Brevet FR2614944A1 — publié le 19881110

DISPOSITIF POUR LA PRODUCTION D'UN DEBIT DE FLUIDE HAUTE PRESSION, EN PARTICULIER DE LIQUIDE L'invention concerne un dispositif permettant de produire un débit de fluide à haute ou très haute pression, en particulier un débit de liquide, pour la coupe de matières telles que des plastiques, du bois, du carton, du caoutchouc, des matériaux composites, etc... et/ou pour le nettoyage de matières de ce type et de matières très dures. On sait déjà produire un jet de fluide, par exemple de liquide, sous très haute pression, en utilisant un amplificateur de pression comprenant un vérin basse pression et un vérin haute pression associés dont les pistons sont solidaires et ont des sections différentes, le vérin basse pression étant alimenté par un fluide de commande sous pression, tandis que le vérin haute pression est alimenté-en fluide, par exemple en liquide, à pression ambiante et délivre, au moyen d'une buse montée en sortie de son cylindre, un jet à une pression qui est égale à la pression du fluide de commande multipliée par le rapport des surfaces en section transversale du piston du vérin basse pression et du piston du vérin haute pression. -Il est également connu d'associer un vérin basse pression à deux vérins haute pression qui sont montés en opposition de part et d'autre du piston du vérin basse pression et dont les orifices de sortie de fluide sous pression sont raccordés à une même ligne de sortie pour la production d'un débit sensiblement continu de fluide à haute pression. Toutefois, comme l'un des vérins haute pression est dans une phase d'aspiration de fluide à comprimer lorsque l'autre vérin haute pression est dans une phase de compression de ce fluide, et inversement, il se produit nécessairement une chute de pression au renversement de marche de chaque vérin haute- pression.Pour minimiser ces variations cycliques de pression, on est conduit à utiliser une capacité tampon entre la sortie des vérins haute pression et la buse de projection, et à prévoir des distributeurs et des systèmes de renversement de marche à fonctionnement extrêmement rapide, qui sont difficiles à mettre au point et qui sont également très coûteux. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure et de permettre, entre autres, la production d'un débit continu de fluide à une pression très élevée sensiblement constante, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une capacité tampon ou des moyens très rapides de renversement de marche. L'invention propose à cet effet un dispositif pour la production d'un débit de fluide a haute pression, en particulier de liquide, comprenant au moins un vérin basse pression et un vérin haute pression associés dont les pistons sont solidaires, des moyens de commande et d'alimentation du vérin basse pression et des moyens d'alimentation du vérin haute pression en fluide à comprimer, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux ensembles de tels vérins basse pression et haute pression, ces deux ensembles étant montés en parallèle entre une source de fluide hydraulique sous pression pour la commande des vérins basse pression, une source de fluide à comprimer pour l'alimentation des vérins haute pression, et une ligne de sortie du fluide comprimé par les vérins haute pression, le dispositif comprenant également des moyens de détection du passage des pistons des deux ensembles par un point prédéterminé de leur course de compression, et des moyens de commande des vérins basse pression propres à déclencher le début de la course de compression des pistons d'un ensemble quand les pistons de l'autre ensemble passent par le point prédéterminé de leur course de compression, et à assurer le retour des pistons d'un ensemble en position de début de course de compression avant que les pistons de l'autre ensemble aient atteint le point prédéterminé de leur course de compression. Grâce à ce montage en parallèle de deux ensembles de verins, on obtient en sortie un débit sensiblement continu du fluide sous une pression qui est sensiblement constante, le renversement de marche de l'un des vérins haute pression ne produisant aucune modification sensible de la pression du fluide en sortie, puisqu'il a lieu alors que la pression de sortie du fluide est fournie par l'autre vérin haute pression De préférence, les vérins haute pression de ces ensembles sont reliés par des clapets anti-retour, d'une part a une même alimentation de fluide à comprimer, d'autre part a une même ligne de sortie du fluide comprimé. L'invention