Brevet FR2736689A1 — publié le 19970117

"Procédés de mesure de débit ou de commande d'une pompe, pompe et installation de projection de produit de revêtement comprenant une telle pompe" L'invention concerne des procédés de mesure de débit ou de régulation d'une pompe, en particulier une pompe à membranes ou à piston dont l'élément mobile est déplacé sous l'effet d'une alimentation en fluide de puissance, telle que, par exemple, une pompe pneumatique ou hydraulique. Elle concerne aussi une pompe permettant de mettre en oeuvre les procédés de l'invention et une installation de projection de produit de revêtement comprenant une telle pompe. Une pompe à membranes ou à piston, hydraulique ou pneumatique, peut être utilisée dans de nombreuses industries pour déplacer un liquide. Lorsque le débit du liquide doit être connu, il est nécessaire de coupler à la pompe un débitmètre que l'on installe en amont ou en aval de cette dernière. Ceci implique une coût supplémentaire lors de la mise en oeuvre de l'installation. De plus, compte tenu des caractéristiques chimiques du liquide déplacé, de son potentiel électrique, de ses propriétés abrasives ou du faible espace disponible à proximité du conduit aval de la pompe, il n'est parfois pas économiquement et/ou techniquement possible d'installer un débitmètre sur la ligne de produit. Dans les installations de projection de produit de revêtement connues de l'art antérieur, on est de plus en plus souvent amené à utiliser un produit de revêtement à faible résistivité électrique (102 à 105 Ohm.cm) tel qu'une peinture hydrosoluble, une émulsion hydrodiluable ou une dispersion acqueuse. Un tel produit présente l'avantage d'être moins polluant et moins inflammable que les peintures à base de solvants organiques. Dans les installations de projection par voie électrostatique, le produit est porté à une haute tension de l'ordre de 30 à 120 kilovolts lors de sa projection. Les produits de revêtement hydrosolubles étant conducteurs, cette haute tension appliquée, par exemple, à la sortie du projecteur de peinture est aussi appliquée au produit présent dans tout le conduit d'alimentation associé au projecteur.La pompe utilisée pour alimenter le projecteur doit donc pouvoir travailler en étant portée à un potentiel élevé, c'est pourquoi on choisit en particulier une pompe pneumatique à membranes qui, étant alimenté en air, qui est un isolant électrique, peut être assez facilement isolée du potentiel de la terre. Cependant cette pompe travaille le plus souvent en boucle ouverte car il n'est pas possible d'insérer un capteur de débit relié à une unité de traitement électronique, une telle unité électronique ne pouvant par construction pas être soumise à une haute tension. Pour connaître le débit de fluide fournit par la pompe, il est nécessaire d'installer un débitmètre réalisant une isolation galvanique entre le produit de revêtement et l'unité de traitement comme cela est décrit dans le brevet FR-B1-2694084. Ce dispositif est relativement complexe et onéreux. De plus, dans le cas des installations de revêtement, les systèmes de l'art antérieur prévoient d'installer un débitmètre dans la cabine de revêtement, c'est-à-dire dans une atmosphère dangereuse, ce qui implique d'utiliser des matériels spécialement adaptés et, par voie de conséquence onéreux. En outre, dans le cas des pompes travaillant à haute pression telles que, par exemple, les pompes alimentant les projecteurs d'une installation de revêtement de type "Airless" avec un produit de revêtement dont la pression peut atteindre 300 bars, il faudrait utiliser un débitmètre capable de fonctionner à la pression du liquide déplacé par la pompe, plus une marge de sécurité. Un tel débitmètre est onéreux et les raccords qu'il nécessite sont complexes à mettre en place. En pratique, on renonce souvent à mesurer le débit d'une pompe à piston haute pression. L'absence de débitmètre nuit à la sécurité de l'installation. En effet, si un débitmètre est présent, il peut détecter sans délai le bouchage de la buse du projecteur car un tel bouchage induit un débit nul. Une alarme peut être activée par le débitmètre en cas de débit nul.A contratio, en l'absence d'un débitmètre, une telle surveillance n'est pas possible. L'invention résout ces problèmes de manière simple et économique. Elle concerne un procédé de mesure du débit d'un fluide entraîné par une pompe équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet d'une alimentation avec un fluide de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de comptage des fronts des variations de débit ou de pression dans le conduit d'alimentation de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement de ladite pompe. Elle concerne aussi un procédé de commande