Brevet FR2128490A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un transformateur de pression pour installations hydrauliques à courant alternatif comprenant deux cylindres de pression, à savoir un cylindre d'entrée et un cylindre de sortie, contenant chacun un piston, ces deux pistons s'appuyant l'un sur l'autre. 5 Dans le cas le plus simple, une installation hydraulique à courant alternatif se compose d'un générateur de pulsations ou d'oscillations de pression et d'au moins un consommateur d'énergie, pouvant être désigné par le terme général "moteur", qui est relié à ce générateur par un conduit de pression fermé. 10 La transmission de la puissance, plus précisément le transport d'énergie dans une installation hydraulique à courant alternatif est obtenue par le fait que le fluide renfermé dans l'installation est animé d'oscillations périodiques produisant des ondes de pression dans le fluide. Dans les systèmes hydrauliques connus à courant continu, le fluide doit être mis en 15 circulation par une pompe, d'où il s'écoule vers le moteur pour retourner ensuite à la pompe, ce qui nécessite un appareillage important et est donc assez coûteux. Cette circulation est supprimée dans l'hydraulique à courant alternatif, ce qui apporte un avantage considérable par rapport à l'hydraulique à courant continu. 20 Une seule installation hydraulique à courant alternatif peut être divisée en plusieurs parties, dans lesquelles on peut utiliser différents fluides convenant pour des conditions ambiantes différentes. Ainsi, par exemple, le fluide d'une partie devant être exposée à des températures très élevées peut être un métal liquide, par exemple du sodium, tandis que le 25 générateur droscillations de pression travaille dans une partie de l'installation où les températures sont normales. Le but de l'invention est de créer un transformateur de pression monté entre le générateur et le consommateur et destiné au raccordement de deux parties d'un conduit de pression. Ce transformateur doit permettre 30 la transformation des impulsions de pression périodiques produites par le générateur d'oscillations de pression en des impulsions de pression ayant une amplitude plus petite ou plus grande ; au cas où le transformateur sert uniquement à la séparation de fluides différents, les impulsions de pression doivent également pouvoir être transmises à la même pression, c'est-à-dire 35 avec la même amplitude. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que les deux pistons sont maintenus à une position médiane libre par au moins un ressort agissant dans le sens du mouvement des pistons et s'appuyant, d'une part, sur les pistons et,d'autre part, sur des parties d'un corps 72 07113 2 2128490 dans lequel sont disposés les pistons. Un tel agencement a l'avantage que les pistons peuvent osciller d'une manière stable mais librement dans les deux sens, de part et d'autre de la position médiane, ce qui permet une transmission de la puissance sans pertes, pouvant notamment être provoquées par un obstacle à l'oscillation. Les pistons sont également maintenus à unt position définie de façon univoque lorsqu'il ne règne pas de pression aans l'installation. De petites variations de la pression d'alimentation d'un dispositif destiné à compenser les fuites d'huile peuvent entre outre être nivelées automatiquement. Au cas où les cylindres de pression ne sont pas parfaitement alignés, il est très avantageux de relier chacun des pistons contenus en eux par une tige de i.iston individuelle à un élément coulissant disposé coaxialement par rapport auxcylindres de pression, pouvant coulisser dans le sens de mouvement des pistons et sur lequel s'appuie le ressort. D'autres caractérististiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui. va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation hydraulique à courant alternatif comprenant un transformateur de pression suivant 1'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'une installation hydraulique à courant alternatif comprenant un autre transformateur de pression suivant l'invention, suivant un exemple de réalisation