Brevet FR3108959A1 — publié le 20211008

L’invention concerne un dispositif pour la sécurité à la pression d’un système hydraulique, ledit système hydraulique comporte : un circuit d’un fluide, et une pompe configurée pour faire circuler ledit fluide dans le système hydraulique dont le circuit de fluide comporte un circuit de sécurité positionné en pontage de la pompe. A l’intérieur du circuit de sécurité est disposé un bouchon (20) de sécurité, ledit bouchon (20) ayant un diamètre égal au diamètre intérieur dudit circuit de sécurité. Lorsque la pression en sortie de pompe est inférieure à une valeur limite prédéterminée, le circuit de sécurité est bouché par le bouchon (20) de sécurité, et lorsque la pression en sortie de pompe est supérieure à ladite valeur limite prédéterminée, la paroi du circuit de sécurité se déforme et laisse passer une partie du fluide dans le circuit dudit fluide vers l’entrée de la pompe. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif pour la sécurité à la pression d’un système hydraulique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un dispositif pour la sécurité à la pression d’un système hydraulique. Elle s’applique, en particulier, au domaine de l’hydraulique avec circulation de liquide non visqueux subissant une pression mais ne devant pas dépasser une certaine pression pour éviter d’abîmer des matériels ou une rupture de connexion de conduits. Il est connu d’utiliser des clapets de surpression qui sont mécaniquement complexes et donc relativement coûteux en plus d’être assez volumineux. On connaît par exemple le document de publication EP3033537 qui décrit un ensemble de soupape pour un système d'embrayage à actionnement hydraulique. Le dispositif de sécurité est un clapet de surpression. Mais, ce clapet est constitué d’une pièce complexe à fabriquer et donc couteuse. L’invention se situe pour des systèmes de petite taille de l’ordre du cm avec des pressions inférieures à 2 bars. Présentation de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice. Plus précisément, l’invention a pour objectif de garantir une pression maximale interne au réseau hydraulique en prévoyant une dérivation du circuit principal pour ne pas avoir à stopper le fonctionnement de la ou des pompes. Le déclenchement de la dérivation se faisant automatiquement, dès que la pression dépasse une valeur limite fixée préalablement au montage et l’assemblage du système, la pression limite acceptable doit être définie préalablement au montage du système car la dérivation étant réalisée mécaniquement, il n’y a pas de possibilité de réglage au cours de l’utilisation de l’ensemble. Il s’agit d’établir une sécurité de fonctionnement sans perte de fluide par rupture inopinée de jonction de conduit. En particulier, un objectif de l’invention est de fournir une telle technique permettant de s’affranchir de tout autre système de réglage complexe. Un autre objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit peu coûteuse à mettre en œuvre. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, à l’aide d’un dispositif pour la sécurité à la pression d’un système hydraulique, ledit système hydraulique comporte : - un circuit d’un fluide ayant une première entrée et une première sortie dudit fluide, ledit fluide étant un liquide non visqueux, et - une pompe disposée dans le circuit dudit fluide et configurée pour faire circuler ledit fluide de le système hydraulique, ladite pompe ayant une deuxième entrée et une deuxième sortie. Selon l’invention, le circuit de fluide comporte un circuit de sécurité positionné en pontage entre la deuxième entrée de la pompe et la deuxième sortie de la pompe, à l’intérieur du circuit de sécurité est disposé un bouchon de sécurité, ledit bouchon ayant un diamètre égale au diamètre intérieur dudit circuit de sécurité, lorsque la pression en deuxième sortie de pompe est inférieure à une valeur limite prédéterminée, le circuit de sécurité est bouché par le bouchon de sécurité, et lorsque la pression en deuxième sortie de pompe est supérieure à ladite valeur limite prédéterminée, la paroi du circuit de sécurité se déforme et laisse passer une partie du fluide dans le circuit dudit fluide vers la deuxième entrée de la pompe. Ainsi, la pression chute en sortie de pompe. Grâce à ces dispositions, le dispositif