Brevet FR2495234A1 — publié le 19820604

L'invention se rapporte à un dispositif ser- vant à amortir des oscillations de liquide dans un ré- seau de canalisations et comprenant au moins un amortis- seur d'oscillations hydropneumatique disposé du côté du refoulement d'une pompe volumétrique. Au moyen de pompes volumétriques oscillantes qui sont réaliséesde préférence comme des pompes à piston ou à diaphragme, il est possible d'acheminer des liquides (par exemple, de l'eau ou de l'huile) dans des réseaux de canalisations. Par suite de la cinématique de la produc- tion du refoulement, on communique, par exemple, dans le cas d'une pompe à piston à commande par manivelle, au volume déplacé ou au flux d'acheminement du liquide, une pulsation ou une variation périodique déterminée qui dé- pend des lois du mouvement de la commande. Ces varia- tions de flux d'acheminement et de refoulement non seu- lement sontdéfavorables en ce qui concerne un appareil de consommation qui nécessite en règle générale un flux d'acheminement stationnaire possible, mais peuvent aussi exercer une influence très désavantageuse sur la longé- vité des différents composants du système de canalisa- tions, par exemple, les vannes et les instruments de me- sure. Comme les liquides, par exemple, l'eau, sont rela- tivement incompressibles, il peut se produire, dans les réseaux de canalisations, des oscillations qui, à l'état non amorti, lors d'une pression de 200 bars du c8té du refoulement, peuvent avoir une amplitude de 12 à 15 bars. Les fréquences d'oscillations dépendent, d'une part, de la vitesse de rotation ou de la fréquence de travail de la pompe volumétrique et, d'autre part, de la construc- tion du réseau de canalisations. Pour l'amortissement d'oscillations de liquide, on a utilisé autrefois des réservoirs d'air ainsi dénom- més dont l'entretien était très poussé. Aujourd'hui, en revanche, des accumulateurs hydropneumatiques d'un entre- tien réduit, qui sont aussi appelés amortisseurs par ab- sorption, sont installés en prédominance dans les réseaux de canalisations pour l'amortissement des pulsations. Dans le brevet nO 3.628.573 des Etats-Unis d'Amérique, on décrit un amortisseur d'oscillations hydropneumatique qui présente une membrane flexible à l'intérieur d'une enveloppe composée de deux coquilles. Au moyen de cette membrane, une chambre o se trouve un volume de gaz, est séparée d'une autre chambre parcourue par le liquide. Cet amortisseur d'oscillations hydropneumatique contient fondamentalement, à l'intérieur d'un récipient, un volume de gaz qui est séparé du liquide au moyen d'une paroi mobile (en particulier une membrane ou un piston). L'ac- tion d'amortissement est Sondée sur le fait que l'accou- plement hydraulique entre le mouvement de déplacement et le liquide dans le réseau de canalisations est interrom- pu par le coussin dit de gaz et la compressibilité du gaz est utilisée pour l'amortissement. Pour des raisons d'entretien et de résistance, ces amortisseurs par ab- sorption ou amortisseurs d'oscillations hydropneumati- que sont disposés dans le flux secondaire. Comme la grandeur de la pulsation dépend du refoulement de la pom- pe, on a pu utiliser d'autres amortisseurs par absorption avec d'autres données techniques lors de différents re- foulements et d'exigences en général plus élevées impo- sées à l'absence de pulsations, ou on a pu aussi augmen- ter le nombre d'amortisseurs par absorption. La dépense nécessaire à cet effet n'est cependant pas en rapport avec la pulsation résiduelle. En plus des amortisseurs dits par absorption, on a construit, depuis quelque temps, également des amor- tisseurs de pulsations à réflexion qui sont réalisés com- me des résonateurs selon des principes d'action dynami- ques. Le mode d'action de ces amortisseurs à réflexion est fondé sur le fait qu'une réflexion partielle de l'on- de sonore entrante apparaît à un point de branchement ou lors d'une forte modification de la section transversale d'une conduite pour satisfaire aux conditions de continu- ité concernant la pression acoustique et le flux sonore. Ces