1/ Généralités sur l’hydrauliquestaff.univ-batna2.dz/sites/default/files/drid-said/... · 1/...

Technologie des Systèmes Hydrauliques ISET Siliana

Elaboré par : Chouchéne Mohamed

6/101

1/ Généralités sur l’hydraulique :

1-1/ Définition de l’hydraulique :

Hydraulique a pour racine le mot grec ‘hudor’ qui signifie l’eau (ou liquide quelconque).

L’hydraulique et la science qui étudie le comportement du fluide.

Dans un système industriel, L’hydraulique se traduit par la transmission de l’énergie à

distance par l’intermédiaire d’un liquide. Il en résulte un mouvement :

- Rectiligne avec travail dans un seul sens : vérin simple effet.

- Rectiligne avec travail dans les deux sens : vérin double effet.

- Circulaire avec travail dans les deux sens: moteur hydraulique ou vérin rotatif.

1-2/ Les avantages de l’hydraulique :

- La simplicité des installations.

- La souplesse d’exploitation.

- Une très large gamme de vitesses de translation ou de rotation obtenues de façon continue, en

contrôlant le débit.

- Une très large gamme de forces et de couples, en contrôlant la pression.

- Etant incompressible, le fluide hydraulique permet :

* Une bonne régulation de vitesse.

* Une bonne précision d’arrêt.

- Son pouvoir lubrifiant permet Une excellente lubrification des appareils.

- Une bonne réduction de l’usure exprimée par une assez longue durée de vie des appareils.

- De très bons rendements.

- Un fonctionnement assez silencieux pour les puissances mises en œuvre.

- La réduction de l’encombrement des appareils.

- La possibilité de stocker de l’énergie qui pourra intervenir dans le cas d’une panne au niveau

de la pompe.

- La transmission de l’énergie à des distances assez longues.

- L’utilisation de l’énergie hydraulique dans des engins mobiles.

1-3/ Les inconvénients de l’hydraulique :

- Les risques d’accidents dus à l’utilisation de pressions élevées allant de 50 à 700 bars.

- Les fuites qui entraînent une diminution du rendement.

- Les pertes de charges dues à la circulation de l’huile dans les tuyauteries.

- Les risques d’incendie dus à l’utilisation des huiles minérales inflammables.

- Le haut prix des composants.

- La maintenance des installations hydrauliques est coûteuse comparée à d’autre systèmes.

1-4/ Les domaines d’utilisation : - Domaine de l’agriculture : les tracteurs, les ramasseuses presses à balle ronde…

- Domaine des travaux publics et de génie civil : les chenillards, les tractopelles…

- Domaine de la manutention : les chariots élévateur…

- Domaine de l’industrie automobile : systèmes de freinage, direction assistée…



7/101

- Domaine de l’aéronautique : commande du train d’atterrissage des avions…

- Domaine de l’industrie : les machines-outils, les robots …

2/-Description générale :

Un circuit de transport de liquide se compose essentiellement (fig.1):

- D’un réservoir source de liquide (puits, fleuve, réservoir, …).

- D’une pompe (non volumétrique ou hydrodynamique).

- D’un réservoir de stockage (citerne, installation d’irrigation, château d’eau, …).

- D’une tuyauterie qui relie les différents constituants.

Il peut comprendre aussi :

- Une vanne de réglage de débit placé sur la conduite de refoulement.

- Une crépine + un clapet de pied placés à l’extrémité basse da la conduite d’aspiration.

- Un clapet de retenu placé à la sortie de la pompe pour empêcher le retour du liquide, il est utilisé

pour des grandes hauteurs de refoulement.

Figure 1: Composition d’un circuit de transport des liquides

3/- Les pompes centrifuges :

Les pompes centrifuges appartiennent à la famille des pompes non volumétriques, elles

transforment l’énergie mécanique développée par un moteur en énergie hydraulique (sous forme

d’énergie cinétique). Ces pompes permettent de déplacer les liquides d’un lieu à un autre.

Les pompes centrifuges sont utilisées dans plusieurs domaines tels que l’agriculture (les

stations de pompage, le matériel de traitement, …), l’industrie pétrolière (les stations de raffinage,

les stations d’alimentation en GPL, …), la production et l’alimentation en eau potable (les stations

de dessalement, les châteaux d’eau), les stations d’épurations, la production de l’énergie électrique

(les installations de refroidissement des centrales thermiques, …), etc…

3-1/ Composition d’une pompe centrifuge :

Une pompe centrifuge est constituée par:

- Une roue à aubes tournante autour de son axe, appelée impulseur.

Pompe centrifuge Energie mécanique

Energie hydraulique

(sous forme d’énergie

cinétique)



8/101

- Un distributeur dans l'axe de la roue.

- Un collecteur de section croissante, en forme de spirale appelée volute.

