477 S - filtres hydrauliques

HYDRAULIQUE, LES FILTRES

BASES HYDRAULIQUES

Préface

Ce document traite des filtres utilisés pour retenir la pollution véhiculée par les flux d’huiles. Il ne teint pas compte des reniflards et tamis de remplissages des réservoirs ou carters.

L'objectif de chapitre n'est pas la présentation de la filtration. Il n'y est pas fait allusion à la pollution, à la conception et qualité des éléments filtrants ni aux méthodes de dépollution. Ces différents sujets font l'objet d'un autre chapitre.

Les schémas de principe utilisés comme illustration ne respectent pas intégralement la représentation normalisée.

Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur

477 S

2

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Sommaire

Présentation, représentation normalisée .................................................................................4 Le clapet by-pass........................................................................................................................6 La crépine ...................................................................................................................................8 et 10 Le filtre sur l'aspiration ..............................................................................................................12 Le filtre d’aspiration, les accessoires .......................................................................................14 Le filtre sur le refoulement basse pression..............................................................................16 Le filtre sur le refoulement basse pression, application .........................................................18 et 20 Le filtre en refoulement haute pression....................................................................................22 Le filtre sur le retour...................................................................................................................24 et 26 Le filtre sur le drain des pompes et moteurs ...........................................................................28 Le filtre de drainage ...................................................................................................................30 Le filtre en dérivation .................................................................................................................32 Les filtres commutables.............................................................................................................34 La filtration bi-directionnelle .....................................................................................................36 Notes personnelles.....................................................................................................................38

Rédigé par : Roger LECULLIEZ CPFM

Vérifié par : Référence document : 477 S

Approuvé par : Version :

Page :

3

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Présentation, représentation normalisée

Le filtre doit retenir la pollution solide véhiculée par le flux d’huile.

Le choix d'un filtre et de l'endroit de son installation doit être considéré en fonction de plusieurs critères ; - son domaine d'utilisation ; maintient d'une qualité de pollution, dépollution après incident … - la sensibilité des composants aux polluants, adaptation du niveau de filtration à la qualité des composants, - la classe de pollution demandée implique une finesse de filtration, recommandée par le constructeur du composant le plus sensible à la pollution, - du fluide à filtrer, caractéristiques chimiques et physiques, - de la viscosité de l’huile, influence la perte de charge, - de la température de démarrage et de fonctionnement, influence la viscosité à la mise en service et en fonctionnement, - de la pression de fonctionnement, tenir compte des pointes de pression, même brèves, - du débit, tenir compte des évolutions de débit en fonction des phases de travail, il influence la perte de charge, - de la perte de charge admissible sur l'élément filtrant, peut avoir une grande influence sur le rendement de l'installation, (tenir compte de la perte de charge dans le support), - du by-pass, pour la mise en service et la protection suite au colmatage, - de l’indicateur de colmatage, aide à la maintenance, - de la maintenance, facilité, temps d’arrêt …

Point commun à tous les éléments filtrant Le débit circule toujours de l’extérieur vers l’intérieur pour profiter de la résistance à l’écrasement du fut cylindrique. L’examen visuel de l’élément filtrant après dépose pour remplacement permet de déceler la présence de pollution grossière. Cet examen est à faire comme moyen de diagnostic lorsque l’installation perd de ces performances.

Lors de la création d’une installation, prévoir l’accès facile au filtre et un espace suffisant pour dégager les éléments pour les opérations de maintenance. Tenir compte de la perte de charge de l’élément filtrant et de son support (tête du filtre) pour en déterminer les caractéristiques.