amortisseurs à réflexion ne présentent aucune pièce mobile, associée à une masse. Un exemple de réalisation particulier d'un amortisseur à réflexion de ce type est décrit dans le brevet nO 3.731.709 des Etats-Unis d'Amé- rique. Dans cet amortisseur, on a prévu, à l'intérieur d'un récipient, un appareil de guidage qui comprend deux plaques distantes l'une de l'autre et dans lesquellessont formées des ouvertures parcourues par le liquide et do- tées d'ajutages. Au surplus, le liquide traversant est mis en rotation au moyen de l'appareil de guidage. Les amortisseurs à réflexion connus ont l'avantage d'être absolument exempts d'entretien. Un inconvénient réside dans le fait indubitablement que des amortisseurs d'un grand volume et, en partie, des amortisseurs à plusieurs chambres sont nécessaires pour une très petite pulsation résiduelle. En outre, la longueur de construction des amortisseurs est d'autant plus grande que plus basse est la fréquence de l'onde oscillante présente dans le systè- me de canalisations. Le grand encombrement et les coûts considérables des amortisseurs ne rendent pas toujours judicieuse l'utilisation des amortisseurs à réflexion, en dépit de résultats d'amortissement favorables - finale- ment, ces amortisseurs sont disposés dans le flux princi- pal. Le but de l'invention consiste à réaliser un dispositif dont la fabrication est d'un coût favorable et à l'aide duquel on obtient, en occupant un espace minimal, une large réduction des variations du refoulement et du flux d'acheminement. La suppression des pulsations doit être en relation économiquement justifiable avec des coûts supplémentaires et être largement indépendante de la con- struction du système de canalisations, du refoulement et de la vitesse de rotation de la pompe volumétrique. En outre, la pulsation résiduelle doit avoir une qualité de pompe centrifuge, c'est-à-dire être plus petite que + 1% de la pression de régime. De plus, le dispositif doit fonction- ner sûrement et satisfaire aux exigences de service. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion, en ce sens qu'un amortisseur d'oscillations à ac- tion dynamique est monté du côté du refoulement de la pompe volumétrique, supplémentairement à l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique, cet amortisseur d'oscil- lations hydropneumatique se trouvant dans le flux secon- daire entre la pompe volumétrique et l'amortisseur d'os- cillations à action dynamique, et en ce sens que l'amor- tisseur d'oscillations hydropneumatique est prévu pour amortir des oscillations d'une basse fréquence et l'amor- tisseur d'oscillations à action dynamique, pour amortir des oscillations d'une plus haute fréquence. Le dispositif conforme à l'invention se distin- gue par une construction simple et d'un coûat favorable et garantit une large suppression des pulsations en fonc- tion d'un volume de construction extrêmement petit. La pulsation résiduelle est indépendante dans une large me- sure de la construction du système de canalisations, du refoulement, ainsi que de la vitesse de rotation ou de la fréquence de travail de la pompe volumétrique, de sor- te que le dispositif d'amortissement ainsi conçu est uti- lisable universellement. En raison du montage en série conforme à l'invention de l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique (amortisseur par absorption) et d'un amortisseur d'oscillations dynamique, les variations ou les pulsations se situent dans un domaine qui est plus petit que + 1% de la pression de régime. Grâce à la répar- tition des tâches de l'amortissement des pulsations dans le dispositif d'amortissement à réflexion et par absorp- tion conforme à l'invention, l'encombrement peut être abaissé considérablement par rapport aux seuls amortis- seurs à réflexion. Dans l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique et absorbant, l'acheminement discontinu (fréquence fondamentale) provoqué par la pompe volumé- trique est en substance compensé. Cet acheminement dis- continu provoque des oscillations d'une basse fréquence conformément à la fréquence de