légèrement plus simple. L'installation hydraulique à courant alternatif représentée sur la figure 1 se compose d'un générateur d'oscillations de pression 1, d'un conduit haute pression 2, d'un transformateur de pression 3, d'un conduit basse pression 4 et d'un vérin hydraulique 5 constituant le consommateur d'énergie. Une vis de purge 2' !'pour le conduit haute pression 2 est prévue sur le générateur 1, et une vis de purge 4' pour le conduit basse pression 4 est prévue sur le transformateur 3. Le générateur d'oscillations de pression 1 est formé par une cylindre dans lequel un piston sollicité par un ressort est animé d'un mouvement alternatif par un excentrique entraîné par un moteur non représenté. La chambre de travail ou chambre de pression du générateur 1 est raccordée par le conduit haute pression 2 à un cylindre d'entrée 6 (cylindre à haute pression) du transformateur de pression 3. 72 07113 3 2128490 Le cjiindre d'entrée- 6 est disposé coaxiaiement par rapport à un cylindre de guidage 7 dont le diamètre est nettement plus grand, et un piston 6 peut. cci.lisser à joint étanche dans ce cylindre d'entrée 6. in cylindre de sortie 3 (cylindre à basse pression) est disposé, également coa.HÎa16;r.ent. par rapport au cylindre de guidage 7, mais sur l'extrémité de celui-ci qu: est à ! "opposé du cylindre d'entrée. Le diamètre do cylindre df- sottie eit. piui grand que ceïui du cylindre d'entrée 6, conformément au rapport de transformation que l'on désire obtenir sur le transformateur de pression. Dans le cylindre de sortie 8 peut également cdu Hier à j:int étanche un piston, désigné par 8'. Les pis tons ' e; 8 sont, solidaires de tiges de piston 6" et 8" s étendant ax la itr.-:-r:r -;-r n>aintér>a.-. j chacune p.?r »:n-.- liai-^cri il ie-mblable à en joint a lotu-t nan; jn ëlem^.U coulissant ? :éalise a la façon d'un piston. L'êièment i„u-.i;saR' ?" peut coulisser dans le cylindre de guidage 7 dans le sens de a^ave^s-nt des pistons 6' et 8:. Sur l'élément coulissant 7 ' s'appuient, à gauche et à droite, des ressorts 9 et 10 réalisés sous forme de ressorts hélicoïdaux disposés coaxialement par rapport au cylindre de guidage 7 à 1'intérieur de celui-ci et dont le diamètre est seulement de peu inférieur au diamètre intérieur de ce cylindre de guidage 7. Les autres extrémités des ressorts 9, 1C s;appuient sur les épaulements formés par les transitions aux points de fixation du cylindre d'entrée 6 et du cyimdre de sortie 8 sur le cylindre de guidage 7. 3râce à la prévision de l'élément coulissant 7', sollicité, directement par les ressorts 9, 10, les pistons ô:, 8' ne sont pratiquement pas sollicités par des forces latérales. Cette exclusion des forces latérales, nécessaire pour obtenir l'étanchéité et "le guidage convenables des pistons, ne pourrait pas être obtenue, ou seulement très difficilement, si les ressorts agissaient directement sur les pistons, L"installation corrprend un système pour compenser les fuites d'huile. Il comprend une pompe 12 qui aspire du fluide d'un réservoir 13 et le refoule à travers un cianfet de retenus 14 dans le conduit, haute pression 2. La pression sous laquelle ce f;.uide e;t introduit dans le conduit haute pression 2 est a îuâ-ëe sur la soupape 1Imitatrice de pression 15. conformément au niveau de pression nécessaire dans là conduit haute pression 2. Les pertes d huile se produisant sur le côté tasse pression de l'installation sont compensées de la inf.nt- manière. Le f'ui.de destiné à compenser ces pertes, ayant ja pression ajustée sur la soupape Imitatrice 16, pénètre dans le conduit basse pression A après avoir traverse le clapet de retenue 17. La -1! BAD ORIGINAL 72 07113 4 2128490 pression dans le conduit d'alimentation menant au clapet de retenue 17 est plus faible que celle régnant dans le conduit menant au clapet de retenue 14. Les lignes en pointillé représentent des conduits pour le retour 5 des fuites au réservoir 13. Le fonctionnement du transformateur de pression est comme suit : Lorsqu'il ne règne pas de pression dans l'installation et lorsqu'elle communique avec l'air extérieur, l'élément coulissant 