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HYDRAULIQUE
1. Introduction :
Depuis toujours, l’homme a cherché à domestiquer l’énergie contenue dans les fluides hydrauliques que gazeux.L’évolution des techniques industrielles et surtout les nécessités crées par l’automatisation ont fait découvrir les réels avantages de cette énergie :
Puissance ; Rapidité de réponse ; Souplesse ; Encombrement minimum ; Facilité d’entretien.
L’hydraulique, science tout à la fois ancienne et moderne, a beaucoup évolué ces dernières années.L’industrie et la mécanique marine, profitant de la malléabilité de cette source d’énergie, l’introduisant de plus en plus dans ses programmes d’automation.
2. L’hydrostatique
2.1. Définition :
C’est la branche de la physique qui étudie les propriétés des liquides au repos. L’hydrostatique étudie en particulier la transmission des pressions.
2.2. La pression :
La pression indique la force par unité de surface.L’unité légale de pression est le pascal (Pa) c’est la pression exercée par une force de 1 newton uniformément répartie sur 1 m2.
1 pascal = 1 newton/m2.
Cette unité étant très petite, elle n’est pas utilisable couramment. En pratique elle est remplacée par le bar qui correspond à la pression exercée par une force de 1 daN par cm2
1 bar = 1 daN/cm2 = 105 pascals
Les différentes pressions :
Les différentes pressions que nous allons rencontrer en hydrostatique sont : -La pression atmosphérique ( Pa ), qui s’exerce généralement dans les réservoirs et qui
permet l’alimentation des pompes. Elle varie autour de 1033 millibars- La pression dans un liquide au repos, due au poids de la colonne de liquide :
P = ρ g h.Ou :
P = pression en pascalρ = masse spécifique en kg/m3
g = accélération de pesanteur = 9,81m/s2
h = hauteur en mètre
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Exemple : Pression au bas d’une colonne d’eau de 1 mètre de haut (ρ = 1000 kg/m3)
P = ρ g h = 1000 x 10 x 1 = 10.000 Pascal =0,1 bar.
Ce qui se vérifie, puisque dans l’eau la pression augmente de 1 bar tous les 10m. Cette pression est très faible par rapport aux pressions utilisées en hydraulique
la pression due à une force extérieure agissant sur un fluide dans un volume fermé. C’est la pression relative lue sur un manomètre
Exemple : une force de 8000 daN agissant sur une section de s = 100 cm2 exerce une pression de :
P = F/S = 8000/100 = 80 bars
2.4. Principe de Pascal
La pression exercée sur un liquide au repos est transmise intégralement en trois points du liquide. Elle s’exerce normalement au surface en contact ( fig 1. ).Cette propriété est utilisée pour la transmission des forces en hydraulique
La pression s’exerce normalement aux surfaces avec lesquelles elle est en contact.
3- L’hydrodynamique :
3.1. Définition :
L’hydrodynamique étudie les propriétés des fluides en mouvement. Un fluide en mouvement est caractérisé par sa pression et son débit. Il met en évidence les frottements internes qui interviennent chaque fois que des couches voisines de fluide se déplacent à des vitesses différentes (viscosité). Il fait apparaître la pression dynamique
P dynamique = ρ v2 /2
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3.2. Le débit :
C’est le volume de fluide qui s’écoule au travers d’une section droite durant l’unité de temps.L’unité est le m3/s. en pratique cette unité est trop grande. Elle est remplacée par le litre par minute ou le cm3/s.
On pourra considérer le débit volumique en m3 /s et dans certains cas le débit massique en kg/s
- Débit volumique : Q vol = S.V moyenne.- Débit massique : Q mas = ρ Q = ρ SV moyenne
Avec: Q vol. en m3/s, S en m2,V en m/s, ρ en kg/m3
3.3. Conservation du débit :
Vitesse.1 Vitesse.2
La conservation du débit :
Q = S1 V1 = S2 V2
Le débit Q est constant en tous les points d’un même circuit. Les vitesses varient en fonction des sections.
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Section 1Section 2
Q =S1V1 = S2V2 =Cte
C’est l’équation de continuité.
3.4. Les différentes formes d’énergie :
Dans un liquide en mouvement l’énergie se manifeste sous trois formes.
- L’énergie potentielle, qui dépend du poids de la colonne de liquide par rapport au point considéré :
WPOT = mgh
WPOT en joules, m en kg, g =9,81 (en pratique 10), h=hauteur en mètres.Exemple : Une masse de 50 kg placée à une hauteur de 3 mètres représente une énergie potentielle de :
W = mgh =50x10x3=1500 joules.
- L’énergie cinétique, qui représente l’énergie emmagasinée durant le déplacement. En mécanique :
WCIN = 1/2mv2
WCIN en joules, m en kg, v en m/s.
- L’énergie de pression, qui représente l’énergie communiquée par la pression sur un fluide en mouvement :
WPRES = P x S x L = PV
WPRES en joule, P en Pascal, S en m2 , V en m3.
Or : V= m/ρ
Avec m en kg, ρ en kg/m3 ,d’ou WPRES = P x m/ρ
Dans un fluide hydraulique en mouvement, ces trois formes d’énergie existent ensemble.
3.5.La relation de Bernoulli.
Un système travaille quand il fournit ou reçoit de l’énergie. Les variations d’énergie entre l’état initial 1 et l’état final 2 sont dues:
- Pour l’énergie potentielle, à la variation de la hauteur manométrique :
W1 -W2 = mg(h1-h2)
- Pour l’énergie cinétique, à la variation de vitesse :
W1 -W2 = 1/2m(v12-v2
2)
- Pour l’énergie de pression,à une variation de pression
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W1 -W2 = (P1-P2)m/ ρDe ces trois énergie, certaines sont reçues par le système, d’autres fournies par le système. Elles seront notées positives lorsque le système reçoit l’énergie et négatives lorsqu’il le fournit.La variation d’énergie cinétique de notre système correspond donc au travail fourni par les forces extérieures qui sont : les forces dues à la pression et les forces dues au poids.La variation d’énergie cinétique équilibre donc les variations d’énergie potentielle et d’énergie de pression, d’ou :
1/2m(v12- v2
2) = mg(h1-h2) + (P1_-P2)m/ ρAvec des énergies exprimées en joules.Nous arrivons à l’une des formes d’expression de l’équation de Bernoulli
1/2m(v12-v2
2) + mg (h1-h2) + m/ ρ (P1_-P2) = 0 ↓ ↓ ↓
Variation de Variation de Variation de l’énergie + l’ énergie + l’énergie = 0 cinétique potentielle de pression
Equation de Bernoulli :
En régime d’écoulement permanent, dans un fluide parfait incompressible, la somme des variations d’énergie cinétique, potentielle et de pression est nulle.
3.6. Les écoulements.
Dans une conduite, l’écoulement peut être laminaire, critique ou turbulent. Il est laminaire lorsque les molécules du fluide se déplacent parallèlement les unes par rapport aux autres.Ce type d’écoulement minimise les pertes de friction (chaleur) et les vibrations qui sont néfastes pour les raccords. L’unité utilisée pour évaluer l’écoulement est le Reynolds (Re) et la formule pour calculer le nombre de Re est la suivante :
Re= V. d / nDans la quelle :
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d= diamètre intérieur de la conduite V= vitesse d’écoulement en m/s n = viscosité cinématique en m2/s
L’écoulement devient turbulent lorsque les molécules se déplacent de façon désordonnée. Ce type d’écoulement cause énormément de perte de puissance, en engendrant surtout de la chaleur. Les vibrations et les pertes de pression s’accumulent au détriment du rendement de la machine.