477 S

4

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Présentation, représentation normalisée

Extrait de la norme ISO/CD 1219-1 (1999-06)


477 S

5

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le clapet by-pass

Le clapet by-pass est un accessoire qui peut venir en complément de l’élément filtrant, à l’intérieur de celui-ci, dans le support (tête du filtre) ou à l’extérieur (rarement). Le clapet by-pass est constitué d’un clapet anti-retour équipé d’un ressort de maintient en position fermée. Il permet une circulation du débit d’huile en dehors de l’élément filtrant en le cour-circuitant lorsque ce débit ne peut pas y circuler normalement. L’ouverture du clapet by-pass évite l’installation d’une pression trop importante en amont et autour de l’élément filtrant, il évite la détérioration du filtre, l’éclatement de la cuve et la fatigue des étanchéités. Cette situation peut avoir pour origine une viscosité importante à froid, un élément filtrant colmaté, un débit anormalement important …

L’ouverture du clapet by-pass assure un débit d’alimentation du circuit normal mais non filtré. L’installation n’est plus protége contre les effets de la pollution, il est important de faire connaître cette situation le plus vite possible pour y remédier, c’est pourquoi le clapet by-pass est souvent complété par un système qui signal son ouverture. L’indicateur peut être un manomètre ou mano-contact installé en entré du filtre, un témoin visuel ou un contacteur commandé par le mouvement du clapet by-pass.

Fonctionnement du clapet by-pass Le clapet by-pass ressent la pression d’alimentation de l’élément filtrant, la force hydraulique correspondante tend à ouvrir le passage. Le clapet by-pass ressent la pression en sortie de l’élément filtrant, la force hydraulique correspondante tend à fermer le passage, cette force hydraulique s’ajoute la force du ressort.

Une difficulté à circuler dans le filtre installe une pression supplémentaire en entré, la force hydraulique sur le devant du clapet by-pass augmente en conséquence. La pression en sortie du filtre reste stable pour des conditions de débit et de charge identiques dans le circuit alimenté. Le clapet by-pass s’ouvre lorsque la force hydraulique d’alimentation est supérieure à la force hydraulique en sortie plus la force mécanique du ressort. Le clapet by-pass s’ouvre par l’effet d’une différence de pression supérieure à la force de maintient du ressort.

Voir installation du clapet by-pass sur les illustrations pages 19, 21 …


477 S

6

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le clapet by-pass

Indicateur de colmatage, illustration d’origine Olaer


477 S

7

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La crépine

La crépine est noyée dans le réservoir avec une hauteur d'huile au-dessus conséquente. Elle doit avoir une grande surface filtrante ce qui implique qu’elle constitue un gros volume.

Ce mode de filtration couramment adopté pendant des décennies est maintenant vivement critiqué en hydraulique moderne pour plusieurs raisons : - Une crépine n'est pas un filtre, elle ne retient que la pollution grossière, les d'objets libres dans le réservoir, vis / écrou de fixation d'accessoires, tôles, corps étrangers introduit lors d'un apport d'huile... - Elle ne protège pas efficacement les pompes, la crépine permet le passage de petites particules capables d'endommager les pompes. - L’accessibilité est discutable dans la plupart des cas. - Il y a un risque important de faire pénétrer de la pollution depuis l’extérieure au moment de la visite de la cartouche. - Il n’y a aucun moyen efficace de prévenir le colmatage sans risques de destruction de la pompe par cavitation ou usure. - La restriction à l'aspiration pénalise l'alimentation de la pompe. Sauf cas particuliers, le niveau de filtration est d'environ 125 µm. La crépine est souvent réalisée par un tissu métallique fin. Sauf avis contraire du fabricant, une crépine métallique peut être nettoyée avec des moyens classiques dans un bain de produit puis soufflage à l’air dans le sens inverse à celui du débit d’huile. L’efficacité est estimée à 60 – 70% Le nettoyage aux ultra-sons est également possible. Suspendre l’élément filtrant dans le bain d’ultra-sons et laisser agir 3 minutes, rincer dans un bac de produit solvant propre puis souffler à l’air dans le sens inverse à celui du débit d’huile. L’efficacité est estimée à 80 – 90%

