Brevet FR2505417A2 — publié le 19821112

FR 2505417 A2 19821112 FR 8109206 A 19810508 Dans la demande de brevet principal, on a décrit un perfectionnement aux accumulateurs hydrauliques du type comportant deux enceintes séparées par une membrane souple, l'une de ces enceintes étant remplie de gaz sous pression, l'autre étant remplie de liquide hydraulique, les différentes pièces de l'accumulateur étant maintenues serrées les unes contre les autres par un moyen d'assemblage mis en préalable sous tension de façon à assurer une précontrainte, cet accumulateur étant constitué par un corps cylindrique central, disposé entre deux bouchons qui sont reliés l'un à l'autre par une pluralité de tirants qui sont mis en tension préalable par tout moyen approprié de façon à assurer une précontrainte. Selon la demande de brevet principal, les deux bouchons sont reliés par une pluralité de tirants disposés tout autour du corps cylindrique. La présente addition a pour objet une amélioration aux dispositions décrites dans la demande de brevet principal, consistant a disposer un seul tirant traversant axialement les deux bouchons, le corps cylindrique et la membrane. A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexes : Fig. 1 une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un accumulateur selon la présente addition Fig. 2 et 3 deux vues illustrant deux variantes de réalisation de la membrane séparatrice Fig. 4 une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation de l'accumulateur représenté a la Fig. I Fig. 5 une vue en coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation de la membrane de separation Fig. 6 une vue en coupe longitudinale illustrant la mise en précontrainte. En se reportant a la Fig. 1, on voit que l'accumulateur est constitué par un corps central cylindrique 1 compris entre deux bouchons supérieur et inférieur 2 et 3. Le bouchon supérieur 2 est posé a plat sur l'extrémité supérieure du corps cylindrique 1 ; tandis que le bouchon inférieur 3 comporte une jupe 3a se raccordant avec l'extrémité inférieure dudit corps cylindrique 1. Le bouchon supérieur 2 comporte une ouverture 15, ménagée en son centre et le bouchon inférieur 3 une ouverture 16, également ménagée en son centre. Les trois pièces 1,2,3 constituant l'accumulateur sont assemblées par un tirant central 17. Ce tirant 17 comporte une tête 18 prenant appui contre la paroi extérieure du bouchon 3 et une extrémité filetée 19 sur laquelle se visse un écrou 20 prenant appui sur la paroi extérieure du bouchon 2. Dans l'exemple représenté à la Fig. 1, la membrane 4 est fixée par ancrage et pinçage de son talon 5, ménagé sur tout son pourtour, entre le bouchon 2 et l'extrémité supérieure du corps cylindrique central. Mais la membrane comporte en plus une sorte de cheminée centrale ou manchon 21 qui forme un tube creux dans lequel se loge le tirant 17. Le rebord supérieur du manchon 21 comporte un bourrelet 22 qui s'engage dans une gorge de forme correspondante 23 ménagée dans la paroi de l'ouverture centrale 15 du bouchon 2. La membrane souple 4 ayant une paroi extérieure d'une forme assez voisine de celle de la paroi intérieure du corps central 1 se présente en quelque sorte sous la forme d'un vase creux comportant en son centre une excroissance tubulaire qui le traverse du bas en haut.La base 4a de la membrane a alors une forme annulaire épousant pratiquement la forme de l'espace annulaire 24 formé par la paroi interne de la jupe 3a du bouchon 3 et le tirant 17. Le bouchon 3 comporte un alésage 25 qui communique avec l'espace 24 par une pluralité d'orifices 26. L'alésage 25 est muni d'un filetage 27 qui permet de visser l'accumulateur sur une douille (non représentée) mettant ledit alésage 25 en communication avec tout circuit hydraulique approprié (également non représenté). De préférence, la partie inférieure 4a de la membrane 4 est munie de pastilles 28 en regard des ouvertures 26. Le bouchon 2 est muni d'une ouverture latérale 29 qui au moyen d'une canalisation coudée 30, munie d'un clapet anti-retour 31, communique avec l'enceinte devant être remplie de gaz sous pression. Les Fig. 2 et 3 représentent deux variantes de réalisation selon lesquelles le manchon central de la membrane ne s'élève pas sur toute la hauteur du volume intérieur de l'accumulateur mais seulement sur une portion de cette hauteur. On s'est en effet aperçu aux essais que lorsque du liquide hydraulique sous pression est admis par l'alésage 25 et les orifices 26, la membrane 4 ne se