la pompe volumétrique. Selon l'invention, ces oscillations d'une basse fréquence sont précisément amorties au moyen de l'amortisseur d'os- cillations hydropneumatique, par suite de sa conception particulière. Les oscillations résiduelles d'un ordre élevé, mais d'une petite amplitude, sont ré- duites largement dans l'amortisseur d'oscillations à ac- tion dynamique, monté en aval. La pulsation résiduelle accessible est extrêmement faible en comparaison des dis- positifs connus, une séparation acoustique du système de canalisations de la pompe volumétrique ayant lieu en ou- tre. Le dispositif conforme à l'invention peut être adap- té, sans difficultés particulières, à chacune des exigen- ces de service ou être dimensionnée en conséquence, de façon que le système de canalisations puisse être conçu ou utilisé d'une manière optimale également en se basant sur la faible pulsation résiduelle. Le dispositif confor- me à l'invention présente encore au surplus un autre avantage important. Lors de l'action d'oscillations d'une basse fréquence sur l'amortisseur d'oscillations hydro- pneumatique, des oscillations supplémentaires, en parti- culier également d'une plus haute fréquence, sont encore produites par celui-ci. Ceci est dû surtout au fait que l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique représente, par sa masse mobile, un générateur d'oscillations. Les oscillations engendrées par l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique sont aussi amorties par l'amortisseur d'oscillations à action dynamique, monté en aval, confor- mément à l'invention. Selon un exemple de réalisation préféré, l'amor- tisseur d'oscillations hydropneumatique est réalisé comme un accumulateur à vessie ou à membrane. Ces accumulateurs dotésd'un coussin de gaz et travaillant selon le principe de l'absorption, sont construits à un prix relativement favorable et peuvent être adaptés, quant à leurs données techniques, sans difficultés, à chacune des conditions de mise en oeuvre. Avantageusement, l'amortisseur d'oscillations à action dynamique est conçu comme un amortisseur à ré- flexion muni d'une chambre d'amortissement parcourue par le liquide. Un amortisseur de ce type est utilisé, de préférence, pour des pompes à piston ou des pompes volu- métriques dans un domaine de vitesse de rotation moyen à élevé. En revanche, si une pompe à grande vitesse est mise en oeuvre, on prévoit, de préférence, dans la cham- bre d'amortissement, des appareils de guidage à l'aide desquels une action absorbante est également obtenue. Avantageusement, l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique, ainsi que l'amortisseur d'oscillations à action dynamique sont montés directement en série. Par conséquent, les amplitudes des oscillations résiduelles d'un ordre plus élevé peuvent être maintenues relative- ment petites en aval de l'amortisseur dtoscillations hydropneumatique, si bien que l'amortisseur d'oscilla- tions dynamique monté en aval peut présenter un encombre- ment réduit. De plus, une diminution particulièrement efficace des bruits dans le réseau de canalisations est obtenue par suite du montage immédiat en série des amor- tisseurs précités. Selon un exemple de réalisation préféré, l'a- mortisseur d'oscillations hydropneumatique et l'amortis- -seur d'oscillations à réflexion sont assemblés en une seule unité de construction. Une unité de construction compacte de ce type exige un encombrement extrêmement petit et peut être montée,ainsi que fabriquéeà un prix favorable, d'autant plus que seuls deux raccordements pour le réseau de canalisations sont nécessaires. Comme aucune conduite de jonction n'est nécessaire entre les amortisseurs précités, les oscillations résiduelles d'un ordre plus élevé de l'amortisseur d'oscillations hydro- pneumatique peuvent présenter de petites amplitudes, ce qui a pour conséquence que l'amortisseur d'oscillations monté en aval peut être réalisé,par conséquent, selon des dimensions réduites. Grâce à cette unité de construc- tion, on obtient au surplus une diminution particulière- ment bonne des bruits. De préférence, on