joue un rôle de fusible ou de soupape en étant monté en pontage. Ce type de dispositif est particulièrement adapté à des pressions absolues de quelques bars. Le branchement en pontage de la pompe permet de s’assurer que la pompe ne fasse pas monter en pression le circuit de sortie au cas où la sortie serait bouchée totalement ou partiellement. La pompe continue alors à fonctionner et le circuit s’effectue en boucle directe sans risque d’endommager les appareils en aval ni la pompe elle-même ou pour éviter que des raccords de tuyaux ne viennent à fuir ou à se déconnecter. L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Dans un mode de réalisation, le bouchon de sécurité s’étend entre une première extrémité et une deuxième extrémité, l’une des extrémités étant biseautée et orientée vers l’entrée de fluide dans le circuit de sécurité. Dans un mode de réalisation, l’extrémité biseautée à un angle compris entre 30 et 60°. Dans un mode de réalisation, le circuit de sécurité est un tuyau en silicone. Dans un mode de réalisation, le système hydraulique comporte une pluralité de pompes ayant chacune un circuit de sécurité positionné en pontage sur chaque pompe. Dans un mode de réalisation, la longueur du bouchon est égale à au moins deux fois le diamètre intérieur du circuit de sécurité. Dans un mode de réalisation, la valeur limite prédéterminée est définie par la réalisation d’abaques ou de simulation répertoriant des valeurs limites déterminées en relation avec au moins différentes longueurs du bouchon de sécurité Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un schéma de principe montrant le circuit de sécurité selon un mode de réalisation objet de l’invention ; la figure 2 représente un schéma éclaté de la figure 1 ; la figure 3 représente un schéma de principe montrant le dispositif de sécurité en fonctionnement et le circuit du fluide ; la figure 4 représente un schéma de test du principe ; la figure 5 représente les tracés des valeurs moyennes obtenues sur de nombreux essais en laboratoire ; la figure 6 représente une courbe pour expliquer les différentes pressions appliquées au circuit de sécurité ; la figure 7 représente une courbe montrant le résultat d’un test avec un bouchon ayant les deux extrémités droites ; la figure 8 représente une courbe de déformation du tuyau avec un bouchon ayant une extrémité en biseau représentée sur la droite de la figure ; la figure 9 représente une courbe de déformation du tuyau avec un bouchon ayant une extrémité droite représentée sur la droite de la figure. La figure 1 représente un schéma de principe montrant le circuit de sécurité. Les flèches indiquent le sens de direction du fluide. Dans un exemple de réalisation, le fluide est de l’encre. Le circuit de sécurité est un tuyau en silicone (caractéristiques mécaniques et physico-chimiques connues, dureté shore A) d’un diamètre intérieur défini obstrué par un bouchon ou autrement dit une tige plastique de diamètre exactement identique au diamètre intérieur du tuyau en silicone et de longueur variable. La longueur est l’élément de calibrage de la pression limite du système hydraulique. Dans une variante, la longueur du bouchon 20 est égale à au moins deux fois le diamètre intérieur du circuit de sécurité. Le circuit du fluide a une première entrée E1 et une première sortie S1 dudit fluide. Le fluide est un liquide non visqueux. Ce circuit de sécurité ou conduit est positionné en pontage entre l’entrée de la pompe, (en dépression pour la deuxième entrée de la pompe E2) et la sortie de la pompe, (en pression pour la deuxième sortie de la pompe S2) de telle sorte que si la pression en sortie de pompe augmente de façon significative jusqu’à atteindre une certaine valeur limite prédéterminée, la paroi du tuyau en silicone se déforme. Cette déformation laisse passer le fluide entre la paroi déformée et le bouchon obstruant, faisant chuter la pression en sortie de pompe. Si la pression ne descend pas, c’est-à-dire si le tuyau est bouché plus loin dans le circuit au niveau de la première sortie S1 du fluide, la pompe continue à tourner mais en boucle fermée. Le fait de biseauter le côté du bouchon 20 de sécurité du côté de l’entrée de pompe (la deuxième entrée de la pompe E2) permet en glissant dans le tuyau de pontage, que le contact en butée