d'une pompe équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet dune alimentation avec un fluide de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de comptage des fronts des variations de débit ou de pression dans le conduit d'alimentation de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement de ladite pompe. L'invention concerne en outre une pompe équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet d'une alimentation avec un fluide de puissance, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détection des fronts des variations de débit ou de pression dans le conduit d'alimentation de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement de ladite pompe. L'invention concerne enfin une installation de projection de produit de revêtement comprenant une telle pompe. Grâce aux procédés de l'invention, il est possible de mesurer le débit et de commander avec précision et simplicité le fonctionnement d'une pompe à piston ou à membranes, pneumatique ou hydraulique, quel que soit le liquide déplacé et quels que soient son potentiel électrique et sa pression. La pompe de l'invention permet de mettre en oeuvre le procédé, en particulier avec un capteur situé à l'extérieur d'une cabine de revêtement. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une installation de projection de produit de revêtement conforme à son principe donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:: - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation de projection de produit de revêtement conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de détail, en coupe et à plus grande échelle, d'un élément de l'installation de la figure 1 matérialisé par le cercle III sur la figure 1; - la figure 3 est une représentation graphique du débit d'alimentation en air des membranes de pompe de la figure 1 et - la figure 4 est une représentation graphique de la pression dans le conduit d'alimentation en air des membranes de pompe de la figure 1 L'installation de la figure 1 comprend un pistolet 1 de projection de produit de revêtement fourni par une pompe 2 à membranes, à travers un conduit 3 à partir d'un réservoir 4 électriquement isolé de la terre par des pieds isolants 5 et 5'.Le pistolet est alimenté en haute tension à partir d'un générateur de haute tension 6 à travers un câble électrique 7. Le produit de revêtement étant supposé hydrosoluble, c'est-à-dire électriquement conducteur, il est porté à la haute tension dans le conduit 3, la pompe 2 et le réservoir 4. Selon une variante non représentée de l'invention, la haute tension peut être transmise par un câble reliant le générateur 6 au réservoir 4. La pompe 2 est alimentée en fluide de puissance, c'est-à-dire en air, à travers un tuyau 8, à partir d'une source 9 reliée à un réseau non représenté dont la puissance nominale peut être de huit bars. Le fonctionnement de la pompe est connu. Tant qu'elle est alimentée en air, les membranes font des mouvements alternatifs qui remplissent et vident les chambre de la pompe. A chaque fin de course, un dispositif mécanique permet l'inversion de mouvement, la puissance nécessaire au déplacement étant fournie par la pression de l'air sur les membranes. L'air ayant servi à déplacer les membranes est ensuite évacué vers l'extérieur à travers un conduit d'échappement 19 comprenant un silencieux non représenté. La capacité des chambres de la pompe étant connue, il suffit de connaître la fréquence des mouvements alternatifs des membranes pour connaître le débit de produit de revêtement fourni par la pompe 2 au pistolet 1. L'air étant isolant, si le tuyau 8 est isolant, il est possible de placer un dispositif électrique ou électronique sur le trajet de l'air de puissance des membranes sans risquer qu'il soit endommagé par la haute tension. Un transducteur acoustique 10, comprenant un microphone 15, est inséré dans le conduit 8, le microphone étant relié à un automate 16. Le détail de la construction du transducteur 10 est visible à la figure 2. Le conduit 8 est interrompu, les deux extrémités 8a et 8b étant fixées, par exemple vissées, dans un boîtier 20. Entre les deux extrémités sont en communication à travers un perçage 21 de diamètre inférieur à celui du conduit 8 de sorte que l'air en transit dans le perçage 21 a une vitesse supérieure à celle qu'il a dans le conduit 8. Un microphone 15 est inséré dans le perçage 21 et atteint l'axe de celui-ci. De par sa position sur le trajet de l'air, il crée des turbulences qui font vibrer sa membrane 22. Les vibrations de la membrane 22 dépendent du débit d'air dans le perçage 21.Le microphone 15 est relié électriquement à une carte électronique 23 dans laquelle le signal qu'il émet est analysé et traité, puis transmis à l'automate 16 