prévoit également que les vérins basse pression de ces ensembles sont reliés par des distributeurs a une source de fluide hydrauli que sous pression, telle par exemple qu'un groupe moto-pompe ayant une ~pression maximum de sortie de l'ordre de 200 bars. Cette pression de commande des vérins basse- pression permet d'obtenir, en sortie des vérins haute pression, une pression de fluide de l'ordre de 4000 bars lorsque le rapport des sections effectives des pistons du vérin basse pression et du vérin haute pression est de l'ordre de 20 à 25. Les vérins basse pression sont également reliés à une source de fluide hydraulique sous pression telle qu'une capacité oléopneumatique, permettant d'assurer un retour rapide des pistons des vérins en position de début de course de compression. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront à lalecture de la description explicative qui va suivre, faite À titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention - les figures 2 et 3 sont des graphes représentant schématiquement la courbe de pression à la sortie de ce dispositif, et les déplacements des pistons. Le dispositif de la figure 1 comprend deux ensembles identiques 10, 12 formant chacun un amplificateur de pression, qui sont montés en parallèle entre une source 14 de fluide de commande sous pression, une source 16 de fluide a comprimer, et une ligne18 de sortie menant a une buse 20 de projection d'un jet de fluide sous pression. Chaque ensemble 10, 12 comprend un vérin basse pression 22 associé a un vérin haute pression 24, les pistons 26, 28 de ces vérins étant solidaires et ayant des sections transversales différentes, par exemple dans un rappcrt de 20/1 à 25/1. Le piston 26 du vérin basse pression 22 est mobile en translation dans une chemise cylindrique 30 dont les extrémités sont fermées par des embouts 32, 34 respectivement, reliés entre eux par des tirants (non représentés. Un distributeur 36 de fluide hydraulique sous pression est monté sur les embouts 32, 34 et est relié à la source 14 de fluide de commande sous pression. La chambre entre le piston 26 et l'embout 34 est reliée en permanence, a une capacité oléopneumatique 38 formant ressort et fournissant une pression hydraulique pour le retour rapide du piston 26 en position de début de course de compression, comme cela sera expliqué plus en détail dans ce qui suit. L'embout 32 comprend un passage 40 de fluide sous pression, relié au distributeur et débouchant à l'intérieur de la chemise 30 sur la face du piston-26 qui est opposée au piston 28. L'embout 34 comprend un canal 42 de passage de liquide sous pression, qui débouche dans la chemise 30 de l'autre côté du piston 26, c'est-À-dire sur sa face associée au piston 28, et qui est relié directement à la capacité 38. Le vérin haute pression 24 comprend un cylindre 44 monté sur une face d'extrémité de l'embout 34 au moyen d'un raccord 46 vissé sur une partie d'extrémité filetée de l'embout 34. Ce raccord vissé 46 est dimensionné de façon suffisante pour réaliser avec l'embout 34 et le cylindre 44 un ensemble monobloc indéformable permettant d'assurer l'étanchéité nécessaire par rapport au fluide mis sous pression élevée dans le cylindre 44. L'extrémité libre du cylindre 44 comprend un canal 48 de sortie de fluide sous pression, raccordé par un clapet anti-retour 50 à la ligne 18 de sortie, et un canal 52 d'alimentation en fluide à comprimer, relié par un clapet anti-retour 54 à la source 16. Chaque ensemble 10, 12 comprend également un moyen de détection du passage du piston 26 ou 28 par un point prédéterminé de sa course de compression, ce moyen étant représenté ici sous forme d'un micro-interrupteur 56 déclenché par le piston 26 lorsque celui-ci arrive au voisinage de la fin de sa course de compression. Chaque micro-interrupteur 56 est relié a un circuit 58 de commande des distributeurs 36 comprenant des moyens numériques à retard ajustable. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante La source 14 de fluide de commande sous pression est par exemple un groupe moto-pompe fournissant une pression de sortie de 200 bars, qui est appliquée par un distributeur 36 et le canal 40 de l'embout 32, sur la face d'extrémité d'un piston 26 opposée au piston 28. Sous l'effet de cette pression, le piston 26 se déplace vers la droite en figure 1, en déplacant dans le même sens le piston 28 a l'intérieur du cylindre 44. Le liquide présent dans le cylindre 44 est donc expulsé de ce cylindre par le passage de sortie 48 et gagne la buse d'ejection 20.On voit que les clapets anti-retour 50 et 54 sont agencés de telle sorte que, quand un piston 28 est déplacé vers la droite en figure 1 a l'intérieur de son cylindre 44, le liquide sortant de ce cylindre gagne la buse de sortie 20 sans pouvoir passer vers le cylindre 44 de l'autre ensemble ou. vers la source 16. Quand le piston 26 d'un ensemble 10, 12 arrive à la fin de sa course de compression, le distributeur 36 relie le passage 40 à un conduit de retour à une bâche. La capacité oléopneumatique 38 qui délivre une pression de l'ordre de 10 à 20 bars par exemple, assure un retour rapide du piston 26 au début de sa course de compression (3 l'extrémité gauche du vérin 22 en figure 1). Ce retour du piston 26 s'accompagne d'un déplacement vers la gauche du piston 28, qui se traduit par une aspiration de liquide dans la source 16, au moyen du canal 52 et du clapet anti-retour 54. Le cylindre 44 se remplit ainsi de liquide, qui sera ensuite expulsé sous pression élevée par le canal 48 lors de la prochaine course de compression des pistons 26, 28. On comprend que si les ensembles- basse pression - haute pression 10, 12 du dispositif de la figure -1 fonctionnent en alternance, on obtient en sortie de la buse 20 un débit sensiblement continu de fluide ayant une pression très élevée, qui peut atteindre 4000 bars (l'orifice de sortie de la buse 20 ayant un diamètre de 0,12 à 0,3mu par exemple). Pour que cette pression de sortie soit sensiblement constante, l'invention a prévu de détecter le passage du piston 26, 28 d'un des deux ensembles 10, 12 par un point déterminé de sa course de compression pour déclencher le début de la course de compression du piston 26, 28 de l'autre ensemble. De plus, lorsqu'un piston 26, 28 arrive à la fin de sa course de compression, son retour au début de cette course est suffisamment rapide pour être terminé avant que le piston 26, 28 de l'autre ensemble ait atteint le point déterminé de sa course de compression. On a représenté très schématiquement en figure 2 la variation de la pression a la sortie de la buse 20. La partie OA de la courbe représente la montée pression à la sortie du vérin haute pression 24 de l'ensemble 10 par exemple, au début de la course de compression du piston 26, 28. La. partie AB de la courbe représente la pression à la sortie même vérin haute pression 24 pendant la course de compression du piston 26, 28, et la partie B-C de la courbe représente la chute de pression a la fin de la course de compression du piston 26, 28 du même ensemble 10, la partie C-D de la courbe représentant le retour du piston au début de sa course de compression.Grâce au détecteur 56, le passage du piston 26, 28 de l'ensemble 10 par un point prédéterminé de sa course de compression (correspondant par exemple à 90 % de cette course) est détecté et transmis au circuit 58 pour commander le début de la course de compression du piston 26, 28 de l'autre ensemble 12. En figure 2, la partie O'A' de la courbe en traits pointillés représente la mise en pression a la sortie du vérin haute pression 24 de l'ensemble 12, la partie A'B' de la même courbe représente la pression à. la sortie de vérin 24 de l'ensemble 12 pendant la course de compression du piston 26, 28, la partie B'C' de cette courbe représente la chute de pression au renversement de marche, et la partie C'-D' correspond au retour du piston 26, 28 de l'ensemble 12 au début de sa course de compression. Grâce au chevauchement A'B et AB' des courses de compression qui est ainsi obtenu, la pression en sortie de la buse 20 est maintenue à une valeur sensiblement constante représentée par le segment de droite AA'BAB'A'.... La figure 3 représente de façon correspondante les déplacements des pistons des deux ensembles 10 et 12 : OB1 représente la course de compression du piston de l'ensemble 10, BlC représente le retour de ce piston à sa position de début de course de compression, D1B1 représente la course de compression suivante du même piston, etc.... De même, O'Bî, B'1C'1 et D'1B1 représentent respectîvement la course de compression, le retour et la course de compression suivante du piston de l'ensemble 12. La durée d'un cycle compression-retour d 'un ensemble 10, 12 est par exemple d'une seconde, avec une course de compression de100 mm. Avantageusement, lorsque le passage du piston de l'un des ensembles par le point prédéterminé de sa course de compression est détecté par le moyen 56, le circuit 58 qui commande alors le début de la course de compression du piston de l'autre ensemble, commande également avec