Brevet FR3134151A1 — publié le 20231006

Procédé de commande d’une pompe de machine de chantier ainsi qu’un système de commande, une machine de chantier et un programme d’ordinateur mettant en œuvre ce procédé de commande, le procédé comprenant les étapes suivantes : commande (82) de la pompe à une première vitesse de pompage (V1) selon une consigne souhaitée par l’utilisateur, détermination (83) du débit de sortie de produit de la machine de chantier, réduction progressive (84) de la vitesse de pompage de la pompe tant que le débit de sortie de produit reste stable, jusqu’à atteindre une deuxième vitesse de pompage (V2) à partir de laquelle le débit de sortie de produit commence à décroitre, stabilisation (87) de la vitesse de pompage. Fig. 3 Procédé de commande d’une pompe de machine de chantier Le présent exposé concerne un procédé de commande d’une pompe de machine de chantier ainsi qu’un système de commande, une machine de chantier et un programme d’ordinateur mettant en œuvre ce procédé de commande. Un tel procédé de commande peut être utilisé pour tout type de pompe et tout type de machine de chantier utilisée dans le domaine du bâtiment et de la construction, et notamment les machines de pompage et/ou le malaxage de produits pâteux ou visqueux tels que les mortiers, les bétons et les chapes fluides. Les machines connues destinées au pompage et/ou au malaxage des produits pâteux ou visqueux du secteur du bâtiment et de la construction pâtissent d’un rendement assez faible et d’une usure rapide. En effet, la plupart des pompes utilisées par ces machines comprennent des organes mettant en œuvre des matériaux déformables, du type élastomère, qui se détériorent rapidement en raison de la viscosité et de l’abrasivité des produits pompés. Cela est notamment le cas des pompes péristaltiques et des pompes à cavité progressive (PCP). Ainsi, ces pompes, dont le rendement initial est déjà assez faible, voient leur rendement décroitre rapidement à mesure que ces organes s’usent, jusqu’à ce qu’elles ne parviennent plus à assurer leur fonction. Un deuxième phénomène de reflux vient encore aggraver la situation. En effet, la viscosité des produits pompés entraîne une élévation importante de la pression en sortie de pompe, élévation d’autant plus importante que les conduites de transport connectées en sortie de la pompe sont généralement de faible diamètre (50 mm le plus souvent), de grande longueur (fréquemment supérieure à 20 m), avec de forts coefficients de frottement, et entraînent donc d’importantes pertes de charge. La pression ainsi obtenue en sortie de pompe peut alors significativement dépasser les caractéristiques de tenue des matériaux des pompes, entraînant alors des reflux qui entravent la progression du produit et, compte tenu de l’abrasivité de ce dernier, détériorent rapidement les organes mobiles de la pompe ainsi que ses segments d’étanchéité. Il existe donc un réel besoin pour un procédé de commande d’une pompe de machine de chantier ainsi qu’un système de commande, une machine de chantier et un programme d’ordinateur, permettant de réduire les inconvénients inhérents aux configurations connues précitées. Le présent exposé concerne un procédé de commande d’une pompe de machine de chantier, ladite pompe étant configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, comprenant les étapes suivantes : commande de la pompe à une première vitesse de pompage selon une consigne souhaitée par l’utilisateur, détermination du débit de sortie de produit de la machine de chantier, réduction progressive de la vitesse de pompage de la pompe tant que le débit de sortie de produit reste stable, jusqu’à atteindre une deuxième vitesse de pompage à partir de laquelle le débit de sortie de produit commence à décroitre, et stabilisation de la vitesse de pompage. Pour les raisons expliquées plus haut, les pressions en sortie de telles pompes de machines de chantier sont très élevées, dépassant classiquement 10 bar, et conduisent donc ces pompes à fonctionner au-delà de leur domaine de fonctionnement théorique. Les inventeurs ont alors constaté que, dans de tels domaines de pression, au-delà d’une certaine vitesse de rotation, le débit de sortie de produit ne croit plus de manière linéaire en fonction de la vitesse de rotation : en effet, dans ce domaine de fonctionnement, l’effort à fournir est de plus en plus important pour parvenir à augmenter le débit de sortie du produit. En conséquence, le rendement de la pompe décroit de plus en plus à mesure que l’on cherche à atteindre un débit de sortie élevé. Toutefois, en raison probablement de la viscosité du produit pompé, les inventeurs ont constaté que si un effort important devait être réalisé pour établir un débit de sortie donné, il était possible