Plus scientifiquement, on calcule que l’écoulement dans une conduite passe de laminaire à critique et de critique à turbulent selon le résultat de l’équation de nombre de Re .
Re ( 0 et 2000 ) = LaminaireRe ( 2000 et 2500 ) = Critique ( transition)Re ( 2500 et plus ) = turbulent
Perte de charge et de chaleur
Dans une conduite hydraulique, chaque obstruction engendre une perte de chaleur qui est directement reliée au débit et à la perte ou à la baisse de pression au niveau de l’obstruction
La puissance perdue = qv .Δp
Les pertes de charge ( chute de pression ) peuvent être causées par : La tuyauterie ( longueur, diamètre intérieur) Les raccords (types et nombre) les composants ( types et fonctions)
Application
Une conduite de diamètre 30 mm débite 125 l / mn d’huile,de viscosité 45 cst (soit 45*10 -
6m2/s).Quel est le régime de l’écoulement.
Vitesses d’écoulement. Les pertes de charge dans le cas d’écoulement turbulent sont plus élevées que pour un écoulement laminaire .Aussi pour conserver dans les tuyauteries un écoulement laminaire on admet en pratique les vitesses de circulation suivantes :
à l’aspiration, de 0,6 à1,2 m/s ; au refoulement, de 3 à 6 m/s dans le retour, de 2 à 3 m/s dans les drains, de 1à 1,5 m/s
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Ce sont des valeurs moyennes retenues pour des huiles ayant une viscosité comprise entre 2,8 et 4,5°E et une densité comprise entre 0 ,85 et 0,9.
4. Les fluides.
4.1 . Introduction
Les fluides sont des corps dont les molécules sont très mobiles les unes par rapport aux autres. Ils prennent la forme des vases qui les contiennent.Les fluides se divisent en 2 groupes :- les gaz, qui sont très compressibles ;- les liquides, qui sont très peu compressibles.Leur incompressibilité est utilisée en hydraulique pour l’obtention des pressions élevées.Avec les fluides, un phénomène nouveau apparaît lorsque l’on veut les déplacer ou les transvaser. Les molécules fluides, très mobiles sont liées entre elles par des forces de cohésion qui freinent leur déplacement. Cette propriété c’est la viscosité qui introduit alors la notion de fluide parfait et de fluide réel.Un fluide parfait est un fluide dont les molécules se déplacent sans aucun frottement les uns par rapport aux autres.Un fluide réel est un fluide dont les molécules glissent les unes sur les autres avec un certain frottement.Tous les liquides que nous utilisons sont des fluides réels et il est nécessaire de tenir compte de leur viscosité dés qu’ils s’écoulent.
4.2. Rôle du fluide dans le circuit.
Les missions d’un fluide hydraulique sont très variées,on distingue : transmission de la puissance hydraulique de la pompe jusqu’aux actionneurs lubrification de toutes les pièces en mouvement ; protection contre la corrosion des surfaces métalliques ; évacuation des impuretés polluantes ; dissipation des calories dues aux frottements.
4.3. La viscosité
Cette caractéristique est certainement l’une des plus importantes dans la définition d’une huile. Elle renseigne sur l’épaisseur, c'est-à-dire sur la résistance qu’oppose au glissement de deux couches parallèles de dimensions égales d’un fluide.Il faut distinguer entre la viscosité dynamique et la viscosité cinématique.Dans les calculs de circuits hydrauliques c’est surtout la seconde nommée qui est utilisée.L’unité dans le système international pour la viscosité cinématique est v en mm2/s ce qui correspond à l’unité en centistoke cSt .L’ancienne unité exprimée en degré Engler est de moins en moins utilisée et n’est pas reprise par la norme.
4.3.1. Mise en évidence
Deux éprouvettes identiques sont remplies, l’une d’eau l’autre d’huile, les deux fluides étant à la même température .On laisse tomber au même instant dans chacune une bille, les deux billes étant rigoureusement identiques .On constate que dans l’eau la bille descend plus vite. L’eau offre donc moins de freinage à la circulation de la bille .L’huile est plus visqueuse que l’eau. La viscosité caractérise la résistance qu’opposent les molécules d’un fluide à une force qui tend à le déplacer .C’est la résistance au cisaillement de la veine fluide.
4.3.2. Mesure de la viscosité
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Plusieurs appareils ont été créés pour mesurer la viscosité. On mesure alors : le temps d’écoulement du fluide au travers d’un tube capillaire (exemple :
viscosimètre Engler) ; le temps de chute d’une bille dans une éprouvette (viscosimètre à bille) ; un couple de torsion dans un viscosimètre à disques.
Dans cet appareil 2 disques parallèles sont placés à faible distance l’un de l’autre dans le fluide à mesurer. L’un des disques est entraîné à vitesse constante. L’autre est solidaire d’un fil de torsion. On mesure alors le couple de torsion.
4.3.3. Les viscosités relatives
Dans la pratique , pour déterminer la viscosité cinématique d’un fluide on compare le temps d’écoulement d’un certain volume de ce fluide au temps d’écoulement de même volume d’eau prise à la température de 20°C,l’huile étant prise à une température de référence qui est généralement de 50°C.Il existe plusieurs types de viscosimètre utilisant ce principe et qui ont donné leur nom à des unités de viscosité.
Viscosité Engler
On compare les temps d’écoulement à pression atmosphérique de 200cm3 d’huile à une température de référence (généralement 50°C) au temps d’écoulement de200 cm3 d’eau prise à 20°C.
Temps d’écoulement 200 cm3d’huile Viscosité°E(50°C) = ------------------------------------------------ Temps d’écoulement 200 cm3
L’orifice calibré du viscosimètre fait =2,8 mm. Le temps d’écoulement de l’eau est généralement compris entre 51 et 51,3 secondes.Prenons un exemple.On a relevé un temps de 178 secondes pour l’écoulement de 200 cm3 d’huile à50°C au travers du viscosimètre Engler. La viscosité de cette huile est donc : E (50°C) = 178/ 51 = 3,49°E
4.3.4. Variation de la viscosité
La mesure de la viscosité se fait à une température de référence (souvent 50° pour la viscosité Engler) et à pression atmosphérique.En effet à température constante la viscosité augmente avec la pression.A pression sensiblement constante la viscosité diminue très fortement avec l’augmentation de la température.Ainsi une huile minérale classique utilisée couramment en hydraulique possède une viscosité Engler de :
11,9°E à 20°C3,2°E à 50°C1,5°E à100°C
On voit que la variation de la viscosité est importante avec la température
4.3.5. L’indice de viscosité :
Il indique la variation de la viscosité en fonction de la température,plus l’indice de viscosité est élevé moins la viscosité varie.L’indice de viscosité est généralement supérieur à 90 et peut atteindre 110 pour une huile minérale industrielle.
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4.3.6. Les classes de viscosité :Les indications de viscosité sont toujours faites pour une seule température.