La crépine peut être équipée d’un clapet d’isolement (installation sur les grosses pelles hydrauliques sur chaînes). En position fermée, il permet une dépose de la pompe sans vider le réservoir ou de vider le réservoir sans vider le conduit d’aspiration de la pompe et le circuit. Attention à la remise en service, le clapet doit être ouvert sous peine de destruction très rapide de la pompe. Un contacteur électrique peut être installé sur la commande du clapet pour sécuriser le fonctionnement par une interdiction de démarrage ou une alarme. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur

477 S

8

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La crépine


477 S

9

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La crépine (suite 1)

Les carters de boîte de vitesses ou de transferts, milieux très pollués par des particules issues de l'usure des éléments mécaniques de la transmission, font office de réservoir. La pompe doit être protégée contre les grosses impuretés. La pompe à pignons, de conception très simple, tolère le passage des petites particules, (le débit est généralement filtré en sortie de pompe). - Le débit de la pompe étant peu important, le volume de la crépine reste raisonnable. - Des anneaux magnétiques, placés sur le passage de l'huile, retiennent et stockent les particules métalliques. La polarité inversée face à face garde les espaces libres, (les pôles de même sens se repoussent). Illustration. Crépine sur circuit hydraulique de transmission, machines Caterpillar.


477 S

10

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La crépine (suite 1)


477 S

11

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur l'aspiration

Ce type de filtre n’est pas utilisé (sauf exception non connue) sur les matériels mobiles, il est utilisé sur des installations industrielles. A la différence de la crépine qui est noyée en fond du réservoir, le filtre d’aspiration est installé sur la paroi du réservoir ou en ligne sur le circuit avant la pompe.

Le montage du hors du réservoir du filtre sur l’aspiration supprime quelques inconvénients de la crépine, il permet l’installation d’accessoires. Ce type de filtration souvent rencontrée sur les installations anciennes est discutable. La ∆P admise dans la cartouche du filtre est limitée à la capacité d'aspiration de la pompe, pour pompe à engrenage et palettes environ 25 kPa et pompes à pistons 0 kPa. De ce fait, un filtre à l'aspiration est vivement déconseillé avec une pompe à pistons. Par ailleurs, la ∆P de 25 kPa est faible, ce qui signifie la nécessité de mettre en œuvre des cartouches de grandes surfaces si l'on souhaite ne pas intervenir trop souvent sur le filtre. Celui-ci est donc toujours très encombrant surtout si la machine travaille à l'extérieur avec démarrages par temps froid. L'efficacité de ce filtre est médiocre car la pollution générée par la pompe circule dans tout le circuit avant d'être piégée par l'élément filtrant.

Un contacteur taré à 25 kPa environ, installé sur l'aspiration de la pompe, avertit l'utilisateur par un signal lumineux ou sonore que l'on doit impérativement changer la cartouche. Le seuil de filtration est de l'ordre de 10 à 25 µm avec les filtres en papier et de 80 à 100 µm avec les filtres métalliques.


477 S

12

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur l'aspiration


477 S

13

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre d’aspiration, les accessoires

En principe, un clapet de by-pass ne peut pas être installé compte tenu des risques rapides de destruction de la pompe en cas d'ouverture de celui-ci.

Cependant la situation sur ou hors du réservoir permet aux constructeurs de proposer des filtres équipés d'un by-pass réglé à 20 kPa pour supprimer le risque de cavitation du a la difficulté d'aspiration lorsque l'huile est froide.

Le filtre peut être également équipé d'un indicateur de colmatage. L’indicateur peut être un manomètre ou un mano-contact ouvert ou fermé (ou les deux). Le filtre peut être équipé d’un clapet d’isolement pour les mêmes raisons que la crépine et avec les mêmes risques. Illustrations d’origine Olaer.