Figure 2: Composition d’une pompe centrifuge

L’étanchéité de la pompe est assurée en générale par un presse-étoupe, ou une garniture mécanique,

placé entre la volute et l’arbre d’entrainement.

3-2/ Principe de fonctionnement d’une pompe centrifuge :

Le fluide arrivant par l'ouïe est dirigé vers la roue en rotation qui sous l'effet de la force

centrifuge lui communique de l'énergie cinétique. La rotation augmente la vitesse du fluide tandis

que la force centrifuge qui le comprime sur la périphérie (la volute) augmente sa pression. Dans

l’élargissement en sortie, qui se comporte comme un divergent, le liquide perd de la vitesse au

profit de l’accroissement de pression : l’énergie cinétique est convertie en énergie de pression.

Figure 3: Principe de fonctionnement d’une pompe centrifuge

3-3/ Les différents types des pompes centrifuges :

On distingue deux types de pompes centrifuges :

- Les pompes monocellulaires équipées d’une seule roue.

- Les pompes multicellulaires équipées de plusieurs roues : pour ce type de pompes, les roues sont

montées sur l’arbre d’entrainement et raccordées de sorte que le collecteur de la première cellule

conduit le liquide dans l’ouïe de la cellule suivante. En arrivant à la roue suivante, le liquide est

chargé avec la pression développée dans la cellule précédente. A la sortie de la dernière roue, la

pression du liquide sera égale à la somme des différentes pressions développées au niveau des

différentes cellules de la pompe.

refoulement

rotor

aspiration

rotor

volute

refoulement



9/101

Figure 4: Pompe centrifuge multicellulaire

3-4/ Avantages et inconvénients des pompes centrifuges :

Pour les avantages, ce sont des machines de construction simple, sans clapet ou soupape,

d’utilisation facile et peu coûteuses.

- A caractéristiques égales, elles sont plus compactes que les machines volumétriques.

- Leur rendement est souvent meilleur que celui des « volumétriques ».

- Elles sont adaptées à une très large gamme de liquides.

- Leur débit est régulier et le fonctionnement est silencieux.

- En cas de colmatage partiel ou d’obstruction de la conduite de refoulement, la pompe centrifuge

ne subit aucun dommage et l’installation ne risque pas d’éclater. La pompe se comporte alors

comme un agitateur…

Du côté des inconvénients :

- Impossibilité de pomper des liquides trop visqueux.

- Production d’une pression différentielle peu élevée (de 0,5 à 10 bar).

- Elles ne sont pas auto-amorçantes.

- A l’arrêt ces pompes ne s’opposent pas à l’écoulement du liquide par gravité (donc il faut prévoir

des vannes ou des clapets).

3-5/ Amorçage des pompes centrifuges :

Les pompes centrifuges ne peuvent pas s'amorcer seules. L'air contenu nécessite d'être

préalablement chassé. On peut utiliser un réservoir annexe placé en charge sur la pompe pour

réaliser cet amorçage par gravité.

Pour éviter de désamorcer la pompe à chaque redémarrage il peut être intéressant d'utiliser un clapet

anti-retour au pied de la canalisation d'aspiration.

Figure 5: Amorçage d’une pompe centrifuge par une pompe manuelle

Pompe manuelle

d’amorçage



10/101

Figure 6: Amorçage manuel d’une pompe centrifuge

3-6/ Installation d’une pompe centrifuge :

a/- Pompe immergée :

Pour ce type de pompes on n’a pas de problème d’amorçage. Les pompes immergées sont

de technologie particulière, on distingue de cas :

a- La pompe immergée et le moteur situé au-

dessus du niveau de l’eau

b- La pompe et le moteur sont immergés (pour

un tel type de montage, il faut faire attention à

l’étanchéité du moteur électrique)

Figure 7: Pompe immergée

b/- Pompe en charge : (la pompe est située au-dessous du réservoir)

Pour ce type de pompe on n’a pas de problème

d’amorçage mais il faut prévoir une vanne

d’isolation pour éviter la vidange du réservoir

lors de l’entretien de la pompe.

NB : il ne faut pas mettre la pompe en marche à

vanne fermée.

Figure 8: Pompe en charge

Clapet anti-routeur

Vanne d’isolation

Alimentation électrique

Vanne

Pompe immergée

Forage

(Situation de pompage)

Niveau de l’eau

après rabattement



11/101

c/- Pompe en aspiration ou en dépression : (la pompe est située au-dessus du réservoir)

Pour ce type de pompe on doit placer un clapet de

pied au niveau de la crépine pour permettre

l’amorçage de la pompe lors de la première mise

en marche.

NB : La hauteur d’aspiration ha est limitée. En

pratique, pour l’eau à pression atmosphérique,

hamax <8m.

