Brevet FR2386709A1 — publié le 19781103

La présente invention concerne un appareil de stockage de fluide hydraulique sous pression du type dit "accumulateur à poids". On sait que, dans de nombreuses applications, il est nécessaire de pouvoir disposer d'une réserve de fluide hydraulique sous pression, le plus souvent utilisée comme source d'énergie, par exemple pour les commandes hydrauliques. On utilise généralement dans ce cas des accumulateurs du type "oléo-pneumatiques" ou du type "à ressort". Mais ces appareils conviennent mal lorsque la pression désirée du fluide est relativement basse, par exemple 2 moins d'une dizaine de bars Dans de tels cas, il est plus avantageux d'utiliser un accumulateur à poids, c'est-à-dire un appareil comportant un cylindre vertical et un piston lesté déterminant en dessous de lui, dans le cylindre, une chambre dans laquelle le liquide est maintenu en pression par le poids du piston et de son lest. Cependant, dans ces appareils connus, il est bien évident que, au début de la décharge, la pression à la sortie de l'accumulateur, c'est-à-dire au bas de la chambre précitée, est déterminée par le poids total, du piston et du lest, par unité de surface du piston auquel il faut ajouter la hauteur de liquide audessous du piston. A la fin de la décharge, bien entendu, cette hauteur de liquide n'existe plus, si bien que la pression en fin de décharge est plus basse que la pression en début de décharge. Dans le cas où l'accumulateur est prévu pour fournir une pression relativement peu élevée, par exemple 0,5 bar, et dans le cas où la course du piston doit être importante, par exemple 1 mètre, pour disposer du volume choisi, on voit que la pression variera entre 0,5 et 0,4 bar (soit une variation de 20 %) entre le débutet la fin de la décharge, puisqu'un mètre de hauteur de liquide (pourvue l'eau ou de huile) correspond sensiblement à 0,1 bar. Une telle variation de pression peut présenter de graves inconvénients, ne serait-ce que de conduire à un surdimensionne ment des accumulateurs, et c'est en particulier à ces inconvé- nients que se propose de remédier l'invention. L'accumulateur suivant l'invention s'applique en particulier aux installations de sécurité pour la fourniture en secours d'un fluide hydraulique, par exemple de l'huile de graissage ou un liquide de refroidissement, à des appareils récepteurs normalement alimentés en fluide par des pompes, ces appareils nécessitant de continuer à être alimentés automatiquement, au moins temporairement, en cas de défaillance des pompes. Une application intéressante est constituée par les électro-pompes de circulation d'eau dans les centrales électriques où un réducteur à engrenage est interposé entre le moteur et la pompe. En régime normal, le réducteur est graissé par un circuit dtinjec- tion d'huile sous pression alimenté par une ou plusieurs pompes électriques. En cas de panne de courant, la pompe et son réducteur peuvent continuer à tourner par inertie pendant plusieurs minutes alors que le circuit de graissage n'est plus alimenté par les pompes à huile. Le réducteur risque ainsi d'être mis hors service. Un accumulateur à poids suivant l'invention monté en dérivation sur le circuit de graissage permet d'assurer la fourniture d'huile sous pression pendant la période d'arrêt de la machine. L'invention a pour objet un accumulateur hydraulique à poids, pour l'alimentation en fluide hydraulique sous pression d'un appareil récepteur, du type comportant un cylindre vertical et un piston lesté maintenant en pression le fluide contenu dans la chambre inférieure du cylindre, cet accumulateur étant caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du cylindre est pourvue d'un couvercle délimitant au-dessus du piston, une chambre supé- rieure étanche et en ce que, dans cette chambre débouche une canalisation de retour du fluide recueilli à la sortie dudit appareil récepteur, grâce à quoi la chambre supérieure se remplit au fur et à mesure de la descente du piston et la pression du fluide à la sortie de l'accumulateur reste constante pendant tout le débit de l'accumulateur. Grâce à l'invention, la hauteur de la colonne de liquide dans l'accumulateur reste constante au cours de la décharge, ce qui évite l'inconvénient précité et est particulièrement avantageux quand la pression prévue est faible, par exemple 0,3 bar. Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, l'ensemble du piston et du lest est contenu entièrement à l'inté- rieur du cylindre, le piston constituant avantageusement, par son propre poids, le lest de l'accumulateur. L'invention vise également une installation de stockage de fluide hydraulique sous pression, pour l'alimentation temporaire d'un appareil récepteur, du type qui comprend : un réservoir de fluide basse pression ; une pompe puisant dans ledit réservoir et dont la sortie est réliée à l'appareil récepteur par une canalisation de refoulement ; et une canalisation de retour de fluide interposée entre la sortie de l'appareil récepteur et le réservoir, cette installation comprenant un accumulateur à poids ayant une chambre inférieure et, également une chambre supérieure audessus du piston, la chambre inférieure dudit accumulateur étant raccordée à ladite canalisation de refoulement tandis que sa chambre supérieure est raccordée à ladite canalisation de retour de fluide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : - la figure I est une vue schématique d'une installation de stockage de fluide hydraulique conforme à l'invention avec nourrice en charge ; - - la figure 2 est une vue d'une installation analogue dans laquelle la nourrice est au niveau inférieur de l'installation vue - la figure 3 est une/en coupe d'un accumulateur à poids conforme à l'invention comportant un système de détection de la position du piston ainsi que des moyens élastiques antagonistes tendant à repousser le piston vers le bas. L'installation représentée sur la figure 1 a pour fonction de fournir un fluide hydraulique sous pression, par exemple de l'huile de graissage, à un appareil récepteur (2), par exemple le réducteur à engrenages d'une moto-pompe de circulation non représentée. Le circuit de graissage comprend essentiellement une pompe de graissage 4 dont la canalisation de refoulement 6 est reliée à l'entrée 8 de l'appareil récepteur, avec, généralement, interposition sur la canalisation d'une valve anti-retour 10. La sortie 12 de l'appareil récepteur débouche dans un réservoir ou nourrice 14 qui recueille l'huile pour la renvoyer, par une canalisation de retour 16,à l'orifice d'aspiration de la pompe 4. Dans le cas représenté, la nourrice 12 est située à un niveau supérieur à celui de la pompe et, dans le cas où l'appareil 2 est un réducteur, elle peut être constituée par le carter inférieur du réducteur. Un accumulateur à poids 18 suivant l'invention est-connecté dans l'installation pour assurer le maintien temporaire du graissage du réducteur 2 en cas de défaillance de la pompe de graissage 4. Une telle défaillance peut provenir en particulier d'une panne du courant électrique alimentant à la fois la pompe 4 et la motopompe qui est équipée du réducteur 2. En cas de panne, le réducteur peut continuer à tourner par inertie pendant plusieurs minutes pendant lesquelles il ne serait pas graissé. L'accumulateur à poids 18 comprend un cylindre 20 dans lequel peut coulisser un piston pesant 22 qui délimite, dans la partie inférieure du cylindre, une chambre inférieure 24. La chambre inférieure 24 est raccordée en dérivation, par une canalisation 26 à la canalisation de refoulement d'huile 6 reliant la pompe de graissage 4 à l'appareil récepteur 2. Suivant l'invention, le cylindre 20 est pourvu d'un couvercle supérieur 28 délimitant, au dessus du piston 22, une deuxième chambre étanche, ou chambre supérieure 30, ladite chambre étant en communication, par exemple, par une canalisation 32, avec la canalisation de retour d'huile 16. Le fonctionnement de l'installation résulte clairement de l'examen de la figure, et il suffit de préciser qu'à la mise en route de la pompe 4, qui refoule de l'huile à une pression P1, cette pression s'établit dans la chambre inférieure 24 de l'accu- mulateur et fait remonter le piston 22 dans la position haute représentée. Pendant la remontée du piston 22, l'huile contenue dans la chambre supérieure 30 est chassée vers la canalisation de retour 16. Unefois que le piston a atteint sa position haute, l'huile refoulée par la pompe 4 alimente normalement l'appareil récepteur 2 tant que la pompe 4 est en fonctionnement et fournit la pression P1. En cas d'arrêt de la pompe 4, la pression baisse dans la chambre 24 et le piston 22 descend dans le cylindre en refoulant, sous l'effet de son poids, le volume d'huile contenu dans la chambre 24 vers l'appareil récepteur 2, la valve anti-retour 10 empêchant le retour de l'huile vers la pompe 4, l'huile évacuée à la sortie 12 de l'appareil récepteur retourne à la nourrice 14 puis dans la chambre-supérieure 30 de l'accumulateur. Grâce à l'existence de la chambre supérieure 30, dans un accumulateur suivant l'invention, la hauteur de liquide qui ajoute son effet à la pression exercée par lé poids du piston reste constante tout au long de la descente du piston si bien que l'alimentation de l'appareil récepteur est faite à pression constante, alors qu'un accumulateur à