477 S

14

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre d’aspiration, les accessoires


477 S

15

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le refoulement basse pression

La filtration sur le refoulement des circuits basses pressions est généralement considérée comme efficace, surtout avec des pompes polluantes (palettes et engrenages), les impuretés ne parviennent pas aux distributeurs. Les particules aspirées et celles générées par la pompe sont immédiatement piégées par le filtre. Le filtre est petit car il est toujours dimensionné par rapport au débit maximum de la pompe, la ∆P admise est souvent d'environ 1 000 kPa. Toutefois, la cuve du filtre doit résister à la pression de refoulement, elle est parfois en acier moulé de forte épaisseur.

Ce type de filtre se rencontre de plus en plus sous formes de cartouche en tôles emboutie.

Le filtre est généralement équipé d'un by-pass pour démarrage par temps froid et d'un indicateur de colmatage. Ce peut être un mano-contact électrique taré à l'efficacité maximum de filtration de l'élément filtrant. Le seuil de filtration est de l'ordre de 5 à 10 µm, parfois moins. Ce type de filtration est très utilisé sur les circuits hydrauliques de commande de transmission powershift et de pilotage, ces circuits de faible débit sont sous faible pression.

Le remplacement de l'élément filtrant introduit de l'air dans le circuit. Une procédure de purge peut être nécessaire lors de la remise en service.


477 S

16

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le refoulement basse pression


477 S

17

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le refoulement basse pression, application

Application, filtre de circuit de pilotage sur une ancienne pelle hydraulique. La pression de fonctionnement du circuit est généralement comprise entre 2 500 et 3 000 kPa. L’élément filtrant est logé dans un fut de forte épaisseur. Le by-pass de colmatage est installé sous le flasque de maintien de l'élément filtrant. Le clapet by-pass ressent la pression en amont et en aval du filtre. Lorsque la ∆P atteint la valeur du ressort ( ≈ 262 kPa) le clapet by-pass laisse passer directement l'huile sans assurer la filtration. L’ouverture du by-pass provoque une circulation d’huile qui balaye le pourtour de l’élément filtrant et l’introduction de pollution dans le circuit. Ce type de filtre n’est plus utilisé sur des installations modernes. Un bouchon installé sous la cuve permet la récupération de l’huile avant la dépose de l’élément filtrant sans débordement dans les manches du mécanicien. La tête du filtre est souvent équipée d'un bouchon qui permet l'installation d'une prise de pression en sortie du filtre.

Ce type de filtre à été également installé sur des circuits hydrauliques de transmission. Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur

477 S

18

BASES HYDRAULIQUES


Illustration d’origine Parker, filtre moyenne pression type CN, P maxi jusqu'à 7 000 kPa, Q maxi jusqu’à 500L/mn


477 S

19

BASES HYDRAULIQUES


Application, filtre de pilotage sur une pelle hydraulique moderne. L’élément filtrant est réalisé en cartouche, les opérations de maintenance sont simples et les risques de pollution du circuit réduit. Le by-pass installé dans la tête entre l’entrée et la sortie supprime le balayage de l’élément filtrant et réduit le risque de pollution. L’examen visuel de l’élément filtrant pour contrôle exige un outillage type ouvre-boîte de conserve pour découper la cartouche.


477 S

20

BASES HYDRAULIQUES



477 S

21

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre en refoulement haute pression

Le filtre en refoulement haute pression peut être utilisé lorsque une pollution provoquée par la pompe doit être décelée au plus vite ou ne doit pas polluer le circuit. Ce type de filtre est installé en refoulement des pompes des grosses pelles hydrauliques sur chaînes Caterpillar. La construction robuste de ce type de filtre est prévue pour que la pression d’éclatement supporte les pressions de pointe de l’installation Les constructeurs proposent différents types d’élément filtrant en fonction du niveau de filtration désiré. Illustration ci-dessous d’origine Parker, filtre haute pression 18P, 28P, 38P P maxi jusqu’à 41 400 kPa, Q maxi jusqu’à 500 l/mn