Figure 9: Pompe en aspiration

3-7/ Réglage du débit :

- Trois moyens sont possibles :

a- Variation de la vitesse de rotation de

la pompe en variant la vitesse de rotation

du moteur électrique par un dispositif

électronique (variateur de vitesse

électrique). C'est la méthode la plus

employée. Cependant, la régulation

électrique du moteur via un variateur de

fréquences engendre une consommation

d'énergie supplémentaire dont il faut

tenir compte.

b- Vanne de réglage située sur la

canalisation de refoulement de la pompe

pour éviter le risque de cavitation :

suivant son degré d'ouverture, la perte de

charge du réseau va augmenter ou

diminuer ce qui va entraîner la variation

du point de fonctionnement.

c- Réglage en « canard » avec renvoi à

l'aspiration d'une partie du débit.

3-8/ Positions de montage :

On peut monter l’électropompe dans n’importe quelle posions, mais jamais avec moteur vers le bas.

Figure 10: Positions de montage

roiparipsa

afeselfofai

P

roiparipsa afeselfofai P

agélréf ef eraaf

Crépine +

clapet de pied

(a) (b)

(c) (d)



12/101

4/- Les caractéristiques des pompes centrifuges :

4-1/ La hauteur manométrique totale Hmt :

La hauteur manométrique permette de choisir la pompe pour une courbe de réseau imposée.

a/- La hauteur géométrique : (HG)

La hauteur géométrique HG est la somme verticale de la hauteur de refoulement et la hauteur

d’aspiration.

HG = H refoulement + H aspiration

b/- La pression utile : (pu)

Elle dépend du type d’utilisation au point de puisage.

On définit alors la hauteur utile Hu exprimée en [mCE] avec :

c/- La pression de charge : (pc)

Lorsqu’une réserve de fluide fournit une pression de charge, elle correspond tout simplement à la

hauteur du niveau de ce fluide dans le réservoir source et le point d’aspiration.

g

pH c

c

d/- Expression de la hauteur manométrique totale : Hmt

La pompe doit vaincre dans le circuit : - La variation de hauteur HG.

- La pression utile pu au point de puisage.

- Les pertes de charge dans la tuyauterie ΔH.

NB : Les deux premiers facteurs sont généralement constants.

On définit la Hauteur manométrique totale Hmt par :

Pompe en aspiration Pompe en charge

HHH Gmt CGmt HHHH

Figure 11: La hauteur manométrique totale

g

pH u

u

pu : pression utile exprimée en [Pa].

Hc HG



13/101

Remarque :

, en mCE (mètres colonne d’eau)

Où ∆ppompe est la pression différentielle de la pompe.

4-2/ La puissance consommée par le moteur : [kW]

La puissance consommée pour un débit donné permet de connaître le coût de fonctionnement de la

pompe.

Avec : vvmtvpompehyd qEqHgqpP .

Avec E = g.Hmt : énergie fournie au fluide par unité de masse.

4-3/ Le rendement de la pompe:

On a : m

hyd

gP

P , en remplaçant hydP par son expression, on trouve

m

vmtg

P

qHg

4-4/ Le N.P.S.H.: Net Positive Suction Head (hauteur de charge nette d’aspiration)

Le N.P.S.H.est une notion qui permet de contrôler par le calcul, la pression à l’entrée d’une pompe

et de vérifier qu’elle est suffisante en tenant compte de la chute de pression complémentaire entre la

bride d’aspiration et la pompe.

a/- Hauteur maximale d’aspiration : ha max

Figure 12: hauteur d’aspiration

Appliquons le théorème de Bernoulli entre (1) et (2) (Figure 11) pour déterminer la hauteur

maximale d’aspiration :

2,1

222

111

.2

²

.2

²H

g

p

g

vz

g

p

g

vz

Avec :

asp

atma H

g

v

g

p

g

ph

2..

2

22

- La hauteur d’aspiration est maximale lorsque 02.

2

22

aspH

g

v

g

p

g

ph atm

a.

max

* Exemple : Pour l’eau on a :

ρ = 1000 kg/m3 et on a g = 9.81 m/s² et patm = 1.013 bar = 1.013 x 10

5 Pa

mha 33.10max

- Donc l'aspiration de l'eau par une pompe ne sera possible à 20°C qu'à une profondeur maximale de

g

p H = H

pompe

pompemt

g

hyd

mmm

PwCP

ahzz 12

01 v

atmpp 1

aspHH 2,1

Ha 1

2

z



14/101

10.33 m. Il s'agit d'une limite physique qui ne dépend absolument pas de la qualité de la pompe.

* Remarque : Dans la pratique le terme

aspH

g

v

g

p

2.

2

22

ne peut pas tendre vers 0.