retourne pas comme dans les accumulateurs usuels mais s'écrase latéralement contre le tirant 17 il en résulte qu'il n'est pas nécessaire de faire remonter le manchon central 21 jusqu'au bouchon 2 afin de l'y ancrer. Sur ces deux figures 2 et 3, on voit que le manchon central 21 de la membrane 4 ne remonte que sur environ un quart de la hauteur du volume interne et est simplement fixé par un jonc 32 qui le bloque dans une gorge 33 ménagée sur le tirant 17. Pour éviter que la membrane 4 ne soit refoulée a l'intérieur des orifices 26 lorsque l'accumulateur se vide complètement de liquide hydraulique, on peut comme représenté à la Fig. 2 faire reposer son fond annulaire 4a sur un plateau mobile constitué par une rondelle 34 contretenue par un ressort 35, ou bien la munir de pastilles 36, comme représenté à la Fig. 3 ; ces pastilles 36 étant en deux parties rivetées l-'une sur l'autre au lieu d'être incluses dans la masse du caoutchouc comme les pastilles 28 de la Fig. 1. Lorsque l'accumulateur oléo-pneumatique représenté aux Fig. 1 à 3 reçoit par les orifices 26 du liquide hydraulique sous pression, l'espace 24 se remplit de liquide en comprimant de plus en plus le gaz sous pression se trouvant emprisonné a l'intérieur de la poche définie par la membrane et le bouchon 2. Lorsque la pression de ce liquide hydraulique dépasse une valeur prédéterminée, l'allongement du tirant 17 est tel qu'apparait une fuite entre la liaison entre le corps cylindrique 1 et le bouchon 2 ou le bouchon 3. ceci a pour résultat que la pression hydraulique ne peut en aucun cas dépasser une valeur maximum prédéterminée, valeur qui est fonction des caractéristiques élastiques du tirant 17 et de la précontrainte auxquelles sont soumises les pièces. La Fig. 4 représente une variante de réalisation de l'accumulateur décrit aux Fig. 1 a 3 qui présente l'avantage d'améliorer le fonctionnement dudit accumulateur en cas de surpression. On s'est en effet aperçu que si la section interne du corps central cylindrique 1 est constante, comme c'est le cas aux Fig. 1 à 3, la fuite en cas de surpression peut se produire aussi bien en partie haute qu'en partie basse, c'est d-dire aussi bien entre le bouchon 2 et le haut du corps 1, qu'entre le bouchon 3 et le bas du corps 1. Lorsque la fuite se produit entre le bouchon 2 et le haut du corps 1, la membrane risque d'être entraînée, de se trouver pincée entre le bouchon 2 et le haut du corps 1 et d'être déchirée ce qui met l'accumulateur hors d'usage. Pour pallier cet inconvénient on ménage à la base du corps 1, à la jonction entre le corps 1 et la jupe 3a du bouchon 3 un chanfrein la. De préférence on usine également la jupe 3a pour que les surfaces d'appui de la base du corps cylindrique 1 et de la jupe 3a soient égales. La section D2 de la base du corps cylindrique 1 est alors supérieure à la section D1 soumise, au sommet du corps 1 à la pression hydraulique se trouvant dans l'espace 24 : cela aura pour résultat qu' en cas de surpression la fuite se produira toujours entre le corps 1 et la jupe 3a et jamais entre le corps 1 et le bouchon 2. La Fig. 5 représente une autre amélioration à l'accumulateur objet de la présente addition. Le mode d'ancrage de la membrane 4 au moyen d'un talon 5 comme cela est représenté aux Fig. 1 à 4, présente l'inconvénient que la surface de la section D1, mentionnée plus haut, n'est pas déterminée de façon rigoureuse. En effet, une plus ou moins grande étanchéité de ce pinçage peut permettre au liquide hydraulique de s'insinuer entre la membrane et le haut du corps 1, ce qui aura pour effet que la section D1 sur laquelle agit la pression hydraulique sera toujours légèrement supérieure à la section de l'alésage interne du corps cylindrique 1, mais d'une quantité que l'on ne peut pas déterminer de façon rigoureuse. C'est pour cette raison qu'à la Fig. 4, la section D1 a été représentée comme étant plus grande que le diamètre interne du corps cylindrique 1, mais cette indication est une approximation. D'autre part, puisque la fuite en cas de surpression ne peut se produire qu'entre la jupe 3a et la base du corps 1 tout risque d'extrusion de la partie de fixation de la membrane est éliminé. On peut donc alors fixer la membrane 4 par une simple rondelle élastique 40. Cette rondelle élastique 40 est percée d'un trou central dans lequel passent le tirant 17 et le rebor supérieur du manchon 21. A hauteur de ce trou central, le tirant 17 comporte une gorge 33 ; de sorte que l'extrémité du manchon 21 est bloquée dans