ailleurs, un réseau retour vers le réservoir en basse pression. Dans le cadre de l'aéronautique, ce réseau est doublé voire triplé afin qu'une défaillance du système hydraulique ne puisse pas perturber le pilotage de l'aéronef. Pour protéger ces systèmes hydrauliques contre la pollution du fluide, des barrières ou filtres mécaniques sont disposés sur le réseau, la dimension du maillage définissant le seuil minimum de la granulométrie des particules arrêtées. Ces filtres sont pour l'essentiel unidirectionnels, afin de ne pas réintroduire dans le circuit des particules arrêtées dans un sens et qui se trouveraient par différence de pression repoussées dans le circuit en sens inverse des écoulements. Par ailleurs, pour prévenir un colmatage rédhibitoire du circuit, ces filtres comportent généralement un indicateur de colmatage et, le cas échéant, un dispositif de by-pass afin de dériver tout ou partie du fluide hors de la zone de filtration. Pour une protection efficace du circuit, on place généralement un filtre haute pression en sortie de pompe et, le cas échéant, à l'entrée de chaque récepteur, une barrière supplémentaire à maillage plus lâche afin de protéger le récepteur attenant vis-à-vis d'une pollution accidentelle. Ces systèmes centralisés ont cependant l'inconvénient majeur d'être lourds car ils nécessitent de grandes longueurs de tuyauterie. L'industrie aéronautique, qui a de fortes contraintes de poids dans ses appareils, commence donc à utiliser de nouveaux concepts de systèmes hydrauliques. Ces systèmes dits à hydraulique décentralisée sont tels que l'hydraulique de puissance est générée au plus près de l'actionneur au lieu d'être connectée à une source de pression centralisée. Outre les composants de commutation, ils comportent fondamentalement une électropompe connectée directement à un vérin. Ainsi, selon le sens de rotation de l'électropompe, la branche refoulement de la pompe alimente une chambre du vérin qui détermine un sens de déplacement. L'autre chambre du vérin alimente la pompe sur la branche aspiration. L'inversion de la rotation de l'électropompe engendre le mouvement inverse du vérin. Ainsi, ce concept engendre dans le circuit hydraulique une circulation bidirectionnelle du fluide. Par ailleurs, le fonctionnement n'est pas à pression constante, cette dernière dépendant des efforts que subit le vérin lors de son déplacement. En effet, le mouvement de la gouverne actionnée par le vérin est l'objet de diverses résistances. La protection vis-à-vis d'une pollution auto-générée par ces organes fonctionnant en circuit fermé est nécessaire. Cependant, les dispositifs traditionnels de filtration, tels que ceux décrits ci-dessus, ne peuvent pas être installés dans un tel système, du fait de la circulation bidirectionnelle et de l'alternance de pression et de fréquence. Par ailleurs, les filtres bidirectionnels classiques comportent un double circuit avec des clapets anti-retour permettant de spécialiser un circuit par direction du fluide. De tels filtres ont l'inconvénient d'être lourds, encombrants et de construction complexe entraînant des problèmes de fiabilité inacceptables, en particulier dans des circuits destinés à l'aéronautique. Le but de la présente invention est de réaliser un filtre bidirectionnel, 25 mécaniquement simple, et ne pouvant pas se colmater, de façon à obtenir une fiabilité améliorée. Plus précisément, l'invention a pour objet un filtre bidirectionnel pour circuit hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte un corps comportant une paroi latérale et deux parois d'extrémités délimitant un chambre, ce corps étant muni au voisinage de chacune de ses deux extrémités de moyens de raccordement au circuit hydraulique; des moyens statiques de guidage et de mise en rotation du fluide, disposés dans ladite chambre, et des moyens de rétention des particules contenues dans le fluide, disposés autour des moyens statiques de guidage et de mise en rotation du fluide, ces derniers moyens étant adaptés pour faire circuler le fluide d'une extrémité à l'autre du filtre, le long des moyens de rétention et pour générer une force centrifuge qui provoque une propulsion desdites particules en direction des moyens de rétention. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens statiques de guidage et de mise en rotation du fluide comportent au moins un mandrin fixé dans le corps et délimitant à sa périphérie au moins un canal ouvert de forme hélicoïdale, ledit canal communiquant à ses deux extrémités avec les moyens de raccordement, - le mandrin comporte en outre des gorges de rétention sur sa périphérie, - le mandrin comporte à chaque extrémité un évidement communiquant, d'une part avec le canal et d'autre part avec les moyens de raccordement, - les parois d'extrémités comportent des embouts filetés s'étendant en 15 direction du mandrin et apte à coopérer avec des filetages se trouvant à chaque extrémité dudit mandrin, - des garnitures d'étanchéité sont disposées entre la paroi latérale et chaque paroi d'extrémités, - les moyens de rétention comprennent un manchon de piégeage, - le manchon de piégeage est constitué d'un grillage métallique, - les moyens de rétention comprennent en outre un générateur de champ magnétique, - le générateur de champ magnétique est disposé entre le manchon en grillage métallique et la paroi latérale du corps - le générateur de champ magnétique comprend au moins une bobine électrique, le générateur de champ magnétique comprend au moins un aimant permanent, les moyens de rétention sont connectés à des moyens de mesure des caractéristiques électriques de ceux-ci, ces caractéristiques étant représentatives du colmatage desdits moyens de rétention, - les moyens de mesure sont aptes à déterminer les variations d'impédance du manchon de piégeage. L'invention a également pour objet un circuit hydraulique comprenant une pompe connectée à un vérin par l'intermédiaire d'un réseau de canalisations dans lequel circule un fluide, au moins un filtre selon l'invention étant intercalé dans ledit réseau, de manière à ce que le fluide traverse le filtre en circulant dans le réseau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels, - la figure 1 représente le schéma d'un circuit hydraulique de commande décentralisé ; - la figure 2 est une vue en bout d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une vue en élévation latérale du mandrin; et les figures 5 et 6 représentent deux autres modes de réalisation du mandrin. Un circuit hydraulique de commande décentralisé, tel que représenté sur la figure 1, comporte une pompe 1 alimentant un vérin 2 par l'intermédiaire d'un jeu de vannes 3, dit vanne de mode, permettant différents modes de fonctionnement. Dans un tel circuit hydraulique, plusieurs éléments sont susceptibles, du fait de leurs déplacements et/ou de leur vieillissement, de générer des particules dans le fluide. C'est ainsi que la pompe 1 génère des particules de métaux magnétiques et des particules d'isolants ou de vernis par usure de ses pales et des ses paliers. De même le vérin 2 génère des particules d'élastomères par usure de ses joints. Pour un bon fonctionnement dans le temps du système, il est donc important de filtrer le fluide pour éliminer ces particules en suspension. C'est ainsi qu'un filtre selon l'invention peut être installé sur un tel circuit, en sortie de la pompe 1, en 4, ou au voisinage du vérin 2, en 6, ou bien en 5 pour protéger la vanne de mode 3. Le filtre selon l'invention, fig. 2 et 3, comprend un corps 7 étanche formé d'une paroi latérale cylindrique 8 et de deux parois d'extrémités 9 et 10 délimitant une chambre 11. Deux orifices filetés 12 et 13 permettent de raccorder le filtre au circuit hydraulique. Cette chambre contient un mandrin 14 (fig. 3 et 4) délimitant à sa périphérie un canal hélicoïdal 15 de circulation du fluide. Ce canal 15 débouche à ses extrémités dans deux évidements 17 et 18 du mandrin, qui communiquent avec les orifices 12, 13. La paroi interne du mandrin 14 est filetée au voisinage des faces d'extrémité de celui-ci, pour coopérer avec des embouts 19 et 20, filetés extérieurement, qui s'étendent à partir des parois d'extrémité 9 et 10. Des garnitures d'étanchéité 21 sont disposées entre la paroi latérale 8 et chaque paroi d'extrémité 9 et 10. Le mandrin est entouré d'un manchon 22 de piégeage, réalisé en un grillage métallique de préférence multicouche et d'une bobine électrique 23 disposée entre ce manchon de piégeage 22 et l'enveloppe extérieure 8. La bobine est reliée à un circuit d'alimentation électrique par des conducteurs qui traversent de façon étanche la paroi d'extrémité 10. Dans un mode de réalisation de l'invention correspondant à une application, par exemple dans le domaine aéronautique, le filtre étant destiné à