En effet, lorsque la pression d’aspiration se rapproche de la pression du vide absolu )0( 2 gp ,

des cavités remplies de vapeur se forment dans le liquide, il se produit un phénomène appelé

CAVITATION.

b/- Phénomène de cavitation : Le phénomène de cavitation correspond à une vaporisation du liquide qui se traduit par l'apparition

de bulles de gaz au sein du liquide ou contre les parois. La cavitation apparaîtra dans les zones où la

pression est minimale. Ces zones se situent à l'entrée de la roue au voisinage du bord d'attaque des

aubes.

* Effets : - Une baisse des performances de la pompe.

- Une érosion des pièces métalliques.

- Vibrations très élevées qui engendrent la destruction des garnitures d’étanchéité.

- Bruit anormal.

c/- Condition de non cavitation : La cavitation est caractérisée par le N.P.S.H. On distingue :

- N.P.S.HRequis : pour un débit, une vitesse de rotation et une pompe données. Il est spécifié par le

constructeur.

- N.P.S.HDisponible : qui, pour le même débit, résulte de l'installation. Il est obtenu en calculant la

pression à l'entrée de la pompe

- La condition de non-cavitation entraîne :

N.P.S.HDisponible > N.P.S.HRequis avec :

Où :

- H [m] : élévation (signe +) ou charge (signe –) depuis le niveau du liquide dans le réservoir

d’alimentation jusqu’à l’orifice d’aspiration de la pompe,

- pr [Pa] : pression effective régnant à la surface libre du réservoir d’alimentation ouvert ou fermé,

dans lequel la pompe aspire, (pr + patm = pression absolu).

- pV [Pa] : pression de vapeur saturante du liquide pompé mesurée par rapport au vide absolu.

- ΔΗasp [m] : pertes de charge à l’aspiration entre le niveau libre dans le bassin ou le réservoir

d’alimentation et la bride d’entrée de la pompe,

4-5/ Courbes caractéristiques d’une pompe centrifuge :

Les caractéristiques d’une pompe centrifuge sont présentées pour une vitesse de rotation constante

et en fonction du débit Q en [m3/h ou l/s] et qui sont :

Exemple : Pompe centrifuge de type VLX2-50 dont la vitesse de rotation de l’arbre moteur est : N =

2850 tr/min.

Figure 13: Variation de la Hmt (m) en fonction du débit (m3/h)

aspvatmr

disp Hg

p

g

ppHHSPN

.....



15/101

Figure 14: Variation du rendement η (%) en fonction du débit (m3/h)

Figure 15: Variation de la puissance (kW) en fonction du débit (m3/h)

Figure 16: Variation de NPSH requis (m) en fonction du débit (m3/h)

4-6/ Point de fonctionnement d’une pompe centrifuge :

a/- Equation caractéristique d’un circuit de transport de liquide :

Pour un circuit donné, la hauteur manométrique est : HHH Gmt

Avec :

ΔH : la somme des pertes de charge régulières et singulières dans le circuit (Aspiration et

refoulement) :

g

vk

D

L

g

vk

D

LH r

r

r

rr

aa

a

aa

2

².

2

².

Or :

4

².et ..

DSSvSvQ rraa

Donc : ².1

.1

.².

844

QD

kD

L

Dk

D

L

gH

r

r

r

r

r

a

a

a

a

a

On pose :

44

1.

1.

².

8

r

r

r

rr

a

a

a

aa

Dk

D

L

Dk

D

L

gA

Donc : ².QAHH Gmt , où : A est une constante pour un circuit donné (caractéristique d’un

circuit).

Le point de fonctionnement est l’intersection de la courbe caractéristique du circuit

².QAHH Gmt avec la courbe caractéristique de la pompe QfHm .

b/- Traçage des courbes caractéristiques :

Figure 17: Point de fonctionnement

Q

Hmt

Q*

H*mt

Courbe caractéristique

de la pompe

Courbe caractéristique

du circuit

HG+

Hu

ΔH

Point de fonctionnement

η

ηmax

Q Q* giprheso ipbgD

*



16/101

1P

2P

QV

QV1

QV2

QV = QV1 + QV2

c/- Interprétation :

- Si le débit souhaité est inférieur à celui qui est

déterminé, on peut choisir un diamètre de conduite

plus petit ou une pompe moins puissante ou bien on

utilise une vanne de réglage de débit (augmenter les

pertes de charge dans le circuit).

- Si le débit souhaité est supérieur à celui qui est

déterminé, on doit choisir un diamètre de conduite

plus grand pour diminuer les pertes de charge ou une

pompe plus puissante.

* Remarque : Le point de fonctionnement doit ètre au voisinage et à droite du débit souhaité.

Dans ce cas on peut améliorer le rendement en agissant sur la vanne de réglage du débit.

5/- Couplages des pompes centrifuges :

Pour parvenir à obtenir certaines conditions de fonctionnement impossibles à réaliser avec une

seule pompe, les utilisateurs associent parfois deux pompes dans des montages en série ou en

parallèle.