un retard ajustable (par exemple de 1/100 s quand le dispositif fournit une pression de sortie de 4000 bars) le retour du premier ensemble. Quand un distributeur 36 relie au retour à la bâche le passage 40, la pression de fluide appliquée en permanence sur le piston 26 par la capacité 38 assure un retour rapide de ce piston.Comme on le voit en figure 1, chaque piston 26 comprend des moyens d'amortissement de la fin de sa course de retour, tels par exemple qu'un doigt cylindrique qui s'engage avec un jeu faible dans un'chambrage de l'extrémité du passage 40. Un dispositif selon l'invention est capable de fournir à la sortie de la buse 20 un jet d'eau à une pression de 4000 bars avec un débit de 4 litres par minute. Ce jet d'eau peut être utilisé pour la coupe des matières les plus diverses, le nettoyage de matériaux durs, etc.... On peut bien entendu utiliser, à la place de l'eau, d'autres liquides, et notamment des liquides vaporisables à température ambiante, tel que le fréon par exemple. De façon générale, le dispositif selon l'invention est applicable à la production d'un débit continu de fluide à une pression très élevée sensible ment constante. Bien entendu, les pistons 28 des vérins haute pression 24 des ensembles 10 et 12 doivent être associés à des joints d'étanchéité capables de résister aux pressions développées, ces joints étant avantageusement du type décrit dans le brevet français nO 2 399.593 ou no 2 580 764 de la demanderesse. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la production d'un débit de fluide à haute pression, en particulier de liquide, comprenant au moins un vérin basse pression (22) et un vérin haute pression (24) associés dont les pistons (26, 28) sont solidaires, des moyens (36) de commande et d'alimentation du vérin basse pression, et des moyens (16) d'alimentation du vérin haute pression (24) en fluide à comprimer, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux ensembles (10, 12) de tels vérins basse pression'et haute pression, ces deux ensembles étant montés en parallèle entre une source (14) de fluide hydraulique sous pression pour la commande des vérins basse pression (22), une source (16) de fluide à comprimer pour l'alimentation des vérins haute pression (24) et une ligne (18) de sortie du fluide comprimé par les vérins haute pression, le dispositif comprenant également des moyens (56) de détection du passage des pistons (26, 28) des deux ensembles par un point prédéterminé de leur course de compression, et des moyens (58, 36) de commande des vérins basse pression propres à déclencher le début de la course de compression des pistons (26, 28) d'un ensemble quand les pistons (26, 28) de l'autre ensemble passent par le point prédéterminé de leur course de compression, et à assurer le retour des pistons (26, 28) d'un ensemble au début de leur course de compression avant que les pistons de l'autre ensemble aient atteint le point prédéterminé de lueur course de compression. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vérins haute pression (24) des ensembles (10, 12) sont reliés par des clapets antiretour (54, 50) d'une part à une même alimentation (16' de fluide comprimer, d'autre part à une même ligne (18) de sortie du fluide comprimé. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les vérins basse pression des ensembles (10, 12) sont reliés par des distributeurs (36) à une source (14) de fluide hydraulique sous pression telle par exemple qu'un groupe moto-pompe ayant une pression maximale de sortie- de l'ordre de 200 bars. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les vérins basse pression sont reliés en permanence à une source de fluide hydraulique sous pression, telle qu'une capacité oléopneumatique (38) assurant un retour rapide des pistons (26, 28) des vérins au début de leur course de compression. 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit point prédéterminé se trouve au voisinage de la fin de la course de compression des pistons (26, 28) des vérins desdits ensembles. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (56) pour commander le retour des pistons (26, 28) de chaque ensemble dans leur position de début de compression, avec un retard ajustable par rapport à leur passage par le point prédéterminé de leur course - de compression. 7) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (18) de sortie du vérin haute pression se termine par une buse (20) de projection d'un jet de fluide à débit sensiblement continu et sous pression élevée constante de l'ordre de 4000 bars.