prévoit, pour l'amortisseur d'oscillationshydropneumatiqoefetl'amortisseur d'oscil- lations à action dynamique, une seule enveloppe dont l'espace interne est divisé en deux chambres par une paroi intermédiaire, l'amortisseur hydropneumatique étant monté dans l'une des chambres munie d'une ouver- ture d'entrée et l'amortisseur d'oscillations à action dynamique étant monté dans l'autre chambre dotée d'une ouverture de sortie. Selon un exemple de réalisation préféré, on a prévu, dans la chambre présentant l'ouverture d'entrée, un récipient de réception dans lequel est disposée une vessie remplie de gaz, le récipient de réception compre- nant au moins une ouverture pour la chambre précitée. Un récipient de réception de ce type, qui contient l'amor- tisseur hydropneumatique peut être aisément monté dans l'enveloppe, si bien que les éventuels travaux d'entre- tien et de réparation peuvent être exécutés rapidement. Un dispositif réalisé de cette façon peut être fabriqué à un prix Favorable. Selon un exemple de réalisation préféré, l'ou- verture d'entrée est formée, par rapport à-l'axe longitu- dinal de l'enveloppe, selon un angle qui, de préférence, est supérieur à 900 environ. Dans la chambre pourvue de l'amortisseur hydropneumatique, il se produit par consé- quent un changement de direction du flux de liquide, les oscillations de liquide pouvant agir d'une manière opti- male sur l'amortisseur hydropneumatique. Avantageusement, la paroi intermédiaire de l'enveloppe orientée vers le récipient de réception et la paroi opposée munie de l'ouverture de sortie sont cintrées vers l'extérieur. Grâce aux formes cintrées, on obtient une bonne stabilité, ainsi qu'une bonne ac- tion d'amortissement. D'autres avantages et caractéristiques essen- tielles pour l'invention se dégagent des exemples de de réalisation décrits en détail ci-après à l'aide des dessins ci-annexés, dans lesquels: la Figure 1 est une représentation schématique d'un réseau de canalisations comportant un dispositif d'amortissement; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un dispositif à deux amortisseurs assemblés en une unité de construction; et la figure 3 est une coupe d'un exemple de réa- lisation du dispositif de la figure 2, l'amortisseur d'oscillations à action dynamique présentant toutefois des appareils de guidage. A la figure 1, on a représenté un réseau de canalisations 10 auquel est incorporée une pompe à pis- ton 12 commandée par un moteur 14. Comme moteur, on uti- lise un moteur électrique. Le sens de l'écoulement du fluide est indiqué par les flèches F. Dans la conduite 16 côté refoulement, on a monté un amortisseur hydropneu- matique 18, en aval duquel se situe un amortisseur dyna- mique 20. Comme amortisseur hydropneumatique 18, on peut utiliser un amortisseur-accumulateur dit à vessie et, comme amortisseur dynamique 20, on emploie un amortisseur conforme au brevet nO 3.371.709 des Etats-Unis d'Amérique. L'ordre des deux amortisseurs 18 et 20 est essentiel dans ce dispositif. Il faut disposer les deux amortisseurs di- rectement en aval de la sortie c8té refoulement de la pom- pe 12 et ce, de telle sorte que les tronçons de conduite entre la pompe 12, l'amortisseur 18 et l'amortisseur 20 soient maintenus aussi petits que possible. Grâce à la conception conforme à l'invention, on peut obtenir une pulsation résiduelle qui est plus petite que + 1% de la pression de régime et qui est indépendante au maximum - du système de canalisations, de la pression de sortie et de la vitesse de rotation de la pompe 12. Le liquide en aval des deux amortisseurs a une pulsation résiduelle qui est semblable à celle présente dans les pompes cen- trifuges. Une séparation spatiale des deux amortisseurs 18 et 20 est possible dans chaque cas. Il est favorable qu'elle soit évitée car les amplitudes des oscillations résiduelles d'un ordre plus élevé sont agrandies par la conduite de jonction 24 comprise entre l'amortisseur 18 et l'amortisseur 20, de sorte que l'amortisseur 20 doit être réalisé sous une forme plus grande que celle d'une unité assemblée. En