On considère deux pompes P1 et P2 ayant des caractéristiques identiques.

5-1/ Couplage en série :

Il convient bien pour un réseau présentant des pertes de charge importantes.

Pour ce cas de couplage on a : Hmt série = Hmt1 + Hmt2 et QV = QV1 = QV2

5-2/ Couplage en parallèle :

Le couplage en parallèle permet d'augmenter le débit dans le réseau, il convient lorsque le besoin de

débit plus important s’avère nécessaire.

Pour ce cas de couplage on a : Hmt1 = Hmt2 = Hmt parallèle et QV = QV1 + QV2

6/- Critères de choix des pompes centrifuges :

Une pompe centrifuge doit être choisie en fonction de l’installation dans laquelle elle sera placée et

en tenant compte des éléments suivants :

- Les propriétés du liquide.

- Le débit souhaité Qs.

- Les caractéristiques spécifiques du circuit, HG et Hmt.

η

ηmax

Q Q* Dgbpi osehrpig

Q*

Q

η

ηmax

Dgbpi osehrpig

1P 2P

QV QV



17/101

* Remarque : Lors du choix d’une pompe centrifuge, on doit disposer de son catalogue.

6-1/ Les propriétés du liquide : (critère n°1)

Ces propriétés sont indispensables pour le bon choix des matériaux utilisés pour la fabrication des

pièces de la pompe qui sont en contact avec le liquide.

6-2/ Le débit souhaité : (critère n°2)

La pompe doit être capable d’assurer le débit souhaité Qs.

6-3/ HG < Hm0 : (critère n°3)

Avec Hm0 est la hauteur manométrique de la pompe correspondant à un débit nul.

6-4/ HG < H1 : (critère n°4)

Avec Hm1 est la hauteur manométrique de la pompe correspondant à un rendement maximal.

6-5/ Le point de fonctionnement : (critère n°5)

Le point de fonctionnement doit ètre au voisinage et à droite du débit souhaité.

Q

Hm

Qs

Pompe 1

Pompe 2

Pompe 3

Dans ce cas, la pompe convenable est la pompe 1.

Pompe 1

Pompe 2


Q

Hm

Hm01

Hm02

HG

Pompe 1

Pompe 2


HG

Q

Hm

Q2max Q1max

Hm12

Hm11



18/101

6-6/ NPSH : (critère n°6)

On doit vérifier que la cavitation est évitée pour le débit de fonctionnement Q*. Il faut que :

N.P.S.HDisponible (Q*) > N.P.S.HRequis (Q*)

* Remarque : Si on ne connait pas N.P.S.HRequis, on doit vérifier que la pression absolue

d’aspiration de la pompe, équivalente à Q*, est supérieure à la pression absolue de vaporisation du

liquide.

pasp(Q*) > pv



19/101

1/- Description générale :

Un circuit d’hydraulique industrielle est constitué de 3 zones :

1ere

zone : Source d’énergie : c’est un générateur de débit. (centrale hydraulique)

2ème

zone : Récepteur hydraulique : transforme l’énergie hydraulique en énergie mécanique.

(vérin, moteur hydraulique)

3ème

zone : liaison entre les deux zones précédentes.

On peut trouver dans cette zone :

- des éléments de distribution (distributeur).

- des éléments de liaison (tuyaux).

- des accessoires (appareils de mesure, de protection, de stockage d’énergie et de

régulation).

La transmission de puissance par les circuits hydrauliques est très utilisée dans l’industrie.

Parmi les avantages de ce type de transmission, on cite:

- Encombrement réduit

- Durée de vie élevée

- Facilité de réglage (ex : réglage de vitesse par action sur le débit)

- Possibilité de transmettre des puissances très élevées

- Bonne durée de vie des composants

- Grande souplesse d’utilisation

- Possibilité de démarrer les installations en charge

- Peu d’entretien

Parmi les inconvénients de ce type de transmission, on cite:

- Prix élevé

- Rendement faible à cause des fuites et des pertes de charge au niveau des tuyauteries.

- Risques d’accident dus à la présence des pressions élevées.

Energie primaire

Centrale Hyd.

Conduites

distributeur…

Energie secondaire

Vérin / Moteur

Pél PHyd P’Hyd Pméc

a

GENERATEUR LIAISON RECEPTEUR



20/101

* Composition d’un circuit hydraulique :

Figure 18: Exemple d’un circuit hydraulique de transmission de puissance

Rep Désignation Fonction 1 Réservoir Stocker le fluide

2 Pompe hydraulique Générer la puissance hydraulique

3 Moteur électrique Actionner la pompe

4 Distributeur Distribuer la puissance hydraulique au vérin

5 Vérin double effet Transformer la puissance hydraulique en puissance mécanique

6 Accumulateur Stocker l’énergie hydraulique

7 Régulateur de débit Régler le débit et la vitesse du fluide

8 vanne Autoriser ou interrompre le passage du fluide

9 Limiteur de pression Protéger l’installation contre les surpressions

10 filtre Nettoyer l’huile

11 Manomètre Mesurer la pression

12 Débitmètre Mesurer le débit

13 Clapet anti-retour Autoriser le passage du fluide dans un seul sens

2/- Centrale hydraulique :

La centrale hydraulique (appelé aussi groupe hydraulique) est un générateur de débit et pas

de pression. La pression augmente lorsqu’il y a résistance à l’écoulement.

