FR2862887A1 - Bi-directional filter for hydraulic control system, has channel producing helical movement to generate centrifugal force on particles, to project them on sleeve, where leakage current is produced between channel turns to move particles - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine de la filtration et plusThe present invention relates to the field of filtration and more
particulièrement celui des filtres bidirectionnels pour système hydraulique de commandes, notamment pour l'aéronautique. particularly that of bidirectional filters for hydraulic control system, especially for aeronautics.
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. Currently, most hydraulic actuator control systems such as cylinders are of centralized type. These systems comprise in a central part a pump now under pressure a network go. Through a set of mode valves, this pressurized network feeds an actuator. The system also comprises a return network to the tank at low pressure.
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. In the context of aeronautics, this network is doubled or even tripled so that a failure of the hydraulic system can not disrupt the piloting of the aircraft.
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. To protect these hydraulic systems against pollution of the fluid, barriers or mechanical filters are arranged on the network, the size of the mesh defining the minimum threshold of the particle size of the arrested particles.
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. These filters are essentially unidirectional, so as not to reintroduce into the circuit particles stopped in one direction and which would be by pressure difference pushed back into the circuit in the opposite direction of the flows.
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. Furthermore, to prevent a blockage unacceptable circuit, these filters generally include a clogging indicator and, where appropriate, a bypass device to divert all or part of the fluid out of the filtration zone.
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. For effective protection of the circuit, a high pressure filter is generally placed at the pump outlet and, where appropriate, at the inlet of each receiver, an additional barrier with a looser mesh in order to protect the adjacent receiver with respect to accidental pollution.
Ces systèmes centralisés ont cependant l'inconvénient majeur d'être lourds car ils nécessitent de grandes longueurs de tuyauterie. These centralized systems however have the major disadvantage of being heavy because they require long lengths of piping.
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. The aerospace industry, which has strong weight constraints in its devices, therefore begins to use new concepts of hydraulic systems. These so-called decentralized hydraulic systems are such that the power hydraulic is generated closer to the actuator instead of being connected to a centralized pressure source.
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. In addition to the switching components, they basically comprise an electropump connected directly to a cylinder. Thus, according to the direction of rotation of the electric pump, the discharge branch of the pump feeds a chamber of the cylinder which determines a direction of movement. The other cylinder chamber feeds the pump on the suction branch.
L'inversion de la rotation de l'électropompe engendre le mouvement inverse du vérin. Inversion of the rotation of the electric pump generates the reverse movement of the cylinder.
Ainsi, ce concept engendre dans le circuit hydraulique une circulation bidirectionnelle du fluide. Thus, this concept generates in the hydraulic circuit a bidirectional circulation of the fluid.
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. Moreover, the operation is not at constant pressure, the latter depending on the forces experienced by the cylinder during its movement. Indeed, the movement of the rudder actuated by the cylinder is the object of various resistances.
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. The protection vis-à-vis pollution self-generated by these bodies operating in closed circuit is necessary. However, the traditional filtration devices, such as those described above, can not be installed in such a system, because of the bidirectional circulation and the alternation of pressure and frequency.
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. In addition, the conventional bidirectional filters comprise a double circuit with non-return valves making it possible to specialize a circuit by direction of the fluid. Such filters have the disadvantage of being heavy, bulky and complex in construction causing unacceptable reliability problems, particularly in circuits intended for aeronautics.
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. The object of the present invention is to provide a bi-directional, mechanically simple filter which can not be clogged so as to obtain improved reliability.
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. More specifically, the invention relates to a bidirectional filter for a hydraulic circuit, characterized in that it comprises a body having a side wall and two end walls defining a chamber, this body being provided in the vicinity of each of its two ends of connection means to the hydraulic circuit; static means for guiding and rotating the fluid, arranged in said chamber, and means for retaining the particles contained in the fluid, arranged around the static means for guiding and rotating the fluid, the latter means being adapted to circulate the fluid from one end to the other of the filter, along the retention means and to generate a centrifugal force which causes a propulsion of said particles towards the retention means.