n’obstrue pas complétement le passage du fluide en cas de déclenchement du circuit de sécurité ce qui imposerait une surpression supplémentaire pour vaincre les contraintes de courbure importante (90° à la sortie) et occasionner des concentrations de contraintes qui fausseraient les limites de déclenchement réel et efficient. L’extrémité biseautée du bouchon 20 à un angle compris entre 30 et 60°. Dans un exemple de réalisation, l’angle est égal à 45°. La figure 2 représente le schéma éclaté de la figure 1. Il est visible la première entrée E1 et une première sortie S1, ainsi que le bouchon 20 de sécurité (ou tige tubulaire). Il est aussi visible des tuyaux 21 et des raccords en T comportant trois ouvertures de raccordement : une entrée et deux sorties ou deux entrées et une sortie. La figure 3 montre un schéma de principe montrant le dispositif de sécurité en fonctionnement et le circuit du fluide. Le bouchon laisse passer partiellement le fluide. La première sortie de fluide E1 fait entrer le fluide. La pompe aspire le fluide par la deuxième entrée E2 de la pompe et ressort par la deuxième sortie S2 de la pompe. Dans ce cas, la première sortie de fluide S1 est bouchée ce qui cause une surpression. Le bouchon est poussé par la surpression et est bloqué par le raccord. Le tuyau ou circuit de sécurité se déforme et laisse passer une partie du fluide qui retourne au niveau de la deuxième entrée E2. La figure 4 montre un schéma de test du principe. Sur ce schéma, il est montré un réservoir de liquide 24 relié à une pompe 24. La sortie de pompe 22 va vers un raccord ayant deux sorties, une vers un manomètre 23 et l’autre vers un circuit de sécurité comportant un bouchon 20. Les tests et abaques utilisés montrent que la longueur de la tige introduite dans le tuyau en silicone est directement proportionnelle à la pression limite du système. La figure 5 représente les tracés des valeurs moyennes obtenues sur de nombreux essais en laboratoire. La courbe L2 correspond à la longueur de 2 mm du bouchon. La courbe L5 correspond à la longueur de 5 mm du bouchon. La courbe L8 correspond à la longueur de 8 mm du bouchon. La courbe L10 correspond à la longueur de 10 mm du bouchon. Lorsque la pression atteint une valeur limite celle-ci chute par la déformation du tuyau, le fluide est alors en partie évacué par le circuit de sécurité. Lorsque la pression remonte, il s’agit du moment où le bouchon obstrue le passage du fluide jusqu’à la valeur limite. La figure 6 montre une courbe pour expliquer les différentes pressions appliquées au circuit de sécurité. La courbe montre plusieurs éléments : Pn : Pression nominale de début de fonctionnement de la sécurité, Pm : Pression maximale de déclenchement de la chute de pression en sortie de système et Pr : Pression de retour à une position initiale du système. En fonctionnement nominal la pression de sortie Ps de pompe (au niveau de la deuxième sortie S2) est inférieure à la pression nominale. La pompe aspire le liquide et le refoule à une pression Ps. En fonctionnement de sécurité, la première étape consiste en une augmentation de la pression au niveau du bouchon de sécurité, mais celui-ci bouche toujours le circuit. La pression nominale est inférieure à la pression de sortie de pompe et inférieure aussi à la pression maximale (aussi appelée valeur limite prédéterminée). Dans ce cas on observe un léger gonflement du tuyau avant le bouchon de sécurité. La deuxième étape consiste à la déformation du tuyau pour laisser passer une partie du fluide. Au fur et à mesure de la montée en pression, le tuyau se déforme jusqu’à ce que le fluide en surpression puisse passer par le biseau réalisé dans le bouchon. A ce stade, la pression retombe progressivement jusqu’à Pr. Puis, si le circuit demeure dans la même situation, la pression remonte en déformant le tuyau en silicon. Un cycle de surpression commence avec une chute de pression qui protège le réseau en aval ainsi que la pompe. La figure 7 montre une courbe représentant le résultat d’un test avec un bouchon ayant les deux extrémités droites. Un bouchon ayant les extrémités droites amène une modification des pressions limites avec un coefficient de 12% en moyenne et une action retardant la chute de pression. L’analyse du système montre que la pression de déclenchement plus