Brevet FR2536495A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne de manière générale les accumulateurs hydrauliques, et se rapporte plus précisément à leurs propriétés d'amortissement des ondes de pression le long d'une ligne hydraulique. Les accumulateurs hydrauliques connus à ce jour sont le plus souvent constitués dlun réservoir, branché en dérivation en cul- de - sac sur une ligne hydraulique, dont llespace inté- rieur est séparé par une membrane souple étanche en une chambre d'accumulation de liquide communiquant avec la ligne hydraulique, et une poche de gaz adaptée à recevoir une masse variable de gaz par introduction ou soutirage au travers d'un organe d~alimentation de gaz ; on parle alors d'accumulateurs hydro-pneumatiques - En fait de tels dispositifs ont une double fonc tion : assurer à volonté des opérations de charge ou de décharge de liquide (donc d'énergie), et assurer un amortissement des ondes de pression existant au sein du liquide en écoulement dans la ligne hydraulique, lesquelles entrai- nent l'apparition de vibrations sonores, parfois appelées bruits hydrauliques, dont le niveau peut se révéler extremement gênant. Il s'avère en fait que ces dispositifs présentent plusieurs inconvénients. Ainsi, il existe toujours une masse neutre "m" non négligeable comprise entre la ligne hydraulique et la masse de gaz ; or cette masse neutre est préjudiciable à un amortissement des ondes de pression, donc un filtrage acoustique, qui soit efficace sur une large bande de fréquences : les accumulateurs actuellement sont des filtres acoustiques très sélectifs. En outre, les "allers-retours" d'ondes entre poche de gaz et ligne hydraulique peuvent amener le dispositif en résonance, donc à accroître et non pas atténuer le phénomène à combattre. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et vise notamment à la suppression pure et simple de la ligne "aller-retour" entre accumulateur et ligne hydraulique, à une annulation de la masse hydraulique à l'intérieur de l'accumulateur, et à une diminution de la vitesse en débit de la masse en écoulement par accroissement de la section de passage du liquide par rapport à l'art antérieur. L'invention propose à cet effet un dispositif hydraulique, destiné à être branché sur une ligne hydraulique en vue diy amortir les oscillations de pression,caractérisé en ce qu'il cDmporke une vessie tubulaire radialement souple, étanche aux liquides, et agencée pour être axialement interposée entre deux tronçons de ladite ligne hydrauliquegauxquels elle est connecté de manière étanche, tout en canalisant lgécoulement entre ces deux tronsons. Tout en donnant lieu à des capacités importantes d'accumulation, l'invention donne lieu à un filtrage acoustique efficace sur une large bande de fréquences, en raison notamment de ce que l'ensemble de la masse de liquide en écoulement traverse le filtre-accumulateur L'invention préconise tout particulièrement d'interposer radialement ladite vessie entre un corps extérieur, et une paroi tubulaire interne pers forée, adaptés à limiter dans les deux sens les variations de volume de ladite vessie entre ses configurations de charge et de décharge. La sécurité d'usage de l'accumulateur s'en trouve ainsi renforcée. Il est à préciser qu'un accumulateur selon l'in vention,-cbmpte tenu de ses caractéristiques élevées de filtrage acoustique peut, le cas échéant, être utilisé en filtre acoustique uniquement, sans mise en oeuvre de sa fonction d'accumulation, d'où sa dénomination générale, de dispositif hydraulique. L'invention concerne donc surtout un filtre hydraulique acoustique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue latérale en coupe partielle d'un dispositif hydraulique selon l'invention la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 selon un mode préféré de réalisation la figure 3 est une vue de détail de la figure 2 selon une variante de réalisation la figure 4 est un diagramme d'analyse par bande de fréquences du bruit associé à une installation hydraulique classique ; et la figure 5 est un diagramme d'analyse par bande de fréquences du bruit associé à une installation hydraulique équipée d'un dispositif selon l'invention. Tel que représenté à la figure 1, à titre d'exem ple, un dispositif hydraulique ousaccùmulateur 1 selon l'invention est intercalé entre deux tronçons (non représentés) d'une ligne hydraulique, auxquels il est relié de façon étanche par des raccords 10 et il de type quelconque connu. De par ce montage en ligne, l'invention conduit donc en particulier à un encombrement transversal bien moindre que dans l'art