cette gorge 33 par le rebord fond: 40a de la rondelle 40. Le rebord extérieur 4b de la membrane 4 est pincé dans le coin formé par la jonction du corps cylindri que 1 et du bouchon 2 par le rebord périphérique arrondi 40b d la rondelle 40. Plus le tirant 17 sera sollicité en traction, plus la rondelle élastique 40 coincera énergiquement le manchon 21 dans la gorge 33 et le rebord 4a de la membrane dans le coin. Cette disposition est particulièrement avantageuse, parce que très économique tout en étant très fiable. Les accumulateurs représentés aux Fig. 1 à 5 sont, comme cela a été décrit dans la demande de brevet principal, mis sous précontrainte. Pour ce faire (Fig. 6), on visse sur l'extrémité filetée 19 du tirant 17, l'extrémité de la tige 37a du piston 37 un verin hydraulique 38 qui prend appui par une cale cylindrique 39 sur le bouchon 2. Grâce à ce verin, on applique d'une part un effort de compression sur les pièces 2, 1 et 3, effort encaissé par l'élasticité du métal dont sont constituées ces pièces et d'autre part un effort de traction sur le tirant 17, effort également encaissé par l'élasticité du métal dont est constitué le tirant 17. Lorsque l'effort max mum prédéterminé est atteint, on bloque l'écrou 20 sur le bouchon 2 et ensuite on relâche la pression dans le vérin 38. L'élasticité des pièces 1,2 et 3 d'une part et du tirant 17 a pour résultat que l'assemblage des pièces 1,2 et 3 est réalisé avec précontrainte. EXEMPLE A titre d'exemple, on a réalisé comme représenté à la Fig. 4 un accumulateur oleo-pneumatique ayant une capacité de 1 litre. Dans la chambre 38a du vérin 38 on a introduit du liquide hydraulique sous une pression de 100 bars ; ensuite, on a bloqué l'écrou 20 sur le filetage 19 au moyen d'une clé dynamométrique de façon à avoir un couple de serrage déterminé ; puis on a démonté le vérin de montage 38 et on a mis l'accumulateur sur un banc d'essai et on a forcé du liquide hydraulique en 25, 26, 24, jusqu'à ce qu'une fuite de liquide hydraulique apparaisse entre la base la du corps cylindrique 1 et la jupe 3a du bouchon ; on a alors noté la pression P1 pour laquelle cette fuite s'est produite.On a recommencé l'opération en admettant une pression de 120 bars dans la chambre 38a ; en serrant l'écrou 20 avec le même couple de serrage en démontant le vérin 38 et en admettant à nouveau du liquide sous pression en 25, 26, 24 jusau'à ce qu'une fuite apparaisse et en notant la pression P2 pour laquelle cette fuite était apparue. On a ainsi répété ces opérations en augmentant à chaque fois de 20 bars la pression admise dans la chambre 38a et on a noté les pressions P3, P4 ... Pn pour laquelle la fuite apparaît, ce qui a permis de tracer point par point la courbe caractéristique de l'accumulateur. On a arrêté ces opérations lorsque la valeur de Pn était égale à 400 bars. L'accumulateur est alors réglé pour fonctionner avec une pression maximum de 400 bars. Lorsqu'un accumulateur de type usuel est destiné à fonctionner dans un circuit hydraulique pour une pression maximum de N bars, les règlements de sécurité prévoient qu'il soit être essayé à 1,5 N. On a donc essayé de soumettre l'accumulateur à une pression de 1,5 x 400 bars, c'est-à-dire 600 bars, mais il s'est mis à fuir dès 410 bars et il a été impossible de dépasser cette valeur : la sécurité de fonctionnement de cet accumulateur est donc absolue, ce qui n'est pas le cas pour les accumulateurs de type connu. D'autre part, lorsque l'on fabrique un accumulateur de type usuel, on lui fait subir des essais d'endurance aux termes desquels après un grand nombre de cycles de mise en pression maximum, il est démonté afin de vérifier les détériorations qu'il a subies. L'accumulateur essayé a subi 5 millions de cycles et ne présentait pas la moindre trace de détérioration au démontage. L'extraordinaire fiabilité de l'accumulateur ainsi décrit, permet de l'employer non seulement comme un accumulateur mais également comme un clapet de surpression. Un clapet de surpression est un organe connu, extrêmement simple, constitué par un clapet contretenu par un ressort taré : lorsque la pression hydraulique dépasse une valeur prédéterminée, la bille se soulève et le liquide hydraulique s'écoule vers le réservoir. L'inconvénient bien connu de ces dispositifs est qu'ils provoquent fréquemment des surpressionsmomentanées allant jusqu'à 1,3 et même 1,5 fois la valeur de la pression maximum admise. Cela provient de ce qu'il arrive souvent lors d'une brutale augmentation de pression que le clapet