poids classique ne peut fournir qu'une pression décroissante. De plus, la quantité d'huile en circulation est constante, la quantité d'huile contenue dans l'accumulateur étant elle-meme constante. On verra plus loin, à propos d'un exemple, les autres avantages qui peuvent être tirés de cette disposition. L'installation preprésentée sur la figure 2 est sensiblement identique à celle de la figure 1 si ce n'est que la nourrice 14' est au niveau inférieur de l'installation et non plus en charge comme sur la figure 1. I1 est avantageux que le flux d'huile refoulé par la pompe 4 traverse la chambre inférieure de l'accumulateur au lieu d'y être simplement raccordé en dérivation par une canalisation unique, comme il était représenté en 26 sur la figure 1. Dans ce but, la chambre inférieure 24 comporte un orifice d'entrée 34, qui est raccordé à la pompe par la canalisation 6', et un orifice de sortie 36, de préférence diamétralement opposé, qui est relié à l'appareil récepteur 2 par la canalisation 6". Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas où le fluide hydraulique fourni à l'appareil récepteur doit être du fluide chaud, soit qu'il s'échauffe au cours de sa circulation soit qu'on ait prévu des moyens de chauffage 38 en un point du circuit hydraulique. Ces moyens de chauffage peuvent par exemple être utilisés seulement pendant la période de mise en route de l'installation. Gracie au fait que, suivant la disposition de la figure 2; le débit de fluide chaud ou réchauffé refoulé par la pompe traversé la chambre inférieure 24 de l'accumulateur, le volume de liquide stocké dans cette chambre peut être maintenu à la température voulue par convexion et circulation d'huile dans la chambre. Ceci évite d'envoyer de l'huile froide dans l'appareil récepteur peut dant le fonctionnement en secours, sans avoir à prévoir un système spécial de réchauffage de l'huile contenue dans l'accumulateur. Pour améliorer le brassage de l'huile et les échanges t'er- miques dans la chambre 24, on peut interposer, sur le trajet entre les orifices 34-36 un déflecteur 40. De même, le raccordement de la chambre supérieure 30 à la canalisation de retour d'huile peut être fait par branche-ent ces deux parties 16' et 16" de la canalisation de retour respectivement sur des orifices d'entrée et de sortie 42 et 44 notamment dans le cas de la figure 2 où la nourrice 14' n'est pas en charge. On a représenté en coupe à plus grande échelle, sur la figure 3 un accumulateur à poids suivant l'invention. Le piston 22, comme on le verra plus loin, est généralement de grand hauteur, pour avoir un poids suffisant et il est plus commode de l'usiner sous forme d'un tube 45 sur lequel on rapporte un fond 46. L'ir.- térieur du tube est ensuite lesté, par exemple en coulant du métal 48 jusqu'à obtenir le poids désiré. On peut éventuellement rapporter ensuite un couvercle supérieur 50 sur le dessus du piston. Ce procédé évite d'avoir à usiner une pièce massive très lourde, puisque le piston peut avoir un poids final de plusieurs centaines de kilogrammes. La grande longueur du piston assure déjà une étanchéité relative avec le cylindre, mais on peut bien entendu prévoir une garniture d'étanchéité 52. L'accumulateur suivant l'invention comporte de préférence des moyens de détection de la position du piston dans le cylindre. Ces moyens de détection peuvent être simplement constitués par une tige coulissante 54 qui traverse, par un passage étanche, le couvercle supérieur 28 de l'accumulateur et est rappelée vers le bas par un ressort. Lorsque le piston arrive en position haute, sa face superieure 50 repousse la tige 54 et la fait saillir à l'extérieur, ce qui donne déjà une indication visuelle de la position du piston. De préférence, la tige 54 actionne un interrupteur électrique 56 commandant un circuit de contrôle. Grâce à cette disposition, on peut toujours vérifier que l'installation de stockage est prête à assurer à tout instant sa fonction de secours. On prévoit également avantageusement des moyens élastiques antagonistes adaptés à coopérer en fin de course haute avec le piston. Ces moyens antagonistes peuvent être constitués par des ressorts métalliques de compression 58 prenant appui sur la face supérieure du couvercle 28. De préférence, on utilise un ressort central 58', disposé concentriquement à la tige 54 et servant également de moyen de rappel à cette dernière. En arrivant en fin de course haute, le piston, sous l'effet de la pression P1 fournie par la pompe 4, comprime le ou les ressorts 58-58'.En cas d'arrêt de la pompe 4, le piston est sollicité à descendre non seulement par son poids mais encore par la compression des res sorts 58-58'. On