retenir par exemple des particules comprises principalement entre 5 et 15 m, le manchon de piégeage 22 est réalisé, par exemple, sous forme d'un tissu en acier magnétisable dont les mailles carrées ont une ouverture de 600 m par 300 m. Le fonctionnement d'un tel filtre est le suivant. Le fluide arrive au premier orifice 12 et circule vers le deuxième orifice 13, ou inversement, selon le sens de circulation du fluide dans le circuit hydraulique. Il passe successivement dans l'évidement 17, puis dans le canal hélicoïdal 15, avant de rejoindre le deuxième orifice 13 par l'intermédiaire du deuxième évidement 18. Le mouvement hélicoïdal produit par le canal 15 génère une force centrifuge sur les particules véhiculées par le fluide, force qui les projette sur le manchon de piégeage 22. De plus, le manchon de piégeage 22 n'étant pas totalement étanche entre deux spires du canal hélicoïdal, un courant de fuite se crée entre les spires et déplace les particules en dehors de la zone du canal, évitant ainsi qu'elles ne retournent dans le circuit hydraulique. Le filtre selon l'invention permet donc une circulation du fluide sans barrière mécanique, et donc sans risque de colmatage, les particules étant retenues par les moyens de rétention 22 quand le fluide circule dans le canal hélicoïdal 15. Un tel résultat est obtenu dans un premier mode de fonctionnement, sans que la bobine électrique ne soit alimentée et ne génère de champ 5 magnétique. Ce résultat peut être amélioré, dans un second mode de fonctionnement, par la création d'un champ magnétique dont la fonction est d'attirer les particules métalliques sur le manchon de piégeage 22. Pour ce faire, un champ électrostatique est créé par la bobine 23 lorsqu'elle est alimentée. En passant à travers le tissu métallique multicouche 22, ce champ se transforme dans la zone du canal 15 du mandrin 14 en un champ maillé électromagnétique et statique propre à retenir des particules polluantes de granulométries et de natures différentes. Dans une variante, figure 5, du mode de réalisation décrit précédemment, le mandrin 14 possède deux canaux 15 et 15' hélicoïdaux. Le nombre et le pas de ces canaux peuvent être ainsi adaptés au débit du fluide et à la taille des particules à piéger. Les impuretés retenues dans le tissu métallique 22 migrant en dehors de la zone du canal par l'effet de courant de fuite, il est possible de prévoir (fig. 6) des gorges de rétention 24 usinées dans le mandrin et qui permettent d'augmenter la durée de vie du filtre. Il est bien sûr possible d'adapter les matériaux, forme, dimensions des mailles et mode d'obtention du manchon de piégeage 22 en fonction du type de rétention à obtenir. Il est ainsi possible d'utiliser une tôle perforée ou un tissu métallique monocouche. De même, le manchon de piégeage peut être en matériau amagnétique si le filtre est utilisé seulement dans son premier mode de fonctionnement. Par rapport au mode de réalisation préféré de l'invention décrit cidessus, on conçoit que, si le filtre est destiné à être utilisé en permanence sans alimentation électrique de la bobine, comme dans le premier mode de fonctionnement, celle-ci devient inutile. Une variante de réalisation du filtre consiste alors à supprimer celle-ci. Le champ magnétique de la bobine peut être renforcé par la présence d'aimants permanents. II est aussi possible de remplacer la bobine par des aimants permanents. Ceci permet de maintenir un champ magnétique à l'intérieur du canal de circulation sans avoir besoin de prévoir d'alimentation électrique. Les variations des caractéristiques électriques des moyens de rétention peuvent être mesurées en 25 pour détecter le colmatage de ces moyens de rétention, et en particulier du grillage métallique et en déduire donc la nécessité d'une opération de maintenance. En effet chaque maille du grillage voit son entrefer évoluer en fonction de la quantité de particules retenues. Le manchon de piégeage 22 a donc son impédance qui se modifie en fonction de son colmatage. De façon classique, l'utilisation d'un voltmètre et d'un ampèremètre combiné à une alimentation électrique du manchon de piégeage 22 en courant continu, puis en courant alternatif, permet de déterminer la résistance et l'inductance du manchon. A titre illustratif, la demanderesse a constaté que la résistance d'un 15 manchon pouvait varié d'environ 10 mil et son inductance de 20pH