antérieur. L'accumulateur 1 est symétrique du point de vue structure, ainsi que du point de vue montage le sens de l'écoulement liquide au travers de l'accumulateur 1 est indifférent, chacun des raccords 10 et 11 étant adapté à constituer, selon ses conditions de montage sur la ligne hydraulique, et les conditions de fonctionnement de cette dernière, aussi bien l'entrée que la sortie de l'accumulateur 1. Cet accumulateur 1 comprend une paroi tubulaire 12 dont le diamètre intérieur peut être choisi arbitrairement. Compte tenu de ce que de trop grandes vitesses d'écoulement sont à éviter, il est préférable que ce diamètre intérieur soit supérieur au égal à celui des tubes constitutifs des tronçons de ligne hydraulique adjacents. Son diamètre extérieur est réduit auprès de ses extrémités. Cette paroi 12 comporte des perforations radiales 13, réparties sur la figure 1 en 4 alignements longitudinaux d'autres variantes de disposition peuvent être proposées dans le cadre de l'invention. La paroi tubulaire 12 est entourée par un corps d'accumulateur tubulaire 14 qui définit avec elle une chambre d'accumulation 15. Les extrémités du corps 14 con vergent vers ladite paroi 12 à laquelle elles sont reliées par l'intermédiaire de couronnes de liaison 16 fermant ladite chambre d'accumulation 15.Ces couronnes 16 sont constituées d'une pièce cylindrique 16a, intercalée radialement entre la paroi tubulaire 12 et l'une des extrémités du corps 14, dont l'extrémité la plus extérieure au dispositif 1 comporte une collerette radiale 16b, formant épaulement, intercalée axialement entre ladite extrémité du corps 14 et une pièce de fixation 17 immobilisée axialement sur la paroi tubulaire 12 au moyen d'une saillie radiale 18 tournée vers l'axe du dispositif 1 coopérant avec une rainure circonférentielle 19 ménagée sur la surface extérieure de la paroi tubulaire 12. Un joint annulaire d'étanchéité 20 est disposé entre la couronne 16 et chacune des extrémités du corps 14. Une vessie tubulaire souple 21 étanche est dis posée autour de la paroi tubulaire 12 rigide, à l'intérieur de la chambre d'accumulation 15. Ses extrémités sont interposées radialement avec pression entre la portion cylindrique 16a de la couronne de liaison 16 et la paroi tubulaire 12 dans ses zones de diamètre extérieur réduit. La vessie 21 est bordée à ses extrémités par des bourrelets 22 coopérant avec une seconde rainure circonférentielle de la paroi tubulaire 12. Cette vessie 21 est, au repos, plaquée élastiquement, radialement, autour de la paroi tubulaire 12. L'élargissement de ladite paroi entre les rainures de fixation des bourrelets 22 favorise avantageusement un bon contact entre vessie 21 et corps tubulaire 12. Cette vessie 21 est en outre avantageusement en légère traction axiale de manière à améliorer son placage élas- tique autour de la paroi tubulaire 12. La vessie 21 assure une isolation étanche entre une chambre à gaz 23, délimitée par ladite vessie et le corps 14, et l'intérieur de la paroi tubulaire 12 traversé par du liquide en écoulement circulant le long de la ligne hydraulique. Au moins un organe de retenue de gaz 30 est ména- gé au travers du corps 14 pour l'alimentation appropriée en gaz de la chambre à gaz 23. Une gaine cylindrique perméable ou manchon 25 est avantageusement disposée radialement entre la paroi tubulaire 12 et la vessie 21 ; son râle apparaîtra plus loin. Au moins un déflecteur 27 est en outre avantageusement disposé sur le trajet du liquide de manière à doter l'écoulement de ce dernier d'une composante radiale. En fonctionnement, une partie du liquide incompressible qui circule le long de la ligne hydraulique traverse la paroi tubulaire 12 à la faveur des perforations 13, puis la gaine perméable 25, et exerce sur la vessie 21 une pression radiale qui tend à la faire décoller de la surface de la paroi perforée 12. Cette pression, conformément aux lois de l'hydraulique, est d'autant plus élevée que la vitesse d'écoulement du liquide est faible, à énergie donnée, et est d'autant plus importante, à vitesse d'dcou- lement donnée, que le déflecteur 27 confère à l'écoulement une composante radiale élevée. La présence de ce dernier est donc d'autant plus avantageuse que l6coulemant est rapide. L'expansion de la vessie 21, sous l'effet de cette pression, provoque une compression du gaz préalable- ment introduit dans la chambre à gaz 23, lequel s'oppose à ladite expansion. La vessie 21 s'écarte radialement de la paroi tubulaire 12 jusqu'à ce qu'elle soit soumise de la part du gaz à une pression égale à celle appliquée par le liquide. La vessie délimite alors avec la paroi tubulaire 12 une réserve de liquide dont le .