ensuite, une fois ce débit établi, de le maintenir en exerçant un effort moins important. Autrement dit, les inventeurs ont découvert que la relation liant le débit de sortie de la pompe à sa vitesse de rotation de la pompe présentait, dans un tel domaine de fonctionnement, un phénomène d’hystérésis. Ainsi, grâce au procédé de commande selon le présent exposé, il est possible de tirer profit de ce phénomène d’hystérésis pour parvenir, une fois un débit de sortie établi, à réduire la vitesse de rotation de la pompe tout en maintenant le débit de sortie ainsi établi. On parvient ainsi à augmenter le rendement de la pompe. De plus, en réduisant ainsi la vitesse de rotation de la pompe pour un débit de sortie donné, on évite de sur-solliciter inutilement les organes internes de la pompe : on parvient ainsi à limiter l’impact de ce régime de surpression sur les organes internes de la pompe, notamment ses organes déformables, ce qui augmente la durée de vie de la pompe. En effet, on comprend que, sans l’étape de réduction de vitesse proposée par ce procédé, le différentiel d’énergie associé à ce différentiel de vitesse, non productif puisqu’il a lieu à débit de sortie constant, contribue à détériorer les organes internes de la pompe. Dès lors, on obtient également une diminution des phénomènes de reflux. En particulier, les produits pompés peuvent avoir une viscosité supérieure à 500 Pa.s, de préférence comprise entre 500 et 5000 Pa.s. Dans certains modes de réalisation, la pompe est une pompe volumétrique. En effet, ces pompes volumétriques comprennent souvent des organes déformables et sont donc particulièrement sensibles aux surpressions et aux phénomènes de reflux. Dans certains modes de réalisation, la pompe comprend au moins un élément déformable susceptible de causer un reflux dans la pompe. Dans certains modes de réalisation, la pompe est une pompe à cavité progressive ou une pompe péristaltique. Ces deux types de pompe comprennent des organes déformables. En particulier, les pompes à cavité progressive sont fréquemment utilisées dans les machines de chantier destinées à pomper et/ou malaxer des produits pâteux ou visqueux. Dans certains modes de réalisation, la pompe est à commande hydraulique. Dans certains modes de réalisation, la pompe est commandée par un moteur hydraulique à débit variable. Dans certains modes de réalisation, la vitesse de la pompe est déterminée par mesure du débit hydraulique de la pompe hydraulique. Dans certains modes de réalisation, la vitesse de la pompe est déterminée par mesure de la vitesse de rotation de son axe. Dans certains modes de réalisation, la pompe est utilisée dans un domaine de pression allant au-delà de son domaine de pression nominal. Ce domaine de pression nominal est le domaine de pression indiqué par le constructeur de la pompe. En conséquence, la pompe est utilisée en dehors de son domaine de rendement optimal. Le procédé proposé permet alors de limiter la baisse de rendement nécessairement observée en dehors de ce domaine optimal. Dans certains modes de réalisation, la machine de chantier comprend une conduite de sortie de produit connectée à la sortie de la pompe. Cette conduite de sortie, en raison de sa longueur élevée et de son diamètre réduit, contribue fortement aux pertes de charges générées par le produit pompé et donc à l’augmentation de la pression en sortie de pompe. Dans certains modes de réalisation, la conduite de sortie de produit possède un diamètre inférieur ou égal à 100 mm, de préférence inférieur ou égal à 50 mm. Dans certains modes de réalisation, la conduite de sortie de produit possède une longueur supérieure ou égale à 10 m, de préférence supérieure ou égale à 20m. Dans certains modes de réalisation, la conduite de sortie de produit est souple. Elle peut notamment être réalisée en élastomère. Ceci contribue encore à augmenter les pertes de charges générées par le produit pompé. Dans certains modes de réalisation, le débit de sortie de la machine de chantier est déterminé par mesure directe à la sortie de la machine de chantier à l’aide d’un débitmètre. Si la machine de chantier est équipée d’une conduite de sortie, cette mesure de débit de sortie pourra être réalisée à la sortie de la conduite de sortie. Par exemple, ce débitmètre peut être un débitmètre électromagnétique. Dans certains modes de réalisation, le débit de sortie de la machine de chantier est déterminé par calcul à partir de la mesure de la pression à la sortie de la pompe. En particulier, un capteur de pression, par exemple à membrane, peut être prévu à la sortie de la pompe. Un tel calcul peut s’appuyer sur la loi de Poiseuille, le long de la conduite de sortie, cette loi s’exprimant ainsi : Q = π.ΔP.r 4 /8.