Selon la norme DIN en vigueur à ce jour, cette température est de 50°C. Les classes de viscosité 9,16, 25, 36, 49et 68 sont dérivées de cette norme.
Selon la nouvelle norme ISO, la température de référence est de 40°C. Les classes de viscosité VG 10, 22,32, 46, 68 et 100
Le tableau dans la page suivante donne une comparaison entre les classes de viscosité des différentes normes.
Classe de viscosité Viscosité moy. A 40°C Limite de viscosité à 40°CMin Max
ISO-VG 15 15 13,5 16,5ISO-VG 22 22 19,8 24,2ISO-VG 32 32 28,8 35,2ISO-VG 46 46 41,4 50,6ISO-VG 68 68 61,2 74,8
ISO-VG 100 100 90 110ISO-VG 150 150 135 165
4.3.7. Autres caractéristiques des fluides hydrauliques :
a) Le point de figeage ou point d’écoulement
C’est la température la plus basse à laquelle une huile cesse de s’écouler normalement lorsqu’elle est refroidie sans agitateur dans des conditions d’essais normalisées.
b) Le point éclair
C’est la température à laquelle il faut chauffer un liquide pour que les vapeurs produites s’enflamment au contact d’une flamme sans que la combustion puisse continuer .Les condition d’essais sont normalisées.
c) Le point de feu
C’est la température à laquelle il faut chauffer un liquide pour que les vapeurs produites s’enflamment au contact d’une flamme et demeurent allumées pendant 5s au moins.Cette température est supérieure au point éclair de 10 à20 °C.
d) La désémulsion
C’est l’aptitude à séparer l’eau de l’huile .C’est le temps au bout duquel l’eau est l’huile sont séparées.
e) Le pouvoir anti-mousse
C’est l’aptitude à séparer l’air de l’huile.
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f) L’indice d’acide
L’huile minérale neuve doit être normalement neutre .Mais elle peut, à l’usage,se détériorer et acquérir une certaine acidité.L’indice d’acide indique le nombre de milligramme de potasse nécessaires pour neutraliser un gramme d’huile.
g) Densité
Pour les huiles minérales :0,85 à 0,90.Pour les huiles synthétiques : jusqu'à 1,4.
4.4. Les fluides hydrauliques.
Le fluide le plus utilisé en hydraulique est l’huile minérale.Les huiles minérales sont classées en quatre catégories :
a) Les fluides de la catégorie HH.
Ce sont des huiles minérales non inhibées, pratiquement pures et qui possèdent un pouvoir lubrifiant médiocre.
b) Les fluides de la catégorie HL.
Ce sont des huiles minérales qui possèdent des propriétés anti-oxydant et anti-corrosion particulières.
c) Les fluides de la catégorie HM.
Ce sont des fluides de la catégorie HL qui possède des propriétés anti-usure particulières.
d) Les fluides de la catégorie HV
Ce sont des fluides de la catégorie HM qui possède des propriétés viscosité/ température améliorées.Les huiles minérales des catégories HM et HV sont les plus utilisées.
Le réservoir
1. Fonction :
Le réservoir a pour but de stocker, à l’abri des poussières la quantité d’huile nécessaire au fonctionnement correct d’une installation. Mais ce n’est pas sa seule fonction et il doit aussi permettre :
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- le refroidissement de l’huile ;- la décantation de l’huile (séparation des solides et des liquides) ;- la désémulsion de l’huile (séparation des gaz).
Enfin le réservoir doit assurer l’alimentation normale de la pompe qui peut être :- au dessus de celui-ci est fixé à la plaque supérieure ; la pompe aspire l’huile (la
hauteur d’aspiration est limitée) ;- immergé et la pompe est dans l’huile ;- en dessous et le réservoir est en charge.
2. Capacité :
Dans les installations fixes, le volume de l’huile emmagasinée dans le réservoir est généralement compris entre 2 et 3 fois le débit minute de la ou des pompes installées sur le réservoir. Il faut de plus prévoir un espace libre au dessus de bain d’huile, espace nécessaire pour :
permettre le dégazage de l’huile ; absorber les variations de niveau en cours de cycle.
Ce qui fait que le volume total du réservoir représente 3 à 4 fois le débit minute. Toutefois si l’installation comporte des vérins simple effet, il faudra tenir compte de la variation de volume apportée par le fonctionnement de ces vérins.
3. Constitution du réservoir : Partie externe :
C’est un récipient rigide, fermé, en tôle d’acier (pas d’aluminium) avec trappes de visite aux 2 extrémités.La partie supérieure est renforcée et plane pour recevoir la motopompe. On y trouve également :
Les tuyauteries d’aspiration de retour et le collecteur de drains ; Un reniflard, muni d’un filtre facilement démontable qui assure la communication
avec l’atmosphère ; un orifice de remplissage muni d’un filtre et d’un bouchon ; des trappes de visite pour une canne aimantée ou un contrôle à flotteur, ou encore
pour faciliter l’accès aux crépines.Tous ces passages sont étanches. Les faces avant et arrière reçoivent des trappes de visite largement dimensionnée qui doivent permettre un accès facile. En effet, il faudra périodiquement gratter le fond pour enlever les dépôts, puis laver, sécher et aspirer les poussières avant remplissage.Sur la face avant, correspondant au niveau le plus bas, on trouvera également :
un niveau visible couvrant la totalité de la variation de niveau, un bouchon ou un robinet de purge.
Le fond en pente (6%) est monté sur pattes afin de permettre : la circulation de l’air de refroidissement une fixation au plancher un nettoyage aisé du sol une vidange ou une purge facile et surtout très accessible.
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Partie interne :
L’intérieure du réservoir comporte :- un tuyau d’aspiration court est droit, muni d’une coupure toujours immerge,- des retours d’huile, toujours immerges- un collecteur de drains, qui débouche au dessus du niveau de l’huile pour éliminer
toute contre-pression- une cloison centrale libre aux 2 extrémités et qui sépare le réservoir en 2 zones :
aspiration et refoulement
4. Protection et entretien :Protection :
Pour protéger l’intérieur du réservoir des effets de la condensation et de l’action chimique de fluide hydraulique, les parois seront recouvertes d’un produit isolant.Pour les fluides inflammables on utilisera une peinture spéciale compatible avec le fluide ou un sac en acier inoxydable.
Entretien : Le réservoir servant au stockage de l’huile, on va y retrouver toutes les impuretés liquides, solides ou boues entraînées par l’huile.Il faudra donc périodiquement le nettoyer (vidange, nettoyage avec grattage si nécessaire, rinçage et séchage).
Filtre et crépines
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1. Nécessité de filtrer :
Dans 80% des cas, les pannes qui surviennent dans les circuits hydrauliques préviennent d’un mauvais état du liquide hydraulique.Les impuretés dans l’huile provoquent :
- une usure excessive ;- une augmentation des pertes de charge ;- un encrassement des appareils de régulations et de distribution
Ces impuretés peuvent être :- abrasives : Sable, rouille, limaille, copeaux ou grains de soudure ;- Non abrasives : Ce sont généralement des dépôts de gommes et vernis provenant
de joints ou de l’oxydation de l’huile.Ces particules finissent par coller ou gommer les clapets et les tiroirs et par obturer les orifices de pilotage.