7' occupe une position médiane libre qui est uniquement déterminée par les ressorts 9, 10. Les 10 deux ressorts ont une précontrainte telle qu'aucun d'eux ne puisse se détendre complètement à aucun moment pendant le fonctionnement dynamique. Pour éviter toute cavitation pendant le fonctionnement dynamique, une surpression minimale doit régner aussi bien dans la partie basse pression que dans la partie haute pression. La plus petite surpression minimale 15 nécessaire dans l'ensemble de l'installation hydraulique à courant alternatif est généralement déterminée par la partie de l'installation dans laquelle règne la plus faible pression, donc en l'occurrence par la pression régnant dans le conduit basse pression 4. Pour maintenir l'élément coulissant 71 également dans la position 20 médiane libre lorsque l'installation est mise sous pression, les surpressions dans la partie haute pression et dans la partie basse pression de l'installation doivent avoir un rapport qui correspond au rapport de transformation du transformateur de pression. Si l'on ne réussit pas, au moyen des soupapes limitatrices de 25 la pression 15, 16, à ajuster les pressions dans la partie haute pression et dans la partie basse pression du système de manière que le rapport de ces pressions soit exactement l'inverse du rapport des aires de surface exposées à la pression sur les pistons 6' et 7' , les pistons commencent à se décaler, c'est-à-dire à se déplacer ensemble vers la 30 gauche ou la droite. Par exemple, lorsque la pression sur la soupape limitatrice 15 donc également dans le conduit haute pression 2 est ajustée trop haut, les pistons 6' , 8' se déplacent vers la droite jusqu'à ce que la pression dans la partie basse pression soit montée au point où l'équilibre des forces règne à nouveau sur le 35 transformateur de pression. Le clapet de retenue 17 reste donc tout d'abord fermé pendant ce décalage, tandis que le clapet de retenue 14 reste ouvert. 72 07113 5 2128490 Toutefois, en raison des pertes d'huile inévitables, la partie basse pression aura perdu une certaine quantité de son fluide au bout d'un certain temps, ce qui provoque le déplacement vers la droite des pistons 6' et 8'. Le ressort 10 est donc plus fortement chargé, tandis que- la charge sur le 5 ressort 9 diminue, Par suite, le ressort 10 absorbe une partie de la force totale exercée préalablement par le fluide basse pression sur le piston 8', ce qui se traduit pat un; diminution correspondante de la pression dans la partie basse pression. jusqu'à ce qu'elle soit finalement égale à la pression d'alimentation régnant en amont du clapet de retenue 17 pour la 10 compensation des pertc-s d'huiie, Lféquilibre des forces sur le transformateur de pression se rétablit par conséquent et les pistons 6', 8* ne se décalent plus parce que les pertes d'huile sont a présent compensées dans les deux parties de l'installation à travers des clapets de. retenue 14, 17. Un processus analogue se déroule dans le cas inverse, c'est-à-dire ïc- dans le cas où une r.rop forte pression règne dans la partie basse pression. Le mode de travail pendant le fonctionnement dynamique est analogue. Le système de compensation des pertes d'huile introduit de l'huile sous pression dans l'installation hydraulique à courant alternatif, à travers les clapets de retenue 14, 17, chaque fois que la pression dans le conduit 20 haute'pression 2 ou dans le conduit basse pression 4 descend au-dessous de la pression d'alimentation pour la compensation des pertes au moment de la course de rappel du générateur d'oscillation de pression 1. La figure 2 représente un mode de réalisation simplifié de l'installation qui vient d'être décrite. Comme l'installation de la figure 2 correspond 25 essentiellement àœlie du premier exemple, la description suivante porte uniquement sur les différences. Le générateur d'oscillations de pression 21 de la figure 2 se distingue de celui du premier exemple par le fait que le piston moteur de ce générateur est uniquement maintenu contre 1rexcentrique - entraîné par 30 le moteur non représenté - par la pression régnant dans l'installation. Le