assure ainsi une sécurité supplémentaire, car l'accumulateur constitue seulement un moyen de secours, peut rester chargé et inactif, avec le piston en position haute, pendant de très longues périodes. On se prémunit ainsi contre tout risque de "collage" du piston ou de ses garnitures dans le cylindre et on amorce à coup sûr le mouvement de descente du piston dès que la pression de la pompe 4 fait défaut. On voit d'après ce qui précède que l'installation apporte une grande sécurité et que,-en particulier, cette sécurité est assurée sans avoir à rajouter sur le circuit hydraulique aucun appareil de contrOle supplémentaire tel que valve, détendeur,relais hydraulique, etc. On va donner ci-dessous un exemple de réalisation en se référant à la figure 1 et en supposant que l'accumulateur doit pouvoir fournir à l'appareil par exemple un réducteur à engrenges, un volume de 100 litres d'huile sous une pression P de 0,3 bar. On supposera également que la nourrice 14 en charge se trouve, comme l'appareil récepteur 2, à un niveau H supérieur de 6 mètres au niveau de la base de l'accumulateur. En service normal, la pompe 4 refoule l'huile sous une pression de 1,3 bar à l'entrée de l'appareil à graisser. Du fait que la colonne de liquide H exerce son action sur le piston, grâce à la présence de la chambre supérieure 30, il suffit de prévoir le poids du piston pour qu'il exerce, par son seul poids, une surpression de o,3 bar sur le liquide contenu dans la chambre inférieure 24, majorée des pertes de charges dans la canalisation 6, par exemple 0,1 bar. Le poids par centimètre carrè de surface du piston devra donc être 0,4 x 1,02 = 0,408 kg = 408 grammes, c'est-à-dire que si le matériau constitutif du piston a une densité moyenne de 8, sa hauteur sera 408/8 = 51 centimètres. Si on choisit un diamètre de pston de 40cm, sa surface sera de 1.250cm2, c'est-à-dire que le piston pèsera 1.250 x 0,408, soit 500kg environ. Pour obtenir la capacité de 100 litres désirée, la chambre du cylindre devra avoir une hauteur de 80cm environ, c'est-à-dire que la hauteur totale du cylindre sera d'environ 130 cm. Avec un accumulateur à poids classique, c'est-à-dire ne comportant pas de chambre supérieure étanche, le piston devrait avoir, à diamètre et course égaux, un poids d'environ 1.250kg, puisqu'on ne bénéficierait pas de l'effet de la colonne de liquide et que la surpression à la sortie de l'accumulateur devrait être de 1 bar au lieu de 0,4 bar, calcul fait en supposant la densité de l'huile égale à 1. D'aute part, la pression du fluide au récepteur varierait entre 0,4 bar environ au début de la décharge et 0,3 bar à la fin de la décharge (du fait de la descente du piston d'environ 1 mètre), soit une variation de 25%. On voit donc que, grâce à linvention, on peut économiser beaucoup sur le poids du piston et qu'on obtient une fourniture de liquide à pression constante. Bien entendu, pour certaines applications, il est plus avantageux de prévoir deux accumulateurs suivant l'invention, montés en parallèle, pour éviter d'avoir un cylindre de trop grande capacité. Dans le cas représenté sur la Fig.2 où pour des raisons d'installation, la nourrice 14' n'est pas en charge et où on supposera que la dénivellation entre l'appareil à graisser et la base de l'accumulateur est de 3 mètres, les autres données étant identiques à l'exemple précédent, la pression d'huile à la sortie de l'accumulateur devrait être P1 = 0,3 bar (pression d'alimentation du récepteur) + 0,2 bar (hauteur de refoulement au-dessus du piston de l'accumulateur) + 0,1 bar (pertes de charge) = 0,6 bar. Dans ces conditions, le piston(de densité moyenne 8) devrait avoir une hauteur de 76 cm environ et pèserait environ 750 kg. Pendant toute la décharge, la pression au récepteur resterait constante et,égale à la pression désirée de 0,3 bar. Dans les mêmes conditions, un accumulateur à poids classique devrait avoir un piston lesté pesant environ 875kg et fournirait au récepteur de l'huile sous une pression variant de 0,4 à 0,3 bar et non plus sous une pression constante. Il faut noter que les accumulateurs suivant l'invention s'appliquent particulièrement à la fourniture de liquide sous pression relativement basse et qu'on doit prendre des précautions pour éviter tout frottement excessif entre le piston et le cylindre, ou dû à la garniture dont est pourvu l'un de ces organes. Suivant l'invention on peut même supprimer toute garniture car une légère fuite est sans inconvénient pendant que le piston est en fin de course, puisque la chambre inférieure est alimentée en permanence par la pompe et que les fuites sont recueillies dans la chambre supérieure. Pendant la décharge, qui ne dure que quelques minutes, une faible fuite autour du piston est également sans inconvénient et ne représente qu'une très faible proportion du volume stocké. Enfin, la grande hauteur du piston limite également l'imw portance des fuites. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Accumulateur hydraulique à poids, pour l'alimentaion en fluide hydraulique sous pression d'un appareil récepteur, du type comportant un cylindre vertical et un piston lesté maintenant en pression le fluide contenu dans la chambre inférieure du cylindre, ledit accumulateur étant caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du cylindre est pourvue d'un couvercle délimitant, audessus du piston, une chambre supérieure étanche et en ce que, dans cette chambre débouche une canalisation de retour du fluide recueilli à la sortie dudit appareil récepteur, grace à quoi la chambre supérieure se remplit au fur et à mesure de la descente du piston et la pression du fluide à la sortie de l'accumulateur reste constante pendant tout le débit de l'accumulateur. 2.- Accumulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du piston et du lest est contenu entière- ment à l'intérieur du cylindre. 3.- Accumulateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le piston constitue lui-même par son poids le lest de l'accumulateur, ledit piston ayant une hauteur H proportionnelle à la différence de pression désirée entre la chambre inférieure et la chambre supérieure, et inversement proportionnelle à la densité dudit piston. 4.- Accumulateur suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que des moyens de détection sont prévus pour vérifier que le piston est en position haute dans le cylindre, et, par conséquent, que la chambre inférieure est bien remplie de fluide. 5.- Accumulateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détection précités comprennent une tige coulissante traversant le fond supérieur du cylindre et contre laquelle vient porter, pour la déplacer, la face supérieure du piston dans sa position haute, le déplacement de la tige fournissant un signal visuel ou électrique de-position. 6.- Accumulateur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens élastiques antagonistes adaptés à coopérer avec le piston au voisinage de la fin de course haute dç cqlui-ci, la force desdits moyens élastiques s'a Dolas au joutant auZpiston au début de la course descendante du piston. 7.- Accumulateur suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens élastiques précités sont portés par la tige coulissante précitée. 8.- Installation de stockage de fluide hydraulique sous pression, pour l'alimentation temporaire d'un appareil récepteur, du type qui comprend : un réservoir de fluide basse pression une pompe puisant dans ledit réservoir et dont la sortie est reliée à l'appareil récepteur par une canalisation de refoulement et une canalisation de retour de fluide interposée entre la sortie de l'appareil récepteur et le réservoir, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un accumulateur hydraulique à poids suivant l'une des revendications 1 à 7, la chambre inférieure dudit accumulateur étant raccordée à ladite canalisation de refoulement tandis que sa chambre supérieure est raccordée à ladite canalisation de retour de fluide. 9.- Installation suivant la revendication 8, du type comportant des moyens de chauffage du fluide hydraulique refoulé par la pompe vers l'appareil récepteur, caractérisée en ce que ledit accumulateur est interposé en aval desdits moyens de chauffage et en ce que la chambre inférieure de l'accumulateur comporte un orifice d'entrée du fluide raccordé à la pompe ainsi qu'un orifice de sortie relié à l'appareil récepteur, grâce à quoi le fluide réchauffé traverse ladite chambre intérieure et maintient/ta température désirée le fluide stocké dans l'accumulateur. 10.- Installation suivant l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que la chambre supérieure de l'accumulateur comporte un orifice d'entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide, la canalisation de retour précitée étant interposée entre lesdits orifices, grâce à quoi le fluide de retour traverse la chambre supérieure de l'accumulateur. 11.- Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que des moyens déflecteurs de fluide sont disposés entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de la chambre inférieure de l'accumulateur pour créer un brassage de fluide dans ladite chambre. -12.- Installation suivant l'une des revendications 8 à 11, ce caractérisée enXquee le fluide hydraulique est de l'huile de grais- sage et en ce que l'appareil récepteur est un réducteur de vitesse à engrenages.