2. Où placer les filtres :
2.1. Sur l’aspiration
En filtre immergé : la crépine
L’obligation d’avoir une très faible perte de charge sur l’aspiration limite l’épuration aux grosses particules susceptibles de détériorer la pompe au premier passage.La crépine ne constitue pas une protection suffisante.Elle doit être complétée par d’autres filtres plus efficaces placés sur le circuit.
En filtre non immerge à l’extérieur du réservoir situé juste avant la pompe.
La filtration est plus fine (80 à 100 micron) et il est nécessaire de largement dimensionner le filtre pour avoir une perte de charge aussi faible que possible, il faut employer un filtre à indicateur de colmatage avec by-pass . taré à 0,10 – 0,15 bar.
2.2 Sur la haute pression
Le filtre est placé après le refoulement de la pompe. C’est une protection efficace mais la haute pression impose des appareils très solides. Il est possible d’avoir une filtration très fine :10 microns .
2.3. Sur le retour :
La totalité des retours est filtrés, ce qui permet le nettoyage de l’huile. Mais la protection des appareils contre les impuretés contenues dans le bac ou produits par la pompe n’est pas assurée, ce qui confirme qu’il faut au minimum un filtre sur l’aspiration et un sur le retour.
3 .Représentation symbolique :
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Les pompes
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1. Fonction de la pompe :
La pompe transforme une énergie mécanique en énergie hydraulique. Elle aspire avec une très faible dépression (comprise généralement entre 0,17 et 0,2 bar), l’huile contenue dans une réservoir à pression atmosphérique.La pompe produit un débit et s’il y a freinage à la circulation de ce débit, la pression monte dans le circuit, c’est donc un générateur de débit dont la résistance mécanique est liée à une pression maximale de refoulement.
2. Différents types de pompes :
Il existe de très nombreux types de pompes hydrauliques qui peuvent se ramène à 2 groupes.
Les pompes non volumétriques qui, généralement, transforment une énergie cinétique en énergie de pression. Ces pompes communiquent aux molécules d’huile une certaine vitesse que l’on transforme en pression. Ce sont :
o les pompes centrifugeso les pompes à hélice.
Ces pompes n’ayant pas d’étanchéité interne ne permettent pas de faire de pression importante. Leurs fuites internes sont élevées. Elles fournissent des débits élevés sous de faibles pressions et sont surtout utilisées comme pompes de transfert.
Pompe centrifuge Les pompes volumétriques : Le débit est obtenu par réduction de volume de capacités en mouvement. Il existe une étanchéité entre les pièces en mouvement, et les fuites internes de ces pompes sont assez faibles.Les pompes volumétriques se divisent en 2 groupes :
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a). Les pompes à cylindrée constante, qui comprennent : les pompes à engrenages les pompes à palettes les pompes à pistons :
b).les pompes à cylindrées variables :
3. Les pompes à engrenage :
3.1. Constitution
Deux engrenages sont en prise dans un même boîtier. L’un des pignons est moteur et porte un bout d’arbre servant à l’entraînement. L’autre pignon est entraîné par le premier. Pendant la rotation l’espace libre entre les dents se remplit d’huile qui est transportée vers l’orifice de sortie. Enfin de rotation chaque espace libre est occupé par une dent de l’autre pignon, et l’huile qui s’y trouvait est chassée vers la sortie.Dans une pompe à engrenage l’huile est donc transportée à l’extérieur de la denture.
Pompe à engrenage
3.2.Débit de la pompe :
La pompe a une cylindrée qui correspond au volume libre dans les creux des dentsLe débit est donné par la formule.
Q(l/mn)= Cyl(l).N(tr/mn)
Avec : cylindre Cyl en litre vitesse de rotation N en tr/mn
Il est proportionnel à la vitesse de rotation, aux fuites internes.Lorsque l’on augmente la vitesse de rotation on constate donc que :
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o l’on augmente le débit ;o l’on augmente le rendement volumétrique ;o mais en revanche ou diminue la durée de vie de la pompe.
3.3.Caractéristiques générales :
Les pompes à engrenages sont des appareils simples, robustes, relativement bon marché en basse pression et qui s’amorcent automatiquement. On peut les classer en :
Pompes à engrenages extérieurs basse pression : jusqu’à 70-80 bars pas de compensation rendement global : 60 à 75% vitesse minimale : 500 tr/mn vitesse maximale selon construction 2000 à 3000 tr/mn très bon marche pompe très robuste
Pompe à engrenages extérieurs moyenne pression jusqu’à 150-180 bars (même à 250 bars) obligatoirement compensé rendement global 70 à 85% vitesse minimale : 500 tr/mn vitesse maximale 3000 à 6000 tr/mn plus coûteuses nécessitent une filtration plus poussée existent aussi en version à double, triple corps.
4 .Les pompes à vis :
4.1.Constitution
Dans un boîtier, une vis à deux filets engrène latéralement avec deux autres vis. La vis centrale est menant et les 2 autres menées.Au cours de la rotation les espaces libres entre les filets sont occupés par l’huile qui se trouve transportée vers l’orifice de refoulement.Les trois vis sont assemblées dans une cartouche qui permet différents types de montage. Le débit de ces pompes est régulier et elles sont généralement très silencieuses.
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Pompe à vis
4.2. Caractéristiques générales :
Pression : Elles sont utilisées en basse et moyenne pression jusqu’à 120 bars.Débit :Les débits peuvent être importants et atteindre 1000l/mnVitesse de rotation :Jusqu’à 3000 tr/mn. Ces pompes ont un rendement global excellent voisin de 90%
5. Les pompes à palettes :
5.1. Constitution :
Un rotor rainuré tourne dans un alésage excentré.Dans les rainures du rotor sont logées des palettes qui divisent l’espace libre entre le rotor et l’anneau en alvéoles. Le volume de ces alvéoles évolue tout au long d’une rotation. Il augmente d’abord dans la zone aspiration, puis les alvéoles quittent la chambre côté aspiration, et se trouvent donc isolées. Au fur et à mesure de la rotation le volume de l’alvéole diminue, permettant le refoulement complet de l’huile dans la chambre de refoulement.Ces pompes ont une zone soumise à la pression de refoulement. Les paliers et le rotor sont donc chargés, côté refoulement.
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5.2.Caractéristiques générales
Selon les constructeurs et selon aussi l’importance de la pompe les caractéristiques varient : Pour la pression de 140 à 200 bars. Pour la vitesse maximale de rotation de 1800 à 2000 tr/mn. Pour la vitesse nominale
500 tr/mn pour les palettes avec ressorts 600 tr/mn pour les palettes sans ressorts.
Pour le rendement de 0,85 à 0,92
6. Les pompes à pistons :
6.1. Généralités
Ce sont des pompes hautes performances. Elles peuvent fournir des débits importants (jusqu’à 500 l/mn) à des pressions élevées (de 350 à 500 bars et même davantage) avec des rendements excellents ( = 0,9 à 0,95).Les fuites internes sont très faibles et évoluent peu avec la pression.Si l’état du fluide est contrôlé périodiquement, la durée de vie de ces pompes est assez longue. Elles sont robustes et relativement silencieuses pour les pressions et puissances mises en œuvre.