importante du système vient du fait que le bouchon obstrue totalement la sortie du fluide vers le circuit d’aspiration de la pompe (obturation due à la pression de refoulement de la pompe qui pousse la tige et à la dépression d’aspiration de la pompe qui aspire la tige). Aussi, pour qu’il y ait chute de pression, il faut que la pression soit suffisante pour repousser la tige légèrement (action possible en raison de l’état de surface du bout de la tige). Cependant le principal problème provient de deux autres éléments : - Les relevés montrent un écart type deux fois plus important dans le cas d’un embout droit (σ=0,02 contre σ=0,04) indiquant une variabilité des seuils de déclenchement plus importante. - Les essais montrent une limite à la rupture plus rapide du silicone (vieillissement) en raison de la pression plus importante à chaque cycle et de la concentration de contrainte imposée par la tension du tuyau en silicone au niveau du raccord : le diamètre du raccord étant supérieur au diamètre intérieur du tuyau en silicone, ce dernier est sous tension ; il faut donc une pression plus importante pour déformer cette partie du tuyau. La figure 8 montre une courbe de déformation du tuyau avec un bouchon ayant une extrémité en biseau représentée sur la droite de la figure. Le biseau permet de rester dans le domaine linéaire avec une déformation résiduelle plastique : le cycle des déformations se réduit à une portion de courbe sans épaisseur (accommodation) après quelques cycles. La figure 9 montre une courbe de déformation du tuyau avec un bouchon ayant une extrémité droite représentée sur la droite de la figure. Le bout droit impose une déformation plastique résiduelle qui augmente à chaque cycle (rochet) : ce mode de fonctionnement amène inéluctablement à la ruine du tuyau. Les pointillées sur les schémas représentent l’endroit où une partie du fluide passe. Références Désignations 20 Bouchon de sécurité 21 Tuyau droit 22 Pompe 23 Manomètre 24 Réservoir de liquide T Conduit en forme de T de raccord E1 Entrée d’un fluide S1 Sortie d’un fluide E2 Entrée de pompe S2 Sortie de pompe Dispositif pour la sécurité à la pression d’un système hydraulique, ledit système hydraulique comporte : - un circuit d’un fluide ayant une première entrée (E1) et une première sortie (S1) dudit fluide, ledit fluide étant un liquide non visqueux, et - une pompe disposée dans le circuit dudit fluide et configurée pour faire circuler ledit fluide de le système hydraulique, ladite pompe ayant une deuxième entrée (E2) et une deuxième sortie (S2) caractérisé en ce que le circuit de fluide comporte un circuit de sécurité positionné en pontage entre la deuxième entrée de la pompe (E2) et la deuxième sortie de la pompe (S2), à l’intérieur du circuit de sécurité est disposé un bouchon (20) de sécurité, ledit bouchon (20) ayant un diamètre égale au diamètre intérieur dudit circuit de sécurité, lorsque la pression en deuxième sortie (S2) de pompe est inférieure à une valeur limite prédéterminée, le circuit de sécurité est bouché par le bouchon (20) de sécurité, et lorsque la pression en deuxième sortie (S2) de pompe est supérieure à ladite valeur limite prédéterminée, la paroi du circuit de sécurité se déforme et laisse passer une partie du fluide dans le circuit dudit fluide vers la deuxième entrée (E2) de la pompe. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le bouchon (20) de sécurité s’étend entre une première extrémité et une deuxième extrémité, l’une des extrémités étant biseautée et orientée vers l’entrée de la pompe. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l’extrémité biseautée à un angle compris entre 30 et 60°. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit de sécurité est un tuyau en silicone. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le système hydraulique comporte une pluralité de pompes ayant chacune un circuit de sécurité positionné en pontage sur chaque pompe. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la longueur du bouchon (20) est égale à au moins deux fois le diamètre intérieur du circuit de sécurité. Ensemble comportant le dispositif selon la revendication 1 ainsi qu’un abaque, dans lequel ladite abaque comporte différentes longueurs du bouchon (20) de sécurité en fonction de différentes valeurs limites de précision.