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. According to other features of the invention - the static means for guiding and rotating the fluid comprise at least one mandrel fixed in the body and defining at its periphery at least one open channel of helical shape, said channel communicating with its two ends with the connecting means, - the mandrel further comprises retention grooves on its periphery, - the mandrel comprises at each end a recess communicating, on the one hand with the channel and on the other hand with the connection means the end walls comprise threaded ends extending in the direction of the mandrel and adapted to cooperate with threads located at each end of said mandrel, gaskets are arranged between the side wall and each wall of the wall; ends, the retention means comprise a trapping sleeve, the trapping sleeve is constituted by a metal mesh, the means of In addition, the magnetic field generator is arranged between the metal mesh sleeve and the body side wall. The magnetic field generator comprises at least one electrical coil, the magnetic field generator comprises at least one magnetic field generator. less a permanent magnet, the retention means are connected to means for measuring the electrical characteristics thereof, these characteristics being representative of the clogging of said retention means, the measuring means are able to determine the impedance variations of the trapping sleeve.
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. The invention also relates to a hydraulic circuit comprising a pump connected to a jack via a network of pipes in which a fluid circulates, at least one filter according to the invention being interposed in said network, so as to that the fluid passes through the filter while circulating in the network.
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. The invention will be better understood on reading the description which follows and with reference to the accompanying drawings and in which - Figure 1 shows the diagram of a decentralized control hydraulic circuit; FIG. 2 is an end view of a device according to the invention; - Figure 3 is a sectional view along the line 3-3 of Figure 2; Figure 4 is a side elevational view of the mandrel; and Figures 5 and 6 show two further embodiments of the mandrel.
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. A decentralized control hydraulic circuit, as shown in Figure 1, comprises a pump 1 feeding a cylinder 2 through a set of valves 3, said mode valve, allowing different modes of operation.
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. In such a hydraulic circuit, several elements are likely, due to their displacements and / or their aging, to generate particles in the fluid. Thus, the pump 1 generates magnetic metal particles and particles of insulation or varnish by wear of its blades and its bearings. Similarly, the cylinder 2 generates elastomer particles by wear of its joints.
Pour un bon fonctionnement dans le temps du système, il est donc important de filtrer le fluide pour éliminer ces particules en suspension. For proper operation over time, it is important to filter the fluid to remove these suspended particles.
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. Thus, a filter according to the invention can be installed on such a circuit, at the outlet of the pump 1, at 4, or in the vicinity of the cylinder 2, at 6, or at 5 to protect the valve 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. The filter according to the invention, fig. 2 and 3, comprises a sealed body 7 formed of a cylindrical side wall 8 and two end walls 9 and 10 delimiting a chamber 11. Two threaded holes 12 and 13 make it possible to connect the filter to the hydraulic circuit.
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. This chamber contains a mandrel 14 (FIGS 3 and 4) delimiting at its periphery a helical channel 15 for circulating the fluid. This channel 15 opens at its ends into two recesses 17 and 18 of the mandrel, which communicate with the 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. The inner wall of mandrel 14 is threaded in the vicinity of the end faces thereof, to cooperate with externally threaded tips 19 and 20 which extend from the end walls 9 and 10. Sealing 21 are arranged between the side wall 8 and each end wall 9 and 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. The mandrel is surrounded by a trapping sleeve 22, made of a preferably multilayer metal mesh and an electric coil 23 disposed between this trapping sleeve 22 and the outer casing 8. The coil is connected to a circuit of FIG. power supply via conductors which pass through the end wall 10 in a sealed manner.
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. In one embodiment of the invention corresponding to an application, for example in the aeronautical field, the filter being intended to hold for example particles mainly comprised between 5 and 15 m, the trapping sleeve 22 is made, for example, in the form of a magnetizable steel fabric whose square meshes have an opening of 600 m by 300 m.
