Brevet FR2511441A1 — publié le 19830218

DISPOSITIF DE POMPE HYDRAULIQUE A DEBIT VARIABLE ET PROCEDE DE DETERMINATION DE PARAMETRES DE CELUI-CI L'invention concerne une pompe hydrauli- que à débit variable et une soupape de régulation de débit pour la régulation d'un débit constant par la mesure de la différence de pression au niveau d'un étranglement, soupape de régulation dont le piston de commande est rappelé par un ressort étalonné. De telles pompes travaillent soit avec une pompe constante et un moteur hydraulique de régulation, soit avec un moteur constant et une pompe hydraulique de ré- gulation La présente invention englobe ces deux possibilités. De tels dispositifs sont connus et dé- crits par exemple dans la demande de brevet allemand DE-OS 29 04 474 et sont utilisés pour commander hydrostatiquement des machines auxiliaires de locomotive diesel, telles que compresseurs, ventilateurs, génératrice de courant alternatif, ou autres, qui doivent tourner à vitesse constante, indépen- damment de la vitesse de rotation de la pompe ou de la pression hydraulique instantanée Dans ces installations connues, les inévitables variations de température et donc de viscosité de l'huile entraînent des décalages importants de vitesse des commandes régulées ce que provoque un glissement de la diffé- rence de pression au niveau de l'étranglement De plus, des variations de la vitesse de rotation sont provoquées par la mise en service ou hors service de moteurs hydrauliques se- condaires, les variations de pression et de viscosité en dé- coulant faisant fluctuer l'écoulement de l'huile dans la sou- pape de régulation et dans le moteur hydraulique Une augmen- tation de la température de l'huile fait tomber la vitesse de rotation à maintenir constante et une augmentation de la pression, par exemple due à la mise en service du compresseur, entraîne une augmentation de la vitesse de rotation. L'invention a pour objectif de fournir un dispositif du genre décrit cidessus mais dans lequel le débit reste essentiellement constant, dans des limites de to- lérance très étroites, quelles que soient les fluctuations de viscosité ou les variations de pression. L'invention atteint cet objectif au moyen d'un dispositif dans lequel une pièce intermédiaire, relativement fortement compressible et présentant un coeffi- cient de dilatation au moins égal au triple de celui de l'a- cier, est agencée contre le ressort étalonné, du côté o ce- lui-ci appuie sur le piston C'est-à-dire que ladite pièce intermédiaire est agencée entre le ressort étalonné et le piston de commande. On a pu constater qu'une soupape de ré- gulation, construite selon la façon étonnamment simple de l'invention, n'est pas sensible aux deux influences néfastes décrites, si bien que, pour une combinaison appropriée de la pièce intermédiaire, du ressort étalonné et de l'étranglement, on obtient un débit suffisamment constant, c'est-à-dire un glissement minimal de la vitesse de rotation, aussi bien lors de variations importantes de viscosité que de grands écarts de pression, et cela même lorsque le débit est élevé Lorsque la température augmente, la pièce intermédiaire se dilate et pousse le piston dans la direction des vitesses élevées A l'inverse, la pression hydraulique comprime la pièce intermé- diaire qui, grâce à sa forte compressibilité, c'est-à-dire son faible module d'élasticité, pousse le piston dans-la direction des vitesses faibles. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la pièce intermédiaire est constituée par un bloc de matière synthétique résistant à la chaleur et à la pression. On utilise par exemple du polytétrafluoréthylène (PTFE) Ce matériau présente, dans la plage des températures en cause, un coefficient de dilatation linéaire, variable suivant la tempé- rature et compris entre 150 10-6 et 160 10-6, c'est-à-dire en- viron 14 fois celui de l'acier Son module d'élasticité est compris entre 430 et 750, soit une fraction du module d'élas- ticité de l'acier, voire même de l'aluminium. Pour une installation donnée, l'adapta- tion de la longueur de la pièce intermédiaire au ressort éta- lonné et à l'étranglement se fait de façon relativement faci- le car le ressort et la pièce intermédiaire peuvent être lé- gèrement posés et déposés A cette fin, on établit par exemple des points de mesure avec deux longueurs de pièces intermé- diaires, différentes et assez éloignées l'une de l'autre, la longueur souhaitée étant établie par interpolation linéaire de ces valeurs. Selon un autre mode préférentiel de réa- lisation, la pièce intermédiaire peut être une botte de pres- sion métallique emplie, au moins partiellement, de mercure. Le mercure présente en effet un coefficient de dilatation re- lativement élevé qui est d'environ 16,5 fois celui de l'acier. D'autres caractéristiques de l'invention se dégageront de la description qui suit, en référence aux dessins annexés faisant partie intégrante de la présente des- cription et dans lesquels: la figure 1 représente un schéma de la commande hydrostatique d'une machine auxiliaire de locomotive diesel, la figure 2 représente une coupe longi- tudinale d'une soupape de régulation munie de la pièce inter- médiaire de compensation selon l'invention, et la figure 3 représente un diagramme donnant les courbes température de l'huile vitesse de rota- tion d'une machine auxiliaire hydrostatique avec une soupape de régulation munie, et non-munie de la pièce intermédiaire de compensation. Sur le schéma de la figure 1, une pompe hydraulique 5, à débit variable, est entraînée par le moteur diesel 4 d'une locomotive, moteur diesel soumis à des varia- tions de vitesse La pompe alimente un moteur hydraulique 7, à volume constant, par une conduite de pression 6, le moteur 7 