Elle est constituée essentiellement d’un réservoir d’huile, d’un moteur et d’une pompe et d’un

système de filtration.

M

2

4

5

6

7

8

9

11

10

12

3

13

1 efaiarlf yHearelpnef

rgefiifea



21/101

Figure 19: Composition d’une centrale hydraulique

2-1/ Le réservoir :

a/- Constitution :

Le réservoir est utilisé pour le stockage des fluides. Il est constitué de :

- Une cuve en acier séparée en deux chambres par une cloison de stabilisation : Une chambre

d’aspiration (où se trouve le filtre d’aspiration) et une chambre de retour (pour isoler les

polluantes).

- Un couvercle assurant l’étanchéité et supportant l’ensemble motopompe.

- Un bouchon de vidange et éventuellement un autre de remplissage.

- Une porte de visite utilisée pour le changement du filtre, la réparation et le nettoyage.

- Deux voyants pour indiquer le niveau de fluide.

- Un filtre monté sur la tuyauterie d’aspiration.

Figure 20: Composition d’un réservoir

Remarque : La capacité utile du réservoir est supérieure à trois fois la variation possible de volume

du circuit.

b/- Symboles :

Réservoir à pression

atmosphérique

Réservoir sous

pression

Tuyauterie partant d’un

réservoir en charge

Tuyauterie immergée Tuyauterie au-dessus du

niveau de l’huile



22/101

2-2/ Les filtres :

Les polluants présents dans un circuit occasionnent des dommages et/ou une usure

prématurée des composants. Ces polluants peuvent être de deux types :

- Solides : les particules d’usure venant des composants et les particules venant de l’extérieur.

- Solubles (non solides) : Eau, Gommes, boues…

a/- Positions des filtres dans l’installation :

Il y a plusieurs possibilités d’installer les filtres dans les circuits hydrauliques. Il est possible de

combiner plusieurs de ces possibilités :

* A l’aspiration :

Ces filtres, appelés aussi crépines, sont presque toujours présents dans le circuit, mais ils ne

suffisent généralement pas à la protection et doivent être complétés par une des solutions suivantes.

* Au refoulement :

On évite cette solution lorsque c’est possible, bien que cela soit la filtration la plus efficace pour le

circuit.

* Au retour :

Cette solution efficace et économique est très souvent employée. A noter qu’il peut être intéressant

de filtrer les retours de drains, car c’est aux passages des tiges que la pollution extérieure

s’introduit.

* Filtration externe :

Emplacement - Le filtre est installé avant la pompe.

Avantages - Tout le circuit est protégé, pompe comprise.

Inconvénients - Augmentation de la perte de charge à l’aspiration

- La maille de celui-ci ne peut être très fine.

Emplacement - Le filtre est installé après la pompe (ou avant une portion de circuit).

Avantages - La perte de charge étant indifférente.

- La maille du filtre peut être très fine.

- Tout le circuit est protégé.

Inconvénients - La pompe n’est pas protégée.

- Les parois des filtres doivent supporter la pression du circuit, ce qui donne

des filtres volumineux, lourds et chers.

Emplacement - Le filtre est installé sur les canalisations de retour d’huile.

Avantages

- La perte de charge étant indifférente.

- La maille du filtre peut être très fine.

- La pression étant faible.

- Les filtres sont plus légers et moins chers.

Inconvénients - Le circuit doit être confiné (Enfermée).

- Ils doivent être protégés contre le colmatage.

Emplacement - Le filtre est installé sur un circuit externe.

Avantages - La perte de charge dans le circuit principale est

minimale.

Inconvénients - La pompe de filtration n’est pas protégée.

- Consommation de puissance supplémentaire.

Pompe de filtration



23/101

b/- Symboles :

Filtre avec indicateur

de colmatage à contact

Filtre avec indicateur

de colmatage à voyant

Filtre avec limiteur

de pression by-pass

Filtre avec clapet anti-

retour taré

Filtre protégé contre le

retour de l’huile

Figure 21: les différents symboles normalisés des filtres

c/- Efficacité des filtres :

L'efficacité d'un filtre s'exprime par la taille des particules arrêtées par celui-ci, exprimée en µm

(10-3

mm).