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1. les alvéoles augmentent de volume ce qui crée un vide partiel comblé par le fluide
Admission
Rotor couronne circulaire
3. les alvéoles diminuent de volume ce qui force l’expulsion de l’huile vers l’orifice de refoulement
excentricité
palettescarter
Arbre d’accouplement
L’huile est emprisonné dans les alvéoles et transporté vers l’orifice de refoulement
Pompe à piston
6.2.Les pompes à piston en ligne
a. Constitution :Les pistons sont placés en ligne comme sur un moteur. Leur nombre est généralement faibles : 3, 4,6, quelquefois 8 ou 12, dans ces 2 derniers cas les cylindres peuvent se trouver en opposition.Les pistons sont entraînés en translation par un excentrique, les différents excentriques d’une même pompe étant décalés angulairement afin de mieux équilibrer la charge de la pompe.Le corps de la pompe est surmonté d’une culasse qui porte les clapets d’aspiration et de refoulement.
b. Caractéristiques :Ces pompes qui sont usinées avec des tolérances très serrées ont de caractéristiques très élevées. Elle sont utilisées en hautes et très hautes pressions (certaines dépassent 1000 bars).Dans les séries standard qui l’on trouve facilement, les caractéristiques générales sont :
pression jusqu’à 450 – 500 bars, débit jusqu’à 100 l/mn vitesse de rotation : mini : 100 tr/mn, jusqu’à 1800-2000 tr/mn selon les modèles rendement : excellent : 0,9 à 0,95.
7. Caractéristiques et calcul des pompes :
Une pompe est d’abord caractérisée par son débit en (l/mn) pour une vitesse de rotation donnée en (tr/mn) et la pression de refoulement (en bar), mais ce ne sont pas les seules caractéristiques et nous rencontrerons.
7.1.La cylindrée (cyl)
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C’est le volume engendré (en cm3 ou en litre) pour une rotation de 1 tour.Dans les pompes à piston, la cylindrée de la pompe est égale au produit de volume engendré par un piston multiplié par le nombre de pistons.
7.2.La vitesse de rotation(N en tr/mn).La vitesse normale correspond à la vitesse normale d’utilisation pour une pompe chargée continuellement.La vitesse maximale correspond à la vitesse de rotation à ne pas dépasser.En dessous de la vitesse minimale la pompe respire de ne pas amorcer.
7.3.Le débit : (Q en ℓ/mn)
Q = cyl x N.
Il s’agit du débit théorique qui ne tient pas compte des fuites.
Débit réel :
Q= cyl x N x ηvol
Avec ηvol = rendement volumétrique
7.4.Le rendement :Une pompe transforme une énergie mécanique en énergie hydraulique. Les pertes sont : au niveau hydraulique, les fuites internes, et au niveau mécanique les frottements. Nous aurons donc :
le rendement volumétrique (η vol), qui est le rapport du débit refoulé au volume engendré :
ηvo = débit refoulé par tour/cylindrée = débit réel /débit théorique
- le rendement mécanique ( η méca ), qui est le rapport entre le couple utilisé par la pompe et le couple fourni à la pompe.
η méca. = C utilisée / C entrée
- le rendement global ( η global ) est le produit de tous les rendements.
7.5.Le couple (C en m N) C’est le couple nécessaire à l’entraînement de la pompe. On le détermine à partir du travail effectué par tour.
C x 2π =Cyl x PSoit, en unités homogènes C en m N, cyl en m3, P en pascal (N/m2).Mais en pratique la cylindrée sera exprimée en litre (ou en cm3) et la pression en bar. Ce qui donne
C(mN) x 2π = Cyl(m3 .10-3 )x P(pascal x 105 )
C = Cyl x P x 100/2π
Or 100/2π = 15,92
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d’ou C(mN) x 2π = 15,92 xCyl(l)x P(bar)
C’est le couple théorique, qui ne tient pas compte du rendement.
7.6.La puissance :
En mécanique la puissance est donnée par la formule
P (W) = C (m N) x ω (rd/s)Ou le couple C est égale à :
C (m N) = 15,9. Cyl. P
Et la vitesse angulaire ω (rd/s)
ω = π x N/30
Donc :
P =C ω =15,92 x Cyl x P x π x N /30
Pour plus de commodité la puissance théorique. La puissance sera indiquée en KW
P(kw) = QP / 600Avec Q en l/mn, P en bar.Ceci correspond 0 la puissance théorique. La puissance réelle à fournir est :
P(kw) = QP / 600 η global
7.7. Représentation symbolique des pompes :
Les pompes sont représentées par un cercle dans lequel on porte un ou 2 triangles (pointe vers l’extérieur) selon qu’elles sont à 1 ou 2 sens de débit, le triangle est teinté.
8. Pompes à cylindrée variable.
8.1. Pompes à palettes à cylindrée variable.
Ce sont des pompes non équilibrées ou le rotor tourne dans un alésage excentré. Ces pompes ont donc une lumière d’aspiration et une de refoulement En modifiant l’excentricité de l’anneau on fait varier le débit de la pompe qui peut devenir nul si l’anneau et le rotor sont concentriques.Pour obtenir ce débit variable l’anneau et rendu mobile et se déplace entre deux flasques fixes portant les lumières d’aspiration et de refoulement. Au repos l’anneau est poussé par un ressort tarable sur une butée réglable qui définit l’excentration maximale. En marche la pression de l’huile emprisonnée entre les palettes s’exerce sur l’anneau produisant une force qui tend à comprimer le ressort. Le déplacement de l’anneau modifie l’excentration, donc le débit de la pompe.
8.2. Pompes à pistons à cylindrée variable.
A. Pompes à pistons à cylindrée variable et barillet inclinable
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Pour faire varier la cylindrée de la pompe, donc le volume engendré par le déplacement des pistons,on modifie l’inclinaison du barillet par rapport au plateau porte pistons.En réduisant cet angle, le chemin parcouru par les pistons devient plus petit et la cylindrée diminue.Lorsque l’axe du barillet est en ligne avec l’axe du plateau il n’y a plus de déplacement des pistons dans leurs alésages. Le débit de la pompe est alors nul.
B. Pompes à pistons à cylindrée variable à plateau inclinable.
Il s’agit des pompes à barillet tournant et à plateau inclinable.La variation de la cylindrée est obtenue en modifiant l’inclinaison du plateau. Lorsque le plateau est perpendiculaire à l’axe du barillet il n’y a plus de débit. Si l’on incline le plateau dans l’autre sens, on inverse le sens de débit, comme dans une pompe à barillet inclinable.
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Application :
On relève sur le catalogue d’un constructeur les caractéristiques suivantes d’une pompe : Cylindrée 49 cm3
Débit 114 l/mn à 2400tr/mn sous 210 bars. On envisage d’entrainer cette pompe à1460 tr /mn sous 210 bars. Déterminer :
Le rendement volumétrique à 2400 tr/mn, Le débit à 1460 tr /mn en supposant que le rendement volumétrique soit identique, La puissance du moteur électrique nécessaire à l’entrainement si le constructeur
consulté a donné un rendement global de 0,86.
Limiteur de pression.