477 S

22

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre en refoulement haute pression

Filtre installé sur le refoulement de pompes de pelles hydrauliques 5110B


477 S

23

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le retour

L'efficacité d'un filtre sur retour est indiscutable, l’huile est filtrée avant son retour au réservoir, le débit d’aspiration de la pompe est considéré comme propre. Ce type de filtration convient bien à des circuits alimentés par une pompe à pistons, en principe peut polluante. Si l'installation est munie de vérins, la pollution extérieure et celle générée par les frottements du piston dans le cylindre sont piégées avant le retour dans le réservoir et ne peuvent être aspirées par la pompe. Ce type de filtre n'accepte généralement pas une ∆P de plus de 300 kPa. Attention au débit filtré pendant les phases de travail, ce n’est pas forcément le débit de la pompe. Le dimensionnement du filtre est dicté par le débit de retour qui peut être plusieurs fois le débit de la pompe avec vérins simples tiges doubles effets (rapports S1 / S2) ou la vidange d'accumulateurs. Le volume vidangé côté fond par un vérin en rentré de tige est supérieur à son débit d’alimentation côté tige.

Le signal électrique de colmatage sera taré entre 50 et 500 kPa en fonction de l'efficacité de filtration du milieu filtrant. Dans l'hypothèse où la tenue mécanique de la cartouche du filtre est faible (0,05 kPa environ avec cartouches papier par exemple), il faudra prévoir le montage d'un clapet "by-pass". Celui-ci protége l'élément filtrant en cas de démarrage par temps froid. Le clapet sera naturellement taré à une valeur légèrement inférieure à la résistance du média filtrant.

Le seuil de filtration est généralement de 10 à 30 µm. C'est le type de montage le plus couramment utilisé dans les circuits d'équipement des machines TP.

Il existe des éléments filtrants 3 µm destinés à participer à la dépollution d'un circuit contaminé. L'installation des éléments filtrants 3 µm ne peut se faire que lorsque l'huile est à température normale de fonctionnement.

Le débit filtré est fonction de la technologie utilisée et des conditions de fonctionnement de l’installation. La filtration est continue sur une installation équipée de distributeurs en centre ouvert, débit de la pompe au neutre et débit de retour au travail. La filtration est nulle au repos sur une installation équipée de distributeur en centre fermé et débit de retour au travail.


477 S

24

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le retour


477 S

25

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le retour, (suite 1)

Exemple de filtre installé sur le circuit de retour, pelle hydraulique 322B Caterpillar. Le filtre est installé dans un caisson, contre le réservoir. La partie inférieure est équipée d'un clapet by-pass. L'ouverture du clapet by-pass actionne un contacteur, l'information est transmisse au tableau de bord, une action sur le contacteur est nécessaire pour supprimer l'alerte. La dépose du filtre oblige un mouvement de rotation qui à pour effet de fermer la communication avec le réservoir par un système de clapet à guillotine (non représenté). Le filtre sort avec un fourreau qui l’enveloppe, le nettoyage complet se fait facilement. Le réservoir est équipé d'une crépine.


477 S

26

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le retour, (suite 1)

Illustration d’origine Parker, filtre retour en sommet de réservoir type FTA, FTB, FTC


477 S

27

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le drain des pompes et moteurs

Les fuites internes des pompes et moteurs hydrauliques drainés externes ne sont pas dirigées dans le circuit de puissance et ne sont donc pas filtrées par le filtre en retour. Pour éviter la pollution du réservoir, un filtre récupère les débits de drainages. Le filtre de drainage est généralement de même conception qu'un filtre de retour, son volume plus petit est calculé en fonction des débits de fuites maximum autorisés.

Un clapet "by-pass" autorise le passage de l'huile lorsque le filtre est colmaté pour éviter une mise en pression des carters (100 à 200 kPa maxi). Un indicateur électrique de colmatage peut être installé.