Le fonctionnement d'un tel filtre est le suivant. The operation of such a filter is as follows.
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. The fluid arrives at the first orifice 12 and flows towards the second orifice 13, or vice versa, according to the direction of circulation of the fluid in the hydraulic circuit. It passes successively into the recess 17, then into the helical channel 15, before joining the second orifice 13 via the second recess 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. The helical movement produced by the channel 15 generates a centrifugal force on the particles carried by the fluid, force which projects them on the trapping sleeve 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. In addition, since the trapping sleeve 22 is not completely sealed between two turns of the helical channel, a leakage current is created between the turns and moves the particles out of the channel zone, thus preventing them from returning to the channel. the hydraulic circuit.
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. The filter according to the invention thus allows a circulation of the fluid without mechanical barrier, and therefore without risk of clogging, the particles being retained by the retention means 22 when the fluid flows in the helical channel 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. Such a result is obtained in a first mode of operation, without the electric coil being energized and generating a magnetic field.
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. This result can be improved, in a second mode of operation, by the creation of a magnetic field whose function is to attract the metal particles on the trapping sleeve 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. To do this, an electrostatic field is created by the coil 23 when it is powered. By passing through the multilayer metal fabric 22, this field is transformed in the zone of the channel 15 of the mandrel 14 into an electromagnetic and static mesh field capable of retaining polluting particles of different particle sizes and natures.
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. In a variant, FIG. 5, of the embodiment described above, the mandrel 14 has two channels 15 and 15 'helical. The number and pitch of these channels can thus be adapted to the flow rate of the fluid and the size of the particles to be trapped.
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. The impurities retained in the metallic fabric 22 migrating out of the channel zone by the effect of leakage current, it is possible to provide (FIG 6) retention grooves 24 machined in the mandrel and which allow to increase the life of the filter.
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. It is of course possible to adapt the materials, shape, mesh size and method of obtaining the trapping sleeve 22 depending on the type of retention to obtain. It is thus possible to use a perforated plate or a single-layer metal fabric. Similarly, the trapping sleeve may be of non-magnetic material if the filter is used only in its first mode of operation.
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. Compared to the preferred embodiment of the invention described above, it is conceivable that, if the filter is intended to be used continuously without power supply of the coil, as in the first mode of operation, it becomes unnecessary. An alternative embodiment of the filter then consists in suppressing it.
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. The magnetic field of the coil can be enhanced by the presence of permanent magnets. It is also possible to replace the coil with permanent magnets. This makes it possible to maintain a magnetic field inside the circulation channel without needing to provide a power supply.
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. The variations of the electrical characteristics of the retention means can be measured in 25 to detect the clogging of these retention means, and in particular of the metallic mesh and thus to deduce the need for a maintenance operation.
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. Indeed, each grid mesh sees its gap evolve depending on the amount of particles retained. The trapping sleeve 22 therefore has its impedance which changes as a function of its clogging.
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. Conventionally, the use of a voltmeter and an ammeter combined with a power supply of the trapping sleeve 22 in direct current, then in alternating current, makes it possible to determine the resistance and the inductance of the sleeve.
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. As an illustration, the Applicant has found that the resistance of a sleeve can vary by about 10 mil and its inductance of 20pH between a new state and a clogged state.
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. In the embodiment shown, the threaded orifices 12 and 13 are positioned on the end walls 9 and 10. However, the filter of the invention can also be made with the two connections to the hydraulic network positioned on the side wall 8 Only the communication with the channel 15 then require a modification, made in a conventional manner, without the principle of the invention being altered.
On conçoit alors qu'un tel filtre bidirectionnel est mécaniquement simple et que, ne pouvant se colmater, il est d'une grande fiabilité. It can be seen that such a bidirectional filter is mechanically simple and that, being unable to clog, it is highly reliable.
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