transformateur de pression 23 est raccordé par un conduit haute pression 22 au générateur 21 et par in conduit basse pression 24 à un vérin hydraulique 25, en il comprend également un élément coulissant, désigné par 27' et coulissant dans un cylindre de guidage 27, sur lequel s'appuient, par 35 1 intermédiaire de tiges de piston, un piston d'entrée 26' et un piston de sortie 28". Les tiges de piston sont articulées sur l'élément coulissant 27' par un assemblage 31 comprenant, sur l'élément coulissant 27'^ une pièce semblable à un profilé en G dont les extrémités libres portent des rebords 72 07113 6 2128490 dirigés vers l'intérieur et engagés à la façon d'une griffe dans une gorge annulaire prévue sur la tige de piston 26" ou 28M. Une telle articulation supprime les effets nuisibles et la charge radiale des pistons 26' et 27' pouvant résulter des défauts d'alignement. De plus, sur l'élément coulissant 5 de cet exemple de réalisation, s'appuie seulement un ressort 29, réalisé comme un ressort hélicoïdal et poussant cet élément vers la droite, donc vers le côté basse pression. Le vérin hydraulique 25 correspond à celui du premier exemple. L'installation comprend également un système pour la compensation 10 des fuites d'huile, mais ce système est simplifié par rapport à celui du premier exemple. Il comprend une pompe 32 qui refoule le fluide - aspiré du réservoir "3i - à travers des clapets de retenue 34, 37 dans les deux parties (à haute pression et à v.asse pression) de l 'installation hydraulique à courant alternatif. Dans cet exemple, la différence entre les airet de 15 surface exposées à la pression des pistons 26' et 28' ne doit pas être trop grande car cela permet de n'utiliser qu'une seule soupape limitatrice de la pression 35. Lorsque l'installation est sans pression et en communication avec l'air extérieur, le ressort dans le vérin hydraulique 25 et le ressort 29 20 sont détendus. Au moment de la mise en service, la pompe 32 établit tout d'abord la pression dans la partie droite, c'est-à-dire dans la partie basse pression de l'installation. Il y règne alors la pression ajustée sur la soupape limitatrice 35 ; pour des raisons d'équilibre, la pression dans la partie gauche de l'installation sera tout d'abord plus élevée que la 25 pression normalement prévue, suivant le rapport des aires de surface exposées à la pression des pistons. C'est pourquoi le clapet de retenue 34 est initialement fermé. Les pistons 26' et 28' se déplacent tout d'abord vers la gauche en raison des pertes par fuite se produisant dans la partie gauche (à haute pression) de l'installation et ne pouvant pas être compensées, initialement, 30 à travers le clapet de retenue. Comme ce décalage a pour conséquence que le ressort 29 absorbe une plus grande partie de la force exercée sur le piston, la preaion dans la partie haute pression de l'installation diminue, jusqu'à ce qu'elle atteigne la pression ajustée sur le clapet de retenue 34. A partir de ce moment, les fuites d'huile sont compensées en permanence par le 35 système de compensation de fuites d'huile, La même surpression minimale règne alors dans les deux parties de l'installation, également pendant le fonctionnement dynamique, La force que la pression exerce sur le piston 26 est plus petite que ïa force que la pression exerce sur le piston 28', suivant 72 07113 7 2128490 le rapport des aires de surface exposées à la pression. La force différentielle nécessaire pour l'équilibre est produite par le ressort 29. Si le rapport entre ces aires de surface est trop grand, la charge du ressort 29 peut devenir excessive, ce qui nécessiterait l'utilisation 5 d'un système de compensation de fuites d'huile comme celui décrit en premier. Lorsque la surpression minimale régnant dans la partie gauche (à haute pression) de l'installation est trop élevée, soit parce que la surpression minimale ajustée, sur la soupape limitatrice 15 du système de compensation du premier exemple de réalisation est trop élevée, soit parce que 10 la pression est trop élevée pour une autre raison s'il s'agit du second exemple de réalisation, le