outre, l'avantage de la diminu- tion des bruits jusqu'à un niveau minime est perdu dans ce dispositif. Pour cette raison, on a réalisé une unité spa- tiale des deux amortisseurs 18 et 20, l'un de ces deux dispositifs étant visible à la figure 2 et l'autre, à la figure 3. Le dispositif conforme à la figure 2 comprend une enveloppe 30 qui est divisée en deux chambres 34 et 36 par une paroi intermédiaire 32. La partie 38 de l'enveloppe comprenant la chambre 34 présente une ouver- ture d'entrée 40 à laquelle est soudée une tubulure d'en- trée 42. L'ouverture d'entrée 40 se développe, en fonc- tion des exigences de construction, selon un angle quel- conque par rapport à l'axe longitudinal 43. Du c8té fron- tal de la partie 38 de l'enveloppe, on a prévu une ouver- ture 34 munie d'un filet interne et dans lequel est vissé un récipient de réception 46, qui occupe une partie im- portante de la chambre 34. L'ouverture 44 présente un gradin 48 par l'intermédiaire duquel l'ouverture 44 d'un diamètre plus grand se transforme en un évidement 50, dans la paroi interne duquel se trouve un joint d'étan- chéité 52. Le récipient de réception 46 est muni d'une section 54 à filet extérieur, de sorte qu'il peut être vissé à l'intérieur de l'ouverture 44 jusqu'à ce qu'un gradin 56 du récipient de réception 46 vienne buter sur le gradin 48. A l'intérieur du récipient de réception, on a fixé une vessie 58 au moyen d'une pièce de retenue 60, de telle sorte que l'intérieur de la vessie soit acces- sible exclusivement par l'intermédiaire d'une fermeture 62. Comme mentionné, la vessie est remplie d'azote. Le récipient 46 est muni d'une ouverture 66 dans sa paroi de fermeture 64 se trouvant à l'intérieur de la chambre 34, si bien que cette chambre 34 est en liaison avec l'espace entourant la vessie 58. Grâce au récipient de réception 46 et à la vessie 58, on forme un amortisseur hydrodynamique qui peut être dénommé accu- mulateur à vessie. La chambre 36 est entourée d'une deuxième par- tie d'enveloppe 68 dont la paroi frontale libre 70, oppo- sée à la paroi intermédiaire 32, est munie d'un évidement 72 dans lequel est soudée une deuxième tubulure 74. Dans la paroi intermédiaire 32, on a formé également une ou- verture 76 qui relie l'une à l'autre les deux chambres 34 et 36. L'ouverture 76 est entourée, à l'intérieur de la chambre 36, d'un collet 78 auquel se raccorde un tube 82 doté d'ouvertures transversales 80. La fixation du tube 82 est telle que les axes de l'ouverture 76 et du tube 82 coïncident. Une ouverture de sortie 77 est pré- sente dans la tubulure 74. Sur l'extrémité intérieure de la tubulure 74, on a fixé un deuxième tube 84 qui comprend également des ouvertures transversales 86. Le tube 84 s'aligne sur le tube 82 et les deux tubes se terminent à une distance d l'un de l'autre. Un flux de fluide ou de liquide afflue, dans le sens des flèches Fl,par la tubulure 42, dansla chambre 36 et par le tube 84 et la tubulure 74, vers l'extérieur. Comme mentionné ci-dessus, l'amortisseur-accumulateur à vessie se trouve dans la chambre 34 et un amortisseur à réflexion, dans la chambre 36. On crée ainsi un disposi- tif d'amortissement qui est formé de deux parties. Dans ce cas, l'amortisseur de la chambre 34 a pour fonction de compenser l'acheminement discontinu (fréquence fonda- mentale) provoquée par la pompe à piston. Des oscilla- tions résiduelles d'un ordre plus élevé subsistent, mais d'une faible amplitude, lesquelles sont réduites au maxi- mum par l'amortisseur à réflexion disposé dans la chambre 36. La pulsation résiduelle obtenue au moyen du dispo- sitif reproduit à la figure 2 est plus petite que + 1% de la pression de régime. Au surplus, une séparation acoustique complète du système de canalisations de la pompe est aussi créée. La direction du passage à travers les amortisseurs de la figure 2 n'est pas inversable. - Une autre conception de l'invention est repré- sentée en coupe à la figure 3. L'enveloppe entière se compose de la partie 38 qui est fermée par la paroi inter- médiaire 32 à laquelle se raccorde la chambre 36 qui re- çoit l'amortisseur