#olume, toujours inf6- rieur à celui de la chambre d'accumulation 15, est d'autant plus élevée que la masse de gaz introduite dans la chambre à gaz 23 est faible. Cette réserve de liquide peut être remise en circulation dès lors qu'un déséquilibre entre les pressions gaz/liquide intervient. La vessie 21 est alors ramenée vers la paroi tubulaire 12. Il est à noter que, contrairement aux accumulateurs de l'art antérieur, l'invention conduit à la remise en circulation de la totalité de la réserve de liquide. L'intérêt principal du manchon 25 est d'empêcher que, sous l'effet de la surpression de gaz, la vessie ne soit, très localement, sollicitée mécaniquement de manière trop importante vers l'intérieur des perforations 13, auquel cas la vessie risquerait de se déchirer. La rigidité ou la souplesse) de la gaine 25 est intermédiaire entre celle de la vessie 21 et de la paroi 12 de manière à pouvoir empêcher toute déformation excessive de la vessie 21 au regard des perforations 13. Plus la gaine est rigide, plus ces perforations 13 peuvent être larges, ce qui conduit à des pertes de charge plus faibles. La figure 2 illustre un mode préféré de réalisation de l'organe de retenue de gaz. Il s'agit d'un ensemble 31 à clapet 32 adapté à assurer une isolation de la chambre à gaz 23 vis havis de l'extérieur qui est d'autant plus étanche que la pression régnant à l'intérieur de ladite chambre est élevée puisque le clapet 32 est orienté vers l'intérieur Un tel ensemble à clapet 31 diffuse avantageusement la veine d'écoulement de gaz lors du remplissage de la chambre à gaz 23, ce qui évite tout jet concentré localement sur la vessie Il est à noter que l'introduction de gaz, quelle que soit en fait la nature de l'organe 30, se fait préfé- rentiellement au voisinage d'une extrémité du corps 14 le perçage associé audit organe 30 est ainsi ménagé dans une surépaisseur dudit corps 14 qui est obtenue lors de la réalisation par forgeage des extrémités arrondies dudit corps (ce qui est favorable du point de vue résistance mécanique). En outre, la vessie ne décolle sensiblementde la paroi tubulaire, compte tenu de la variation précitée de diamètre extérieur de cette dernière, que lorsque la réserve de liquide occupe déjà une part importante de la chambre d'accumulation ; cela fait que la vessie reste toujours à distance de l'organe 30 et n'est pas affectée mécaniquement trop violemment lors des introductions et soutirages de gaz.Il est à noter que la gaine 25 est autonettoyante. La mise en oeuvre d'un ensemble à clapet 31 comme organe de retenue de gaz a en outre pour avantage de per mettre l'alimentation d'un mélange eau/huile sans vaporisation, à la différence de l'art antérieur, ce qui limite les risques d'effet diesel. La figure 3 illustre une variante de fixation de la vessie entre la couronne de liaison 16 et la paroi tubulaire 12 évitant d'avoir à prévoir des bourrelets 22 la fabrication des vessies s'en trouve ainsi considérablement facilitée permettant en particulier l'utilisation de la quasi-totalité des élastomères connus.Cette fixation s'obtient en pliant l'extrémité de la vessie 21 autour d'un premier jonc annulaire 41 (le sens de pliage importe peu), puis en plaçant un second jonc annulaire 42 qui presse l'une contre l'autre les zones de la vessie 21 qui sont adjacentes à la zone de pliage (pour cela le jonc 42 prend appui, par exemple, sur la partie cylindrique de la couronne de liaison 16) Il est à noter que cette dernière comporte un épaulement 26 qui lui est rapporté, à la différence de la figure 10 Un accumulateur selon l'invention assure, outre sa fonction de charge et de décharge de liquide en réserve, un amortissement des oscillations de pression au sein du liquide grâce à la possibilité de déformation latérale de la vessie. Les figures 4 et 5 permettent de juger des carac téristiques d'amortissement d'un accumulateur selon l'invention. Sur la figure 4 est reporté le bruit obtenu sur une installation hydraulique classique dans la bande de bruits hydrauliques, que l'on peut estimer aller de 60 à 600 Hz environ. Les bruits d'origine mécanique, associés à la tôlerie notamment, correspondent à des fréquences plus élevées. Il apparaît sur la figure 4 que le niveau de ces bruits hydrauliques avoisine 40 dB sur une bonne partie de la bande de fréquences considérée. La figure 5, qui correspond à une ligne hydraulique équipée d'un accumulateur selon l'invention, fait par contre apparaître que le niveau de bruits mécaniques est inférieur à 25 dB. Ces caractéristiques particulières