réglage s'effectue également de façon automatique. En effet, le clapet de retenue 37 est fermé pour des raisons d'équilibre et les pistons 26', 28' sont décalés ver= la droite. Il s'ensuit que la force exercée par le ressort 29 diminue et que la pression dans la partie 15 droite (partie à basse pression) de l'installation diminue en conséquence. Le décalage des pistons 26' et 28' se poursuit alors jusqu'à ce que cette pression soit égale à la pression régnant en amont du clapet de retenue 37. La lubrification de l'élément coulissant 7' ou 271 peut être effectuée, soit uniquement par le liquide de fuite, soit par du liquide sous pression 20 amené à travers deux conduits particuliers, ou encore, comme représenté sur la figure 2, par du liquide sous pression amené à travers un seul conduit prévu spécialement à cet effet. Lorsque les fréquences de travail sont élevées, on sera obligé de s'efforcer à maintenir la masse de l'élément coulissant 7' ou 271 à une 25 valeur faible si l'on veut éviter des forces massiques excessives. Pour les mêmes raisons, il peut arriver également que le ressort du vérin 25 du second exemple - puisqu'il doit en quelque sorte assurer en même temps la fonction du ressort 10 du premier exemple - soit trop.faible pouf.* accélérer le piston du vérin 25 et, par l'intermédiaire du piston 28', l'élément coulissant 30 pendant la course de retour du piston moteur du générateur d'oscillations de pression 1 ou 21 dans une,mesure suffisante pour que le liquide soit toujours sous la surpression minimale nécessaire qui permet d'éviter la cavitation. La même remarque s'applique au ressort prévu dans le générateur d'oscillations de pression du premier exemple, puisque ce ressort est omis 35 dans le second exemple, de sorte qu'il faut en pareil cas utiliser plusieurs ressorts, comme dans le premier exemple. Bien entendu, les installations hydrauliques à courant alternatif représentés à titre d'exemple sur les dessins peuvent sans difficulté être étendues à des installations comprenant plusieurs transformateurs de pression 72 07113 é 2120490 suivant l'invention e.c plusieurs conson^iateurô d'énergie. Naturellement, les ressorts héi i cotdauK. utilisés dans le générateur d'oscillations de pression 1. le transi armateur de pression 3 ou 23 et le vérin hydraulique. :> ou 2 j ( c on .- onmar e u r d ' éner gie) peuvent également être fenpiacés par des re; = ort.- .t autr.cs upts. BAD ORIGJNAL 72 07113 9 2128490 revendications Irar.sf srmaceur de pression pour installations hydrauliques à courant alternatif comprenant deux cylindres de pression, à savoir un cylindre d'entrée et un cyiindr- de sortie, contenant chacun un pisron, ces deux pistons d'appuyant l'un sur l'autre, caractérisé per îe fait que les deux pistons sont maintenus à une position médiane libre par au inoins on ressort agissant dans le gens du mouvement des pistons et s'appuyant, d'une part,sur les pistons et,d'autre part; sur des parties d'un corps dans lequel sont disposés tes pistons. 2. Transformateur de pression comprenant des cylindres de pression disposés au moin a à peu près coaxiaiement. se ion la xevendtcation 1, caractérisé ni ce que ies pi ; t j!'S prennent appui i 'un sur l'autre- par l'intermédiaire à ' une y ist ne pi - : :.n. i. Eranstor. a leur Or pression cort-pr^nant des cyiindr es de pression. disposés au moins â peu près coaxia1emfânt, selon la revendication I, caractérisé en ce que chacun des pistons disposés dans lesdits cylindres est relié par une tige, de piston individuelle à un élément coulissant, disposé coaxialement par rapport aux cylindres de. pression, pouvant coulisser dans le sens du •.rouvement des pistons er sur lequfei s'appuie le ressort. 4, Irarisforinateur de pression selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ta tige de piston est articulée sur le piston et/ou sur l'élément coulissant au moyen d'un aseirtblage dent les éléments présentent des formes c oiT'P i en-en t a 1 r e s. 3. Transformateur de. pression selon la revendication 4. caractérisé en ce que des forces axiales seulement peuvent être transmises d'un piston à l'autre.