entratnant un compresseur décommutable à piston 10 lorsqu'est actionnée une soupape de commande 9 d'une conduite de dériva- tion 8 En série avec la commande du compresseur est alimenté un autre moteur hydraulique à volume constant Il qui entraîne un ventilateur 12 du moteur Sur une conduite de dérivation 13 du moteur 11 est montée une soupape 14 de coupure et de limi- tation de pression Les conduites de retour d'huile des deux moteurs 7 et 11 au carter d'huile 16 sont représentées en 15. La pompe hydraulique 5 est commandée par une soupape de régu- lation de débit 17 fonctionnant par mesure de la différence de pression existant de part et d'autre d'un étranglement 18. La soupape de régulation de débit 17 et l'étranglement 18 sont représentés agrandis sur la figure 2. L'huile débitée par la pompe 5 pénètre dans l'étranglement 18 par la partie 19 de la conduite de refoulement En amont de l'étranglement, une conduite 20 est reliée à un espace annu- laire 22 prévu sur le piston de commande 21 de la soupape de régulation et en aval de l'étranglement, une conduite 23 est reliée à la chambre 24 du ressort de la soupape de régulation. Le piston de commande 21 est disposé contre une pièce intermé- diaire de compensation 25 en polytétrafluoréthylène, dans la chambre du ressort 24, et un ressort étalonné 26 s'appuie con- tre le bottier 27 de la soupape Une conduite de refoulement 28 relie la soupape de régulation de débit à un mécanisme de réglage de la pompe et l'écoulement de l'huile déviée et de celle de fuite vers le carter 16 se fait par une conduite 29, à travers la pompe 5 De la conduite de refoulement 20 part une autre conduite 30 reliant l'espace 31 situé devant le pis- ton de commande 21. Des variations de température da l'hui-le entraînent des variations de la viscosité, ce qui crée des é- carts de pression au niveau de l'étranglement 18 A cause de cela et aussi à cause des pertes d'huile de fuite dans le pis- ton de commande 21 et dans les moteurs 7 et 11, lorsque la température augmente, le piston, sans pièce intermédiaire 25, se déplace dans le sens d'une diminution de la vitesse, c'est- à-dire vers la gauche figure 2 La pièce intermédiaire 25, baignant dans l'huile, contrecarre cette tendance grâce à sa dilatation linéaire et la compense substantiellement De même, une augmentation de pression due à la mise en service du com- presseur entraîne une tendance du piston à glisser dans le sens d'une augmentation de vitesse, c'est-à-dire vers la droite fi- gure 2, tendance compensée par la pièce intermédiaire 25 qui se raccourcit linéairement sous l'effet de fortes pressions Gra- ce à un choix approprié de la pièce intermédiaire 25 en PTFE, du ressort étalonné et de l'étranglement, on peut maintenir les glissements de vitesse dans une plage de tolérance très étroite. Le diagramme de la figure 3 donne à l'ap- pui d'essais effectués les valeurs de la température de l'huile'r' en fonction de la vitesse de rotation h pour une soupape de régulation sans pièce intermédiaire de compensation (index 1) et avec une pièce intermédiaire de compensation (index 2). Les courbes pleines ont été relevées avec seulement le venti- lateur en fonctionnement (V 1, V 2) et les courbes en pointil- lés avec le ventilateur et le compresseur en fonctionnement ((V+K) 1, (V+K) 2). Avec le ventilateur seul en fonctionne- ment, la pression est de 85 bars tandis qu'avec le ventilateur et le compresseur en fonctionnement, la pression est de 260 bars. Le diagramme montre clairement que sans pièce intermédiaire de compensation, la vitesse tombe forte- ment lorsque la température de l'huile augmente, alors qu'avec la pièce intermédiaire de compensation, les variations de vi- tesse sont de = l % pour une variation de température de plus de 300 C La mise en service du compresseur provoque une aug- mentation de pression de 85 à 260 bars, ce qui entraîne, sans pièce intermédiaire de compensation et à température constante une variation de vitesse de 5 % et davantage se réduisant à 1 % avec la pièce intermédiaire de compensation, ce qui est négligeable - REVENDICATIONS 1/ Dispositif comprenant une pompe hy- draulique ( 5) à débit variable avec une soupape de régulation de débit ( 17), en vue d'obtenir un débit constant, par la me- sure de la différence des pressions existant de part et d'au- tre d'un étranglement ( 18), soupape de régulation dans laquel- le un piston de commande ( 21) est rappelé par un ressort éta- lonné ( 26), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une pièce intermédiaire ( 25) à haute compressibilité et dont le coefficient de dilatation est au moins le triple de celui de l'acier, est agencée contre l'extrémité du piston de commande ( 21) sur laquelle s'appuie le ressort étalonné ( 26). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire ( 25) est agencée entre le ressort étalonné ( 26) et le piston de commande ( 21). 3/ Dispositif selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire ( 25) est constituée par un bloc de matière synthétique-résis- tant à la pression et à la chaleur. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire ( 25) est en poly- tétrafluoréthylène. 5/ Dispositif selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire ( 25) est constituée par une botte de pression métallique fer- mée et remplie au moins partiellement de mercure. 6/ Procédé de détermination, pour un cas d'utilisation donné, de la longueur de la pièce intermé- diaire ( 25) en matière synthétique décrite-dans l'une des re- vendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on établit des points de mesure avec deux longueurs différentes et rela- tivement éloignées l'une de l'autre, et que l'on détermine la longueur souhaitable par interpolation linéaire.