par un câble électrique 24. Le microphone 15 peut détecter les changements de sens de déplacement des membranes car le débit d'air D dans le conduit 8 a la forme représentée à la figure 3. A un instant to, une des membranes commence sa course en expulsant le liquide de revêtement de la chambre de la pompe 2 jusqu'à un instant tl où elle arrive en bout de course: le débit d'air dans le conduit 8 est maximum entre tO et tl puis décroît jusqu'à une valeur nulle ou quasi nulle correspondant au point mort des membranes. Lorsque les membranes repartent en sens inverse, le débit d'air croît à nouveau jusqu'à sa valeur maximale. Le débit d'air dans le conduit 8 comprend donc une succession de fronts F, c'est-à-dire de portions de courbes montantes sur la figure 3.Le signal du microphone 15 est traité pour transmettre une impulsion à l'automate 16 chaque fois que la valeur du débit dépasse une valeur de seuil DO. Ainsi, le microphone compte les fronts de variation de débit dans le conduit 8, chaque front correspondant au déplacement d'un volume de liquide égal à celui d'une chambre de la pompe. Pour éviter toute détérioration du microphone 15, un filtre 18 peut être installé sur le conduit 8 entre la source 9 et le transducteur 10 pour retenir les impuretés et/ou les vapeurs susceptibles de l'endommager. L'automate 16 calcule la période des impulsions transmises par le microphone 15. Cette période est inversement proportionnelle au débit de liquide déplacé, le coefficient de proportionnalité dépendant du volume des chambres de la pompe. Selon une autre variante de l'invention, le calculateur 16 intègre le nombre d'impulsions transmises sur un intervalle de temps puis dérive le résultat de cette intégration, sur la base d'un intervalle de temps correspondant au temps de réponse du dispositif, soit de 2 à 10 secondes, pour obtenir, par calcul, la période moyenne des fronts et le débit de liquide déplacé par la pompe. En fonction des écarts entre le débit calculé et le débit entré en consigne dans une console 14 ou par tout autre moyen, l'automate pilote un régulateur de pression 17 placé sur la ligne de liquide déplacé, en aval de la pompe. Si le débit calculé dépasse la valeur de consigne, le régulateur de pression est activé pour augmenter la perte de charge entre la pompe 2 et le projecteur 1, ce qui fait diminuer le débit. La diminution de la perte de charge, qui sera activée par l'automate si le débit est trop faible par rapport à la consigne, permet d'augmenter le débit. Selon une variante non représentée de l'invention, le régulateur 17 peut être remplacé par un accumulateur anti-pulsations et une vanne proportionnelle placés sur le conduit 3 en aval de la pompe. L'ouverture de la vanne proportionnelle est pilotée par l'automate en fonction de la relation entre la valeur de consigne du débit de liquide et la valeur obtenue par le microphone. Alternativement, il est possible de prévoir sur le conduit 8, en amont du transducteur acoustique 10, un régulateur de pression commandé par l'automate 16. Si le débit est trop fort par rapport à la consigne, le régulateur augmente la perte de charge, de sorte que la pompe tourne moins vite et que le débit décroît. L'inverse est obtenu en diminuant la perte de charge au cas où le débit est trop faible. L'invention est aussi utilisable en plaçant le transducteur acoustique 10 sur le conduit d'échappement de la pompe dans lequel sont aussi détectables des fronts F de variations de débit d'air. Le silencieux placé sur l'échappement de la pompe peut assurer la fonction de filtration du filtre 18. Selon une autre variante de l'invention, le transducteur acoustique peut être remplacé par un capteur de pression qui détecte les fronts des variations de pression d'air dans le conduit 8. La pression de l'air dans le conduit 8 a, en fonction du temps, la forme représentée sur la figure 4. La pression dans le conduit 8 a une valeur donnée par la source d'air 9. Lorsque la pompe commence à travailler, à l'instant 0, cette pression décroît jusqu'à l'instant tO où les membranes commencent à se déplacer, la valeur de la pression dans le conduit 8 reste alors sensiblement constante. Elle est déterminée par la perte de charge induite par les membranes en déplacement, la perte de charge dans le conduit d'échappement étant faible devant celle due aux membranes.Lorsque les membranes sont en bout de course, à l'instant t1, la pression croît pendant la période d'inversion du mouvement des membranes. Un front montant de pression F' est ainsi créé qui peut être détecté par le capteur de pression lorsque la pression dépasse une valeur PO fixée. Comme précédemment, la détection et le comptage des fronts F successifs de pression permet de connaître la période des mouvements