* Efficacité absolue :

On indique alors la taille minimale des particules qui seront toutes arrêtées. Par exemple, un filtre

absolu à 10 µm ne laissera passer aucune particule de taille > 10 µm.

C'est une indication contraignante pour le fabricant, ce qui explique pourquoi cette garantie est peu

utilisée; on parle plus souvent d'efficacité relative.

* Efficacité relative :

On donne l'efficacité relative d'un filtre, par taille nominale de particules, en indiquant le

pourcentage de particules arrêtées. Par exemple, un filtre ayant une efficacité de 95% à 10 µm ne

laissera passer que 5% de particules de 10 µm, en un seul passage. On peut indiquer plusieurs

efficacités pour des tailles de particules différentes.

Les fabricants utilisent souvent une autre façon de désigner l'efficacité, le ßx. Ce ßx est indiqué par

taille de particule et calculé de la manière suivante:

filtreduavalenXtailledeparticulesdenombre

filtreduamontenXtailledeparticulesdenombreX

Par exemple, un filtre ayant un ß10 = 200 ne laissera passer que 0,5% de particules de 10 µm (son

efficacité relative est alors de 99,5%).

2-3/ Les pompes :

a/- Mise en situation :

Par quel moyen peut-on déplacer de l’huile industrielle sous pression afin de commander un

organe récepteur d’une installation hydraulique?

Solution : une pompe hydraulique.

b/- Description :

Une pompe volumétrique transforme l’énergie mécanique en énergie hydraulique, elle aspire

l’huile contenu dans le réservoir puis le refoule sous pression dans les tuyauteries.

? Huile en repos à

pression normale

Huile en mouvement

sous pression



24/101

Une pompe volumétrique est constituée :

- D’un corps fixe ou Stator,

- D’un ou de plusieurs éléments mobiles participant au déplacement du fluide à l’intérieur de

la pompe, d’autres éléments mobiles destinés à mettre en mouvement les éléments précédents.

Pour ce type de pompes, l’entrée et la sortie sont non communicantes grâce à une étanchéité interne,

ainsi les fuites seront minimes et les pressions importantes.

c/- Symboles :

Pompe

unidirectionnelle

à cylindrée fixe

Pompe

unidirectionnelle à

cylindrée variable

Pompe

bidirectionnelle

à cylindrée fixe

Pompe

bidirectionnelle à

cylindrée variable

Pompe à

cylindrée fixe

avec drainage

Pompe à cylindrée

variable avec

drainage

Figure 22: les différents symboles normalisés des pompes

d/- les différents types des pompes :

Plusieurs principes mécaniques sont mis en œuvre dans réalisation des pompes, dans ce qui suit

quelques réalisations simples seront étudiées.

* Les pompes à engrenage extérieure :

Les pompes à engrenage à denture extérieure sont constituées d’un carter et de deux

pignons à denture droite. L’un des pignons, appelé pignon menant est moteur, il est solidaire de

l’arbre d’entraînement. L’autre pignon mené est entraîné en rotation par engrènement des dents.

L’aspiration dans ces pompes est provoquée par le vide créé au niveau du désaccouplement

des dents en D.

L’huile en provenance du réservoir arrive en A (côté aspiration) remplit les creux de dents

des pignons au niveau de la partie supérieure en C. Ainsi emprisonnée, l’huile est transportée par

les pignons vers la droite et vers la gauche en suivant le contour intérieur du carter. A la fin du cycle

de transport, l’huile est refoulée en R à cause du rapprochement des dents.

L’engrènement des dents en E assure l’étanchéité entre l’aspiration et le refoulement.

Figure 23: Pompe à engrenage extérieure

Avantages : Débit régulier, Marche de la pompe réversible, Faible encombrement, Prix peu élevé.

Inconvénients : Nombreuses pièces d’usure, Pas de particules solides dans cette pompe, ni de

produits abrasifs, Bruyante.

Caractéristiques : Cylindrée 250 cm3/tour maxi, Pression de service 200 bars maxi, Vitesse de

rotation de 800 à 3500 tr/min, Rendement relativement faible de 0.7 à 0.8.

C

A

D

R



25/101

* Les pompes à engrenage intérieure :

Les pompes à engrenage à denture intérieure sont constituées d’un carter, d’une roue, d’une

couronne et d’un croissant (qui va séparer entre l’entrée et la sortie).

Les nombres de dents de la couronne est toujours supérieure de 1 au nombre de dents de la roue.

C’est cette différence du nombre de dents qui permet d’obtenir des chambres d’aspiration et des

chambres de refoulement.

L’axe de la roue est excentré par rapport à celui de la couronne.

La roue est motrice, elle entraîne la couronne en rotation par engrènement des dents.

Figure 24: Pompe à engrenage intérieure

Avantages : Débit régulier, Marche de la pompe réversible, Faible encombrement, Prix peu élevé,

Non bruyante.


produits abrasifs.


rotation de 300 à 3000 tr/min, Rendement acceptable 0.9.