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1. Fonction
Il a pour fonction de limiter la pression dans un circuit et de faire retourner au bac le débit excédentaire. Il est monté en dérivation sur la conduite pression.Les limiteurs de pression peuvent être :
à action directe ; à commande indirecte, à commande pilotée,
2. Le limiteur de pression à action directe.
Il est constitué d’un clapet poussé sur son siège par un ressort tarable au moyen d’une vis . Lorsque la pression régnant dans la conduite produit une force supérieure à la force de ressort il y a décollement du clapet et évacuation de l’huile.On distingue :
La pression d’ouverture, qui permet de décoller le clapet. La pression de plein débit, qui le maintient ouvert . Celle-ci est généralement
différente de la pression d’ouverture. La marge de suppression, qui correspond à la différence entre les pressions de plein
débit et l’ouverture.
Limiteur de pression à action directe
3. Le limiteur de pression à commande indirecte.
Le clapet n’est plus appliqué sur son siège par la seule force d’un ressort. La pression de l’huile s’exerce aussi sur la face supérieure, ce qui permet un équilibrage hydraulique. Il suffit alors d’un faible ressort pour vaincre les frottements et assurer la fermeture du clapet. Le clapet est quelquefois, selon les constructeurs, remplacé par un piston ou un tiroir. Mais le principe de fonctionnement reste le même.Cette soupape comporte deux parties :
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- Une partie puissance constituée par le clapet équilibré et qui fait retourner à la bâche tout débit excédentaire (c’est en effet l’excédent de débit qui fait monter la pression) ; l’alimentation en huile de la face supérieure du clapet ou du piston se fait au travers d’une restriction logée soit dans le clapet (ou le piston)ou dans un canal annexe. Cette restriction apporte une légère temporisation au déséquilibre des forces agissant sur le clapet et provoque la levée de celui-ci permettant ainsi l’évacuation de fluide excédentaire. - Une partie pilote composée d’une petite soupape de sûreté à action directe cette
soupape est en communication avec la chambre située à la face supérieure du clapet principal et permet de tarer avec une assez bonne précision la pression admissible dans la conduite
Limiteur de pression à commande indirecte.
4. Le limiteur de pression avec pilotage externe.
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C’est une soupape de sûreté à piston équilibré commandée à distance par une soupape à action directe. Le tarage de la soupape à action directe doit être inférieur à celui de la soupape principale, sinon c’est le clapet pilote de celui-ci qui se déplace le premier, fixant ainsi la valeur de tarage.Dans tous les cas, on obtiendra comme pression maximale sous le clapet principal (donc dans la conduite) l’équivalent de la pression qui règne au-dessus de celui-ci. Cette pression pilote sera celle autorisée par le plus faible des tarages. On peut ainsi ,en utilisant un distributeur, obtenir plusieurs valeurs de pression dans un même circuit.
Limiteur de pression avec pilotage externe.
Le réglage du débit.
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1. Les réglages des appareils moteursLes deux paramètres les plus importants des appareils moteurs, qu’ils soient vérin ou moteur hydraulique, sont la force et la vitesse de translation ou de rotation ;
1.1. Réglage de forceLa force d’un vérin ou le couple d’un moteur hydraulique dépendant du ∆P qui existe entre l’amont et l’aval de l’appareil ;
1.2. Réglage de vitesseLa vitesse de translation d’un vérin ou la vitesse de rotation d’un moteur hydraulique, dépendant directement du débit entrant dans l’appareil.C’est en effet l’huile, qui entre dans le vérin, qui pousse le piston et provoque son déplacement. Selon le débit d’huile qui va entrer dans on aura un déplacement plus ou moins rapide du piston.
2. Les limiteurs de débit :
Ils ont pour fonction de faire varier la section de circulation du fluide. Comme le débit est plus sensible à la variation de section qu’à la variation de pression ils permettent de régler un débit, celui-ci étant modulé par les variations de pression. Mais on peut au moins faire un réglage approximatif de la vitesse de translation ou de rotation, et il y a de nombreux cas d’utilisation ou le réglage, s’il n’est précis, est tout au moins largement suffisant pour ce qu’on recherche.La variation de section est obtenue de différentes manières
Vis conique dans un orifice calibré, Entailles coniques que l’on déplace dans un orifice, Biseau en sifflet que l’on fait tourner.
2. Les régulateurs de débit :
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L’appareil comprend une soupape de réduction de pression à correction différentielle et une restriction réglable .Lorsque le tiroir est en équilibre on peut écrire que la force communiquée par la pression P2 sous le piston est équilibrée par la pression P3 sur l’autre face, augmentée de la force du ressort .Dans notre exemple le tiroir est cylindrique, et les sections soumises aux pressions P2 et P3 sont égales .Donc :
(P * S ) + F ressort = P * S
La force du ressort est donc équilibrée par la force communiquée par la différence des pressions P2 et P3.
F = ∆p S
Si P3 croit, la force côté ressort augmente, le tiroir se déplace vers la droite et augmente la section de passage. Conséquence : P2 augmente.Si P3 décroît, la force communiquée par P2 sur le piston devient prépondérante et déplace le piston vers la gauche réduisant la section de passage. La variation de section est généralement obtenue par rotation d’une fente excentrée ou le déplacement d’une lumière.
Les distributeurs.
1. Fonction
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Ces appareils sont destinés à orienter la circulation du fluide dans une ou plusieurs directions.On distingue :
Les distributeurs à tiroirs coulissantsCe sont les plus courants. Ils existent en toutes dimensions et tous modes de commande .Ils peuvent être :
à commande directe, à commande par distributeur pilote.
Ils permettent de nombreuses combinaisons en position centrale. Les distributeurs à boisseau ou à glace
Ce sont généralement des distributeurs à commande manuelle conçus pour des débits faibles ou moyens, mais qui pour certains modèles, supportent la haute pression (450 bars).
2. Constitution
2.1. Les distributeurs à tiroir
Un tiroir portant des gorges coulisse dans un alésage muni de chambres annulaires en communication avec les différents orifices de raccordement .Le tiroir peut prendre deux ou plusieurs positions .Dans chacune de ces positions les gorges du tiroir mettent en communication les différents orifices. Ces orifices ont reçu une désignation P pour l’orifice pression,A et B pour les orifices utilisation,R ou T pour le retour au réservoir (ou tank),X ou Y pour les orifices de pilotage.En basse pression le corps est généralement en fonte grise à grain fin ,en haute pression il est en acier mi-dur .Le tiroir coulisse directement sans joint dans le corps. Malgré des tolérances d’usinage serrées l’étanchéité n’est jamais parfaite.Le tiroir peut être à 2,3,ou 4 portées et prendre 2 ou3 positions
2.2. Les distributeurs à boisseau ou à glace.
Le distributeur à boisseau
Un boisseau muni de passages assure la mise en communication des différents orifices P, A, B et R .Ces distributeurs sont généralement à commande manuelle. Ils peuvent prendre 2ou 3 positions.
Le distributeur à glace
Une glace munie de lumières tourne sur plaque et assure la mise en communication des différents orifices P, A, B et R.La poussée hydraulique qui s’exerce sur la glace est quelquefois reprise par une butée à billes ce qui permet une manœuvre manuelle plus aisée.Ces distributeurs peuvent prendre 2ou3 positions maintenues par un verrou à bille.
3. Caractéristiques.
Un distributeur est caractérisé par : Le nombre de voies
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Le nombre de positions, Le mode de commande
1) Le nombre de voiesC’est le nombre de chemins de circulation du fluide.