de la membrane, donc la quantité de liquide de revêtement déplacé. Selon une autre variante de l'invention non représentée, le transducteur acoustique peut être remplacé par un accéléromètre monté sur le conduit 8 qui est souple. Les brusques variations de débit et de pression dans le conduit 8 sont parfois appelés "coups de belier". Ils sont détectés par l'accéléromètre car ils font vibrer les parois du conduit 8. Le traitement de même nature que celui du mode de réalisation décrit permet de détecter les fronts de ces variations et donc la quantité de produit pompé. Cette variante présente en outre l'avantage que le capteur n'est pas en contact avec l'air de puissance, ce qui permet de le protéger au cas où cet air comporterait des impuretés, des traces d'huile ou de vapeur ou tout autre produit non gazeux ou susceptible de le détériorer. Tous les modes de réalisation évoqués permettent de mesurer la quantité de liquide déplacé par la pompe au cours du temps et d'en connaître le débit. Dans le cas d'un produit de revêtement hydrosoluble, le capteur n'est pas en contact avec le produit à la haute tension, ce qui permet de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. Indépendamment du mode de détection des fronts choisi, dans le cas d'une installation haute pression, l'invention permet de détecter le bouchage éventuel de la buse haute pression car le début devient nul dans ce cas. En outre, l'invention permet de détecter une usure de la buse. En effet, l'essentiel de la perte de charge en aval de la pompe résulte du faible diamètre de la buse. Si celle-ci s'use, son diamètre augmente et la perte de charge diminue, ce qui fait augmenter le débit de produit de revêtement, cette augmentation étant alors perçue par le dispositif de l'invention. L'invention a été décrite en relation avec la détection des fronts montants de débit ou de pression d'air mais elle s'applique aussi lorsque sont détectés les fronts descandants correspondants à ces grandeurs. Une pompe à piston serait utilisable à la place de la pompe à membranes sans altérer l'invention. L'invention a été présentée dans le cadre d'une installation de projection de produit de revêtement mais elle est applicable à tout genre d'industrie, quel que soit le produit pompé. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure du débit d'un fluide entraîné par une pompe (2) équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet dune alimentation (8) avec un fluide de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de comptage des fronts (F,F') des variations de débit ou de pression dans le conduit d'alimentation (8) de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement (19) de ladite pompe. 20- Procédé de commande d'une pompe (2) équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet d'une alimentation (9) avec un fluide de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de comptage des fronts (F,F') des variations de débit ou de pression dans le conduit d'alimentation (8) de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement (19) de ladite pompe. 30- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul du débit de liquide déplacé par la pompe (2) à partir du résultat dudit comptage. 40- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réguler la pression d'alimentation de la pompe (2) en fluide de puissance en fonction du résultat de l'étape de calcul dudit débit. 5"- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réguler la perte de charge (17) dans le conduit (3) situé entre ladite pompe (2) et le point d'utilisation (1) du liquide déplacé par la pompe en fonction du résultat de l'étape de calcul de débit. 60- Pompe (2) équipée d'un élément de déplacement d'un liquide, ledit élément étant animé de mouvements alternatifs sous l'effet dune alimentation (9) avec un fluide de puissance, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (10,15) de détection des fronts (F,F) des variations de débit ou de pression dans le conduit (8) d'alimentation de ladite pompe en fluide de puissance ou dans le conduit d'échappement (19) de ladite pompe. 7 - Pompe selon la revendication 6 caractérisée en ce que ledit fluide de puissance de ladite pompe est un gaz et en ce que lesdits moyens de détection sont constitués par un transducteur acoustique (10) ou un capteur de pression. 80- Pompe selon la revendication 6 caractérisée en ce que lesdits moyens de détection sont constitués par un accéléromètre. 90- Pompe selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisée en ce que le fluide déplacé par ladite pompe est un liquide chargé électriquement. 100- Installation de projection de produit de revêtement caractérisée en ce qu'elle comprend une pompe selon l'une des revendications 6 à 9