s'ouvre trop brutalement, ce qui provoque une trop grande compression du ressort, donc le tarage augmente ; à cela s'ajoute un effet de laminage d'huile dont les effet sont proportionnels au carré du débit. De plus les effets du laminage d'huile sont tels que le métal est creusé par le flux d'huile. Ces inconvénients sont bien connus des hydrauliciens, mais il n'existe pas à ce jour de clapets de surpression à ressort, qui soient démunis de ces inconvénients. En disposant en dérivation sur un circuit hydraulique un accumulateur à fuite prédéterminée selon l'invention, et en l'entourant d'une enveloppe permettant de récupérer les fuites pour les diriger vers le réservoir, on obtient un clapet de surpression d'un fonctionnement parfaitement satisfaisant. On détermine expérimentalement la capacité de l'accumulateur en fonction du débit maximum du circuit auquel il est destiné. Un tel clapet de surpression sera moins cher qu'un clapet à ressort de grandes dimensions, ne sera pas sensible aux saletés pouvant se trouver dans le liquide, aura une section de fuite telle qu'il n'y aura plus d'écoulement de fluide à grande vitesse qui érode le métal et fonctionnera sans provoquer de surpression REVENDICATIONS 10) Accumulateur oléo-pneumatique selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul tirant central (17) traversant les deux bouchons (2 et 3),le corps cylindrique (1) et la membrane (4), les pièces étant maintenues serrées les unes contre les autres entre la tête (18) dudit tirant central, prenant appui contre le bouchon inférieur (3) et un écrou (20) vissé sur l'autre extrémité du tirant central (17), prenant appui contre le bouchon (2) ; le tirant central ayant été mis en élongation et les bouchons (2 et 3) et le corps cylindrique (1) ayant été mis en compression avant serrage de l'écrou (20). 20) Accumulateur selon la revendication 1, dans lequel la membrane (4) est ancrée par pinçage de son talon périphérique (5) entre le bouchon (2) et le corps cylindrique (1) et est munie en son centre d'un manchon (21) formant un tube creux dans lequel est enfilé le tirant unique (17). 30) Accumulateur selon la revendication 2, dans lequel le manchon s'élève sur toute la hauteur du volume intrieur de l'accumulateur et est ancré à son extrémité supérieure sur le bouchon (2). 40) Accumulateur selon la revendication 2, dans lequel le manchon (21) ne s'étend que sur une portion de la hauteur du volume intérieur de l'accumulateur et est fixé sur le tirant (17). 50) Accumulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les orifices (26) de sortie du liquide sont disposés sur le bouchon (3) en couronne autour du tirant central (17). 60) Accumulateur selon la revendication 6, dans lequel le fond annulaire (4a) de la membrane (4) est muni, en regard des orifices (26), de pastilles (28, 36). 70) Accumulateur selon la revendication 6, dans lequel le fond annulaire (4a) de la membrane (4) repose sur un plateau circulaire (34) contretenu par un ressort (35). 80) Accumulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'alésage interne du corps cylindrique (1) a une section plus grande à sa base qu'à sa partie haute. 90) Accumulateur selon la revendication 9, dans lequel l'alésage interne du corps cylindrique (1) comporte à sa base un chanfrein (la), la jonction entre ledit corps cylindrique (1) et le bouchon (3) se faisant par une jupe (3a) dudit bouchon ayant la même épaisseur que la base chanfreinée du corps cylindrique. 100) Accumulateur selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la membrane (4) est fixée au moyen d'une rondelle élastique (40) perçée en son centre dont le rebord périphérique extérieur (40b) coince le rebord extérieur (4b) de la membrane dans le coin défini par la jonction entre le bouchon supérieur (2) et le haut du corps cylindrique et dont le rebord (40a) du perçage interne bloque le haut du manchon (21) de la membrane (4) dans une gorge (33) ménagée dans le tirant (17). 110) Procédé de mise en tension préalable d'un accumulateur selon les revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'on applique au moyen d'un verin hydraulique (38) une pression sur les pièces (1,2,3) constituant l'accumulateur et une traction sur le tirant central (17) puis on visse l'écrou (20) sur la tige filetée jusqu'à blocage contre le bouchon supérieur (2) ce après quoi on relâche la pression hydraulique 120) Clapet de surpression pour circuit hydraulique constitué par un accumulateur selon l'une des revendications précédentes.