d'amortissement obtenues selon l'invention sont dues, au moins en partie, aux faits suivants : Selon l'invention, on supprime la ligne hydraulique "aller-retour" entre accumulateur classique et ligne hydraulique principale. On annule la masse de liquide présente en permanence dans lgaccumulateur, ce qui élargit la bande de filtration en- fréquences ainsi qu'il a été décrit plus haut. La section de passage de liquide est élevée par rapport à l'art antérieur, ce qui réduit la vitesse d'écoulement, et conduit ainsi à un amortissement plus efficace des oscillations de pression. Enfin la totalité de la masse liquide est soumise à l'effet de filtrage. Il est à noter que l'on règle la "raideur" du gaz en faisant varier la quantité de gaz enfermée dans la chambre 23. Il est à noter enfin que la gaine perméable 25 participe également au filtrage en raison de sa raideur propre et de sa perméabilité. Il va de soi que de nombreuses variantes de réalisation peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, la vessie 21 et la gaine 25 peuvent être constituées d'une même pièce composite en élastomère renforcé par des fibres. Par ailleurs, l'accumulateur selon l'invention peut être monté en dérivation, comme un accumulateur classique, en obturant l'une de ses extrémités ; ses caractd ristiques de filtrage acoustique sont alors b en sûr moins élevées. En outre l'orientation des perforations 13 n'est pas nécessairement radiale, ces perforations étant par exemple tournées vers l'une ou l'autre des extrémités de l'accumulateur, facilitant,les unes la charge, les autres la décharge de liquide accumulé. Par ailleurs, on peut prévoir, plutôt que de faire varier la masse de gaz enfermée dans la chambre 23, (auquel cas l'organe 30 n'est plus nécessaire), des moyens mécaniques permettant de comprimer la vessie 2. Il est à noter, par ailleurs1 que dans un mode de réalisation simplifié, pour des pressions de liquide limitées un accumulateur selon l'invention se réduit à une vessie étanche à expansion radiale, le corps d'accumulateur 14 et la paroi 12 ne servant en fait, selon l'invention, qu'à limiter les variations de forme de ladite vessie. Les opérations de restitution de liquide emmagasiné sont alors manuelles, par compression radiale de ladite pression. Un accumulateur selon l'invention est donc hydraulique avant d'être hydro-pneumatique. Dans cette version simplifiée dsun dispositif selon l'invention, la fonction d'accumulateur peut être abandonnée, le cas échéant. REVENDICATIONS 1. Dispositif hydraulique, destiné à être branché sur une ligne hydraulique en vue d'y amortir les oscillations de pression, caractérisé en ce qu'il comporte une vessie tubulaire (21) radialement souple, étanche aux liquides et agencée pour être axialement interposée entre deux tronçons de ladite ligne hydraulique, auqpels elle est connecté de manière étanche, tout en canalisant l'écoulement entre ces deux tronçons 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, disposée à liinté- rieur de ladite vessie (21), une paroi tubulaire (12) co- axiale, dotée de perforations (13), sur laquelle la vessie est pressée de façon étanche à ses extrémités, et contre laquelle ladite vessie est en outre plaquée élastiquement sur toute sa longueur à l'encontre de la pression du liquide. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, à l'extérieur de la vessie (21) dont il est décalé radialement, un corps (14) coaxial dont les extrémités convers gent vers la vessie de manière à définir avec elle une chambre (23) étanche. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps (14) est traversé par un organe de retenue du gaz (30). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'organe de retenue de gaz (30) est disposé au voisinage d'une extrémité du corps (14) dans une portion présentant une surépaisseur. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de retenue (30) est un ensemble (31) à clapet (32), dont le clapet est orienté vers l'intérieur de la chambre (23). 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une gaine perméable (25) est interposée radialement entre la paroi tubulaire (12) et la vessie (21j. 8. Dispositif selon.l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vessie est en élastomère. 9. Accumulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vessie (21)est en un matériau composite formé d'élastomère renforcé par des fibres. 10. Accumulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un déflecteur (27) est disposé dans la vessie (21) de manière à doter le liquide qui la parcourt d'une composante d'dcou- lement radiale.