477 S

28

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre sur le drain des pompes et moteurs


477 S

29

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre de drainage

Un circuit hydraulique comprend souvent un réseau de lignes de drainage qui récupère les fuites internes des composants (ex. carter pompe ou moteur), les mises au réservoir de chambre à ressorts, vidange de pilotage, … Ces débits de drainage peuvent être retourner au réservoir à travers un élément installé en ligne. Le remplacement de ces filtres nécessite parfois la vidange du réservoir ou l'utilisation d'une pompe à vide, (mise en dépression du réservoir le temps de l'intervention).

Circuit d’orientation de pelles sur pneus M300 / M300C Caterpillar


477 S

30

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre de drainage

Illustration ci-dessous, différents filtres installés sur une pelle hydraulique sur pneu M300 Caterpillar. Filtre principal, retour des équipements Filtre de gavage, filtre basse pression en refoulement de la pompe de gavage de la boucle hydrostatique d’orientation de la tourelle Filtre en lignes sur lignes de drainage (3 filtres répartis autour du réservoir) Non représenté, filtre de pilotage, idem gavage orientation mais avec by-pass.


477 S

31

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre en dérivation

Le filtre en dérivation constitue un petit circuit annexe réalisé par une pompe et un filtre en refoulement. Le circuit principal peut être équipé d'une filtration standard. Le filtre en dérivation permet une filtration continue sans subir l'influence du fonctionnement du circuit principal. Les conditions de filtration sont parfaitement maîtrisées en débit et pression. La filtration est généralement très fine, la charge d'huile est maintenue dans un bon état de propreté dans le réservoir. Le filtre de pilotage assure souvent cette fonction, en particulier sur le circuit des pelles sur chaînes.

Sur les pelles sur chaînes de la série C, le constructeurs obtient le débit à filtrer par un piquage sur une ligne de retour principale, le débit circule par différence de pression (option Caterpillar, standard BM).


477 S

32

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Le filtre en dérivation

Principe de la filtration fine des pelles sur chaînes de la série C. Le piquage du débit est effectué sur la ligne de retour, dans le bloc distributeur.


477 S

33

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Les filtres commutables

Le montage d'un filtre double commutable permet le remplacement d'un élément filtrant sans arrêt du fonctionnement de l’installation. Une vanne ¼ de tours permet le changement de voie de circulation, d’un filtre à l’autre sans réduction du débit.


477 S

34

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Les filtres commutables

Illustration d’origine Hydac


477 S

35

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La filtration bi-directionnelle

Le filtre proportionnel La filtration sur une ligne dans laquelle l’huile circule dans les deux sens est possible par des filtres ou montage particulier. Une technique ancienne est proposée par Vickers, le filtre proportionnel. Ce filtre se compose d'un corps dans lequel sont aménagés les orifices d'entrée et de sortie entre lesquels se trouve un canal Venturi. Ce canal Venturi est en communication avec le centre de l'élément filtrant. Lorsqu'un débit d'huile circule, une ∆P s'installe entre l'entrée sous pression par opposition au débit et la dépression au centre du venturi. La ∆P crée une circulation d'huile à travers l'élément filtrant d'environ 10% du débit principal. Ce filtre fonctionne dans les deux sens de circulation sous une pression de service de l'ordre de 20 000 kPa. Il élimine une grande partie des impuretés de 2 à 5 µm, 99% de celles de 5 à 10 µm, toutes celles de plus de 10 µm. Le pont de clapet anti-retour La filtration sur une ligne bi-directionnelle est possible avec un filtre normal si le débit est toujours diriger dans le sens de filtration par un montage de 4 clapets anti-retour.


477 S

36

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres La filtration bi-directionnelle


477 S

37

BASES HYDRAULIQUES

Les filtres Notes personnelles


477 S

38

477 S - filtres hydrauliques

Recommend Documents