2) Le nombre de positions.Dans la représentation symbolique, chaque position est représentée par une case.Sur le croquis de la figure ci-dessus les trois positions matérialisées par 3 cases correspondent à :
Première position : position travail. Deuxième position : en position centrale tous les orifices sont
obstrués . Troisième position : position de travail.
3) Le mode de commande. Commande manuelle :Un levier commande le déplacement du
tiroir. Commande mécanique par galet. Commande par fluide hydraulique. Commande électrique :un ou deux solénoïdes provoquent mécaniquement le
déplacement du tiroir.
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4. Représentation symboliqueUn distributeur est représenté par plusieurs cases carrées, chaque case correspondant à une position du tiroir .Le nombre de cases indique donc le nombre de positions.
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Les vérins.
1. Généralités.Le vérin hydraulique est un appareil moteur qui transforme une énergie hydraulique en énergie mécanique. C’est le moyen le plus simple pour obtenir une force animée d’un mouvement rectiligne. Il peut être moteur dans un seul sens (vérin simple effet ou dans les deux sens (vérin double effet).
2. Différents types.
2.1. Le vérin simple effet.
Il est moteur dans un seul sens, soit en poussant soit en tirant. Le retour au repos se fait alors par un ressort ou sous l’action de la charge. On distingue :
o Le vérin simple effet à piston et tige ;o Le vérin simple effet à piston plongeur ;o Le vérin double effet ;o Le vérin télescopique.
2.2. Le vérin double effet.Il est moteur dans les deux sens, aussi bien en poussant qu’en tirant. On distingue :
Le vérin double effet à piston et tige normaleUn piston muni d’étanchéité sur les deux faces se déplace dans un cylindre .L’alimentation se fait sur la culasse avant ou sur la culasse arrière, chaque alimentation correspondant à un sens de déplacement du piston.
Amortissement en fin de courseLes vérins avec amortissement servent à ralentir les vitesses en fin de course et
empêchent le piston de cogner contre le fond du vérin.
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Le vérin différentiel C’est un vérin double effet dont la tige de piston a une section égale à la moitié environ de la section du piston .La surface du piston coté fond est donc le double de la section annulaire coté tige.
3. Branchement des vérins.
Montage en parallèle.Les deux culasses arrière son raccordées sur la même conduite, les deux culasses avant sur une autre conduite. Les pressions sont donc les mêmes dans les deux chambres raccordées entres-elles.Montage en série.L’avant d’un vérin alimente la culasse arrière du vérin suivant.
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Représentation symbolique.
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Les moteurs hydrauliques.
1. Généralités :
Ils transforment une énergie hydraulique en énergie mécanique utilisable sous la forme d’un mouvement rotatif continu.Le moteur hydraulique est entraîné par le débit. La charge provoque la montée en pression jusqu’à concurrence de tarage du limiteur de pression. Si le couple résistant amène une pression, le moteur cale et le débit retourne au bac par le limiteur de pression.Le couple dépend donc de la pression, plus exactement de la différence existant entre l’amont et l’aval du moteur. Le réglage du couple se fait alors par réglage du ∆P du moteur. La vitesse dépend du débit utilisé par le moteur.
2. Principaux types :On peut distinguer 2 familles de moteurs :
2.1. Les moteurs rapides :
Qui sont généralement issus des pompes et qui ont une faible capacité par tour. On trouve :- Les moteurs à engrenages- Les moteurs à palettes- Les moteurs à piston radiaux- Les moteurs à piston axiaux.
2.2. Les moteurs lents :
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Ils sont d’une construction spéciale et ont généralement une cylindrée par tour élevée, leur domaine d’application s’étend actuellement de plus en plus dans la marine.On trouve :
- les moteurs à piston radiaux- les moteurs à palettes à plusieurs chambres- les moteurs dérivés du moteur à engrenage.
3. Caractéristiques générales :
3.1 .La cylindrée :
Elle correspond au volume engendré par le déplacement des pistons pendant un tour. Elle est exprimée sur les catalogues en cm3 par tour. Pour les calculs elle est généralement ramenée en litre par tour.3.2.Le couple
On peut distinguer trois types de couple :Le couple théorique C = 15,9 cyl x ∆P∆P = Différence de pression entre l’entrée et la sortie du moteur.
Le couple réel Qui tient compte du rendementC = 15,9 cyl x ∆P xη Où η est le rendement global.Celui-ci varie de 0,7 (moteurs à engrenages) à 0,95 (moteur à piston axiaux).
Le couple de démarrage Qui représente de 65 à 95 % du couple réel selon le type d moteur.
Puissance des moteurs hydrauliques :Elle est tirée de la formule de mécanique : P = C x ω
Rendement des moteurs hydrauliques :
Le rendement global d’un moteur hydraulique et le rapport entre la puissance utile, restituée sur le bout d’arbre, et la puissance hydraulique absorbée.
η global = P.utile / P.absorbée
La puissance utile est : P .ut = P .abs - Pertes
Représentation symbolique :Les moteurs sont représentés par un cercle, 2 cercles concentriques si le moteur est à double cylindre. Le sens du flux, qui peut être simple ou double est indiqué par un ou 2 triangles.
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Les organes de liaison.
1. Généralités.
Les liaisons entre les différents appareils du circuit hydraulique sont réalisées par : Des tuyauteries rigides, le plus souvent en acier si les différents appareils sont fixes ; Des tuyauteries souples ou flexibles si l’un des appareils ou les deux sont mobiles.
Ces tuyauteries souples sont en caoutchouc synthétiques armé de tresses, textiles ou en fil d’acier , selon la résistance recherchée.
La jonction entre les différents tuyauteries et les appareils s’effectue au moyen de raccords ou de brides.
2. Les tuyauteries rigides
Les tuyauteries rigides sont généralement en tubes acier. Mais la définition du matériau est fonction de la pression et de la nature du fluide transporté.Selon la gamme de pression nous rencontrerons :
En moyenne et en haute pression, des tuyauteries en tube acier étiré à froid pour de huiles minérales. On utilise aussi des tubes en acier inoxydable pour les huiles synthétiques.
En basse pression on peut employer d’autres matériaux comme le cuivre,l’aluminium et ses alliages.
3. Les Flexibles
Un flexible est constitué : D’un fourreau intérieur en caoutchouc synthétique résistant aux hydrocarbures et
assurant l’étanchéité ; D’un ou plusieurs tresses textiles (basse pression) ou tresses de fils d’acier
(moyenne et haute pression) ; D’une robe extérieure en caoutchouc synthétique qui lui protège des agents
extérieurs.
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4. Montages des flexibles.
Lors de montage il faudra vérifier que : Le rayon de courbure du flexible est supérieur à 10-12 fois son diamètre intérieur. On
laissera aussi à chaque extrémité une longueur droite égale à au moins 4 fois le diamètre extérieur du flexible ;
Le flexible n’est pas bridé dans ses fixations ; Le flexible ne subit aucune torsion ; Le flexible est totalement libre dans ses débattements et qu’il ne frotte sur aucune
partie fixe ou mobile.
1. MAUVAIS.2. BON.
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Les accumulateurs hydrauliques.