dynamique. Au lieu d'utiliser des tu- bes munis d'ouvertures transversales, un appareil de guidage 92 ou 94 est raccordé tant à l'ouverture trans- versale 76 qu'à la tubulure 74. L'exemple de réalisation de la figure 2 est re- commandé pour des pompes à piston dont la vitesse est normale à moyenne; en revanche, le dispositif reproduit à la figure 3 est utilisé pour des pompes à grande vites- se, car l'appareil de guidage 92 et 94 facilite l'action de la chambre d'amortissement absorbante ou l'action de l'amortisseur de la chambre 34. REVENDICATIONS 1. Dispositif servant à amortir des oscilla- tions de liquide dans un réseau de canalisations et com- prenant au moins un amortisseur d'oscillations hydro- pneumatique disposé du côté du refoulement d'une pompe volumétrique, caractérisé en ce qu'un amortisseur d'os- cillations à action dynamique (20) est monté du côté du refoulement de la pompe volumétrique (12), supplémentai- rement à l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique (18), l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique (18) se trouvant dans le flux secondaire entre la pompe volu- métrique (12) et l'amortisseur d'oscillations à action dynamique (20); et en ce que l'amortisseur d'oscilla- tions hydropneumatique (18) est prévu pour amortir des oscillations d'une basse fréquence et l'amortisseur d'oscillations à action dynamique (20), pour amortir des oscillations d'une plus haute fréquence. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'amortisseur d'oscillations hydropneu- matique (18) est réalisé comme un accumulateur à vessie ou à membrane. 3. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications i et 2, caractérisé en ce que l'amortisseur d'oscillations à action dynamique est réalisé comme un amortisseur à réflexion muni d'une chambre (36) parcou- rue par le liquide. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que des systèmes de guidage (92, 94) sont prévus dans la chambre d'amortissement (36). 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que les amortisseurs d'oscillations précités (18, 20) sont montés directement en série. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que l'amortisseur hydropneumatique (18) est monté directement en aval de la pompe volumétrique (12). 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que l'amortisseur d'oscillations hydropneumatique (18) et l'amortisseur d'oscillations à action dynamique (20) sont assemblés en une seule unité de construction. 8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'on a prévu une enveloppe (30) dont l'es- pace interne est divisé par une paroi intermédiaire (32) en deux chambres (34, 36), l'amortisseur hydropneumatique étant disposé dans l'une des chambres (34) qui présente une ouverture d'entrée (40) et l'amortisseur à action dynamique étant disposé dans l'autre chambre (36) qui présente une ouverture de sortie (77). 9. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'on a prévu, dans la chambre (34), un récipient de réception (46) dans lequel est disposéede préférence une vessie (58) remplie de gaz; et en ce que le récipient de réception (46) présente au moins une ouverture (66) orientée vers la chambre (34). 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que l'enveloppe (30) présente, sur sa face frontale (37), une ouverture (44) dans laquelle est fixé le récipient de réception (46). 11. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un changement de direction du flux de liquide se produit dans l'amortis- seur hydropneumatique (18). 12. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 8 à 11, caractérisé en ce que l'ouverture d'en- trée (40) de la chambre (34) est disposée, par rapport à l'axe longitudinal (43) de l'enveloppe (30),selon un an- gle supérieur de préférence à 900 environ. 13. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 8 à 12, caractérisé en ce que la paroi intermé- diaire (32) orientée vers le récipient de réception (46) et la paroi frontale opposée (70), dans laquelle est for- mée l'ouverture de sortie (77), sont cintrées vers l'ex- térieur.