entre un état neuf et un état colmaté. Dans le mode de réalisation présenté, les orifices filetés 12 et 13 sont positionnés sur les parois d'extrémités 9 et 10. Cependant, le filtre de l'invention peut aussi être réalisé avec les deux connexions au réseau hydraulique positionnées sur la paroi latérale 8. Seules les mises en communication avec le canal 15 nécessitent alors une modification, faite de façon classique, sans que le principe même de l'invention ne soit altéré. On conçoit alors qu'un tel filtre bidirectionnel est mécaniquement simple et que, ne pouvant se colmater, il est d'une grande fiabilité. REVENDICATIONS 1. Filtre bidirectionnel pour circuit hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (7) comportant une paroi latérale (8) et de deux parois d'extrémités (9) et (10) délimitant un chambre, ce corps étant muni au voisinage de chacune de ses deux extrémités de moyens de raccordement (12,13) au circuit hydraulique; des moyens statiques (14, 15) de guidage et de mise en rotation du fluide, disposés dans ladite chambre, et des moyens de rétention (22, 23) des particules contenues dans le fluide, disposés autour des moyens statiques (14, 15) de guidage et de mise en rotation du fluide, ces derniers moyens étant adaptés pour faire circuler le fluide d'une extrémité à l'autre du filtre, le long des moyens de rétention (22, 23) et pour générer une force centrifuge qui provoque une propulsion desdites particules en direction des moyens de rétention (22, 23). 2. Filtre bidirectionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens statiques (14,15) de guidage et de mise en rotation du fluide comportent au moins un mandrin (14) fixé dans le corps (7) et délimitant à sa périphérie au moins un canal ouvert (15) de forme hélicoïdale, ledit canal (15) communiquant à ses deux extrémités (17, 18) avec lesdits moyens de raccordement. 3. Filtre bidirectionnel selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mandrin (14) comporte en outre des gorges de rétention (24) sur sa périphérie. 4. Filtre bidirectionnel selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le mandrin (14) comporte à chaque extrémité un évidement (17, 18) communiquant, d'une part avec le canal (15) et d'autre part avec les moyens de raccordement (12, 13). 5. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les parois d'extrémités (9, 10) comportent des embouts filetés (19, 20) s'étendant en direction du mandrin (14) et apte à coopérer avec des filetages se trouvant à chaque extrémité dudit mandrin (14). 6. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des garnitures d'étanchéité sont disposées entre la paroi latérale (8) et chaque paroi d'extrémités (9, 10). 7. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rétention (22, 23) comprennent un manchon de piégeage (22). 8. Filtre bidirectionnel selon la revendication 7, caractérisé en ce que le manchon de piégeage (22) est constitué d'un grillage métallique. 9. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rétention comprennent en outre un générateur de champ magnétique (23). 10. Filtre bidirectionnel selon la revendication 9, caractérisé en ce que 10 le générateur de champ magnétique (23) est disposé entre le manchon (22) en grillage métallique et la paroi latérale (8) du corps. 11. Filtre bidirectionnel selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique comprend au moins une bobine électrique (23). 12. Filtre bidirectionnel selon revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique comprend en outre au moins un aimant permanent. 13. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rétention (22, 23) sont connectés à des moyens de mesure (25) des caractéristiques électriques de ceux-ci, ces caractéristiques étant représentatives du colmatage desdits moyens de rétention. 14. Filtre bidirectionnel selon l'une des revendications 7 à 12 et la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de mesure (25) sont aptes à déterminer les variations d'impédance du manchon de piégeage (22) 15. Circuit hydraulique comprenant une pompe (1) connectée à un vérin (2) par l'intermédiaire d'un réseau de canalisations dans lequel circule un fluide caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre (4, 5, 6) selon l'une des revendications précédentes intercalé dans ledit réseau, de manière à ce que le fluide traverse le filtre en circulant dans le réseau.