1. But.Un accumulateur hydraulique a pour but de recevoir un volume de liquide sous pression et
de le restituer en cas de besoin. De ce fait, l’accumulateur sous pression peut remplir différentes fonctions dans un circuit hydraulique :
Comme réserve de fluide, lorsque, dans un système hydraulique, on a besoin brièvement d’une quantité plus importante de fluide. La pompe dans ce cas n’est pas dimensionnée pour le débit maximum instantané. Elle a un débit plus faible et remplit l’accumulateur. Lorsque pendant le cycle de travail la quantité de fluide pour le système est inférieure à la quantité débitée par la pompe. Lorsqu’on a ensuite besoin du débit maximal, on prélève la quantité manquant au débit de la pompe sur l’accumulateur. Dans ce cas, l’accumulateur permet d’éviter une grosse pompe à puissance élevée.
Comme groupe de secours, pour permettre de terminer une cadence de travail en cours, lors d’une panne sur la pompe ou de son mécanisme de commande.
Comme compensation d’huile de fuite, pour compléter les pertes par fuites et pour maintenir une pression pendant un laps de temps plus long.
Pour la compensation d’un volume lors des modifications de température, par exemple, pour un système fermé.
Pour la diminution de pointes de pression pendant des processus de commutation Pour l’amortissement de pulsations, diminution des amplitudes de pression dans
les pompes. Pour la récupération de l’énergie de freinage.
2. Différent types.
1. Accumulateur à poids2. Accumulateur à ressort3. Accumulateur à piston4. Accumulateur à vessie5. Accumulateur à membrane.
Les accumulateurs à poids et à ressort n’ont presque pas d’utilité pour l’application industrielle.L’accumulateur à gaz comprimé est le plus utilisé. Le gaz compressible (azote) assure l’accumulation proprement dite de l’énergie de la pression.
2.1. Accumulateur à pistonIl est principalement adapté aux volumes et quantités d’écoulement importants. Le gaz et le fluide sont séparés par un piston mobile. Le piston se déplace dans un tube cylindrique.
2.2. Accumulateur à membraneIl est utilisé pour des faibles volumes, par exemple, pour l’absorption de chocs, pour l’amortissement de pulsations, pour des circuits de pilotage.2.1. Accumulateur à vessie.Il se distingue par une étanchéité absolue, par un processus de réponse très rapide et travaille presque sans inertie.
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Constitution d’un accumulateur
Un montage type d’accumulateur
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- 1 : Limiteur de pression - 2 : Vanne d’isolement- 3 : Robinet de décharge- 4 : Manomètre
- 1 : Corps en acier - 2 : bouton d’obturation- 3 : Vessie- 4 : Vis de fermeture de gaz
Les systèmes hydrauliques.
1. Les circuits hydrauliques.
1.1. Circuits ouverts.Dans un circuit ouvert l’huile circule du réservoir vers la pompe qui la refoule vers l’organe moteur (vérin ou moteur hydraulique).Puis elle retourne au réservoir.
2.2. Circuit fermé.
Dans un circuit fermé l’huile circule en circuit fermé de la pompe vers le moteur et du moteur vers la pompe .Ce principe de montage permet :
Une variation continue des vitesses dans les deux sens de la marche ; Un contrôle des couples et des forces ; Le réglage des accélérations et des décélérations ; La réduction du volume d’huile en circulation.
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2. Schémas de principe.
2.1. Systèmes hydrauliques simples Une pompe hydraulique 1 avec un débit constant aspire le fluide d’un réservoir et le refoule dans l’installation. Dans la position médiane du distributeur 4 à commande manuelle, on a presque une circulation sans pression du fluide hydraulique depuis la pompe jusqu’au réservoir 2 .La position médiane du tiroir est obtenue par l’intermédiaire des deux ressorts.En actionnant le distributeur dans sa position gauche (flèches parallèles), le fluide arrive dans la chambre du piston du vérin 5 .La tige de piston sort.La vitesse de sortie s’établie en fonction du débit de la pompe et du diamètre du vérin.
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2.2. Systèmes hydrauliques avec des distributeurs branchés en série
En complétant le système précédent par la continuation de retour du premier distributeur à travers une ou plusieurs autres valves dans la forme représentée, nous obtenons alors un couplage dit : en série.Dans ce cas, il faut tenir compte du fait que les caractéristiques effort et vitesse du vérin V2
sont fonction des caractéristiques du vérin V1 et du débit et de la pression du groupe électropompe.Dans le cas de la sortie de tige des deux vérins, la pression nécessaire au fonctionnement simultané des vérins est égale à la pression nécessaire dans la section pleine du vérin V2
pour mouvoir celui-ci.Les vitesses sont également tributaires des sections.Le fluide hydraulique en circulation, avant d’atteindre le réservoir, passe à travers un filtre retour.
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Détermination de l’installation
1. L’étude d’un problème
1.1. Réunir toutes les données du problème.
Déterminer le cycle et inscrire les différentes opérations par ordre chronologique ;Fixer les conditions de démarrage et de fonctionnement, ou l’arrêt d’urgence ;Définir les mieux possible les caractéristiques des appareils moteurs : forces, couples, vitesse ;Se fixer une pression de fonctionnement en fonction des forces ou des couples ;
1.2. Dimensionner les appareils moteurs.
Ceux-ci sont deux types :a) Les vérins
Déterminer la force théorique ;Calculer la section nécessaire ;Rechercher l’alésage normalisée le plus proche ;Recalculer la pression de travail ;Déterminer le diamètre de tige et si nécessaire contrôler la tige au flambage ;Déterminer les cylindrées aller et retour et les débits correspondants
b) Les moteursDéterminer la cylindrée ; Rechercher le moteur correspondant chez le constructeur ;Recalculer la variation de pression le couple nécessaire ;Calculer le débit absorbé.
1.3. Etablir le schéma hydraulique.
Etudier chaque appareil moteur la partie de schéma qui permette d’obtenir les conditions de fonctionnement et les points particuliers ;
Rechercher les schémas qui produisent le moins caloriesRechercher également la simplicité, la souplesse d’exploitation.
1.4. Définir les différents appareils de commande et de régulation.
Déterminer d’après le catalogue du constructeur les différents appareils en fonction de la pression de travail, du débit qui traverse et des variations de pressions admise. On notera la perte de charge résultant des conditions d’utilisation.
1.5. Dimensionner le circuit
Définir les débits circulant dans chaque conduite ;Déterminer les diamètres intérieurs et épaisseurs ;Rechercher le nombre de Reynolds et les pertes de charge ;Estimer les pertes de charge singulières
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1.6. Détermination de la pompe.
Définition des caractéristiques : débit et pression de la pompe ;Choix du type de pompe ;Etude de la décharge de la pompe ;Détermination du moteur électrique d’entrainement
1.7. Définition des filtres et crépines.
On pourra envisager :
Crépine : 120 – 160µFiltre extérieur sur l’aspiration : 80 – 100µ Filtre en haute pression : selon les appareils du circuit 10 -15µFiltre sur retour : 25 – 30µLes filtres extérieurs seront choisis avec anti-retour, le tarage de ce dernier variant avec la position du filtre sur le circuit. Les filtres seront choisis de préférence avec indicateur de colmatage.
1.8. Détermination du réservoir
Sa capacité correspond à environ trois fois le débit des pompes installées. Il sera bon de vérifier qu’il est capable de contenir la totalité de l’huile du circuit sans problème.
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