η.l où Q est le débit volumique, c’est-à-dire le débit de sortie, ΔP est la pression différentielle entre la pression à la sortie de la pompe et la pression atmosphérique, r est le rayon intérieur de la conduite de sortie, η est la viscosité dynamique du produit pompé, et l est la longueur de la conduite de sortie. Dans certains modes de réalisation, la machine de chantier comprend une interface homme-machine permettant de renseigner au moins un paramètre de la conduite de sortie et/ou du produit pompé. En particulier, il est possible de renseigner les valeurs de r, η et/ou de l. Il est également envisageable de choisir le nom du produit dans une liste ou bien encore de choisir une configuration préenregistrée. Dans certains modes de réalisation, une nouvelle deuxième vitesse de pompage est déterminée à chaque fois qu’une nouvelle consigne est réglée par l’utilisateur. Ainsi, à chaque fois que l’utilisateur modifie la consigne de débit, directement ou en modifiant manuellement la vitesse de rotation de la pompe, le procédé de commande adapte automatiquement la vitesse de rotation de la pompe pour obtenir le même débit de sortie, correspondant à la consigne de l’utilisateur, avec une vitesse de rotation plus faible. Le rendement de la pompe est ainsi optimisé en tout temps. Dans certains modes de réalisation, l’étape de réduction progressive de la vitesse de pompage est réalisée par incréments, c’est-à-dire de manière discontinue. La valeur de ces incréments peut être fixe et prédéterminée ou bien variable en fonction de la vitesse de rotation de la pompe. Par exemple, cette réduction est réalisée par incrément de 2% de la vitesse de consigne avec une scrutation continue des effets de cette réduction. Cette boucle de régulation se reproduit à intervalle régulier, par exemple toutes les 10s. Dans certains modes de réalisation, l’étape de réduction progressive de la vitesse de pompage est réalisée de manière continue, de préférence de manière linéaire. Dans certains modes de réalisation, l’étape de réduction progressive de la vitesse de pompage est réalisée selon une pente comprise entre 100 t/min -2 et 200 t/min -2 . Dans certains modes de réalisation, au cours de l’étape de stabilisation de la vitesse de pompage, la vitesse de pompage est stabilisée à la valeur de la deuxième vitesse de pompage. Dans certains modes de réalisation, au cours de l’étape de stabilisation de la vitesse de pompage, la vitesse de pompage est stabilisée à une valeur comprise entre la deuxième vitesse de pompage et la première vitesse de pompage. Autrement dit, au cours de l’étape de stabilisation de la vitesse de pompage, la vitesse de pompage est remontée au-dessus de la deuxième vitesse de pompage. Cela est par exemple utile si le débit de sortie a décru de manière trop importante avant l’étape de stabilisation. Procédé de commande, dans lequel, au cours de l’étape de stabilisation de la vitesse de pompage, la vitesse de pompage est stabilisée à une valeur V3 établie selon l’équation suivante : V3 = V2 + e, où V2 est la deuxième vitesse de pompage, et e est une valeur strictement positive inférieure à 10% de V2. Cette valeur e peut être fixe et prédéterminée ou bien variable et fonction de la valeur de V2. Dans certains modes de réalisation, la valeur e est comprise entre 1 t/min et 30 t/min. Dans certains modes de réalisation, le débit de sortie de produit est scruté en permanence et la vitesse de pompage est ajustée en permanence pour rechercher la plus petite vitesse permettant d’obtenir le débit de sortie de produit souhaité. Dans un tel cas, l’étape de stabilisation est réalisée de manière dynamique, ce qui permet d’optimiser le rendement de la pompe en tout temps. Le présent exposé concerne également un système de commande pour une machine de chantier comprenant une pompe configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, comprenant un capteur, configuré pour mesurer le débit de sortie de produit de la machine ou un paramètre représentatif de ce débit de sortie de produit, une unité de commande, configurée pour piloter la pompe et lui imposer une vitesse de pompage, dans lequel l’unité de commande est configurée pour, dans un premier temps, commander la pompe à une première vitesse de pompage, dans lequel l’unité de commande est configurée pour, dans un deuxième temps, réduire progressivement la vitesse de pompage de la pompe tant que le débit de sortie de produit reste stable, jusqu’à atteindre une deuxième vitesse de pompage à laquelle le débit de sortie de produit commence à décroitre, et dans lequel l’unité de commande est configurée pour, dans un troisième temps, stabiliser la vitesse de pompage. Tout ou partie des caractéristiques additionnelles présentées ci-avant au sujet du procédé de commande peuvent être transposées à ce système de commande, et vice-versa. En particulier, ce système de commande bénéficie de tous les avantages du procédé de commande présenté ci-avant. Le présent exposé concerne également une machine de chantier, comprenant une pompe, configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, et un système selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Le présent exposé concerne également un programme d’ordinateur, comprenant des instructions pour exécuter les étapes du procédé de commande de l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du procédé de commande, du système de commande et de la machine de chantier proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé. Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La est une vue en perspective d’un exemple de machine de chantier selon l’exposé. La est un schéma du système de commande de cette machine de chantier. La illustre de manière schématique le procédé de commande mis en œuvre par ce système de commande. Procédé de commande d’une pompe de machine de chantier, ladite pompe (20) étant configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, comprenant les étapes suivantes : commande (82) de la pompe (20) à une première vitesse de pompage (V1) selon une consigne souhaitée par l’utilisateur, détermination (83) du débit de sortie de produit (Qref) de la machine de chantier, réduction progressive (84) de la vitesse de pompage (V) de la pompe (20) tant que le débit de sortie de produit (Q) reste stable, jusqu’à atteindre une deuxième vitesse de pompage (V2) à partir de laquelle le débit de sortie de produit (Q) commence à décroitre, stabilisation (87) de la vitesse de pompage (V). Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel la pompe (20) est une pompe à cavité progressive ou une pompe péristaltique. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la pompe (20) est utilisée dans un domaine de pression allant au-delà de son domaine de pression nominal. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la machine de chantier (1) comprend une conduite de sortie de produit connectée à la sortie de la pompe (20). Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le débit de sortie de produit (Q) de la machine de chantier (1) est déterminé par mesure directe à la sortie de la machine de chantier (1) à l’aide d’un débitmètre. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le débit de sortie de produit (Q) de la machine de chantier (1) est déterminé par calcul à partir de la mesure de la pression (P) à la sortie de la pompe (20). Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de réduction progressive (84) de la vitesse de pompage (V) est réalisée par incréments ou de manière continue, de préférence de manière linéaire. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, au cours de l’étape de stabilisation (87) de la vitesse de pompage (V), la vitesse de pompage (V) est stabilisée à une valeur V3 = V2 + e, où V2 est la deuxième vitesse de commande, et e est une valeur strictement positive inférieure à 10% de V2. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le débit de sortie de produit (Q) est scruté en permanence et la vitesse de pompage (V) est ajustée en permanence pour rechercher la plus petite vitesse permettant d’obtenir le débit de sortie de produit souhaité (Qref). Système de commande pour une machine de chantier comprenant une pompe configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, comprenant un capteur (33), configuré pour mesurer le débit de sortie de produit de la machine ou un paramètre représentatif (P) de ce débit de sortie de produit (Q), une unité de commande (40), configurée pour piloter la pompe (20) et lui imposer une vitesse de pompage (V), dans lequel l’unité de commande (40) est configurée pour, dans un premier temps (82), commander la pompe (20) à une première vitesse de pompage (V1), dans lequel l’unité de commande (40) est configurée pour, dans un deuxième temps (84), réduire progressivement la vitesse de pompage (V) de la pompe (20) tant que le débit de sortie de produit (Q) reste stable, jusqu’à atteindre une deuxième vitesse de pompage (V2) à laquelle le débit de sortie de produit (Q) commence à décroitre, et dans lequel l’unité de commande (40) est configurée pour, dans un troisième temps (87), stabiliser la vitesse de pompage (V). Machine de chantier, comprenant une pompe (20) configurée pour pomper des produits fluides, pâteux et/ou visqueux tels que des mortiers, des bétons ou des chapes fluides, et un système (50) selon la revendication 10. Programme d’ordinateur, comprenant des instructions pour exécuter les étapes du procédé de commande de l’une quelconque des revendications 1 à 9 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.