* Les pompes à pistons axiaux :

Les axes des pistons sont parallèles entre eux et l’axe principal de la pompe. Les bielles

sont en liaisons rotules avec le plateau incliné d’un angle fixe ou variable) qui est à l’origine des

mouvements alternatifs des pistons.

Le bloc cylindre est entraîné en rotation par l’intermédiaire de l’arbre d’entraînement et

transforme le mouvement de rotation continu en un mouvement de translation au niveau du piston.

Le patin assure la liaison mécanique entre le plateau incliné et le piston.

Lorsque le plateau effectue un demi-tour, le piston (en haut de la figure) passe du point mort haut

(PMH) au point mort bas (PMB) et on a l’aspiration de l’huile.

Lorsque le plateau effectue le second demi-tour, le piston (en haut de la figure) passe du point mort

bas (PMB) au point mort haut (PMH) et on a le refoulement de l’huile.



26/101

Figure 25: Pompe à pistons axiaux à cylindrée fixe

Figure 26: Pompe à pistons axiaux à cylindrée variable

Avantages : Fonctionnement à sec sans dommage, Faible inertie des pièces en mouvement, Peut

être utilisé en moteur hydraulique, Le débit est plus stable.

Inconvénients : Nécessite une filtration efficace (de 10 à 20 µ) car le jeu interne est très faible, La

pompe à barillet incliné est un ensemble compact.

Caractéristiques : - Pompe à pistons axiaux à cylindrée fixe :

* A plateau incliné : Cylindrée 500 cm3/tour maxi, Pression de service 350 bars maxi, Rendement

0.9.

* A barillet incliné : Cylindrée 500 cm3/tour maxi, Pression de service 450 bars maxi, Rendement

0.95.

- Pompe à pistons axiaux à cylindrée variable :

* L’inclinaison du plateau est variable : Cylindrée 750 cm3/tour maxi, Pression de service 450 bars

maxi, Rendement 0.95.

* L’inclinaison du barillet est variable : Cylindrée 1000 cm3/tour maxi, Pression de service 400 bars

maxi, Rendement 0.95.

* Les pompes à pistons radiaux :

Les pistons sont disposés radialement au stator, leurs axes sont perpendiculaires à l’arbre

d’entraînement principal.

L’excentrique est entraîné en rotation par l’intermédiaire de l’arbre et transforme le

mouvement de rotation continu en un mouvement de translation au niveau du piston. Le patin

assure la liaison mécanique entre l’excentrique et le piston.

Lorsque l’excentrique effectue un demi-tour, le piston descend ce qui provoque l’aspiration de

l’huile.

Course

α

a

A barillet incliné

Course

α

a

A plateau incliné (axiale)

α

α

L’inclinaison du plateau est variable L’inclinaison du barillet est variable



27/101

Lorsque l’excentrique effectue le second demi-tour, le piston est repoussé dans sa chambre et on a

le refoulement de l’huile.

Figure 27: Pompe à pistons radiaux

Avantages : Fonctionnement à sec sans dommage, Faible inertie des pièces en mouvement, Peut

être utilisé en moteur hydraulique, Le débit est plus stable.

Inconvénients : Nécessite une filtration efficace (de 10 à 20 µ) car le jeu interne est très faible.

Caractéristiques : Cylindrée 250 cm3/tour maxi, Pression de service 350 bars maxi, Rendement

acceptable 0.9.

* Les pompes à palettes :

La rotation du rotor entraîne celle des palettes dont les extrémités sont continuellement en

contact avec le stator aux points Ci, grâce à la force centrifuge. Outre, des ressorts de compression

poussent les bases des palettes.

Au démarrage, les extrémités des palettes entrent en contact avec la piste circulaire du stator.

Grâce à l’excentrique on a une augmentation progressive du volume compris entre deux palettes

voisines (ou volume circulaire) qui entraîne, lors du premier demi-tour, un phénomène d’aspiration.

L’huile entre donc dans la pompe par les lumières d’aspiration.

Le phénomène inverse se produit lors du second demi-tour. La réduction progressive du volume

cellulaire contraint l’huile à s’échapper par les lumières de refoulement, c’est le phénomène du

refoulement.

Figure 28: Pompe à palettes

erof

rlse eHlpaeaf

iseaarai

Ppoisa

Cylindrée variable Cylindrée fixe

Cylindrée fixe Cylindrée variable



28/101

Figure 29: Pompe à palettes équilibrée

Avantages : Débit régulier, Marche réversible de la pompe, Assez silencieuse.

Inconvénients : Usure du corps par frottement des palettes, Prix élevé.


rotation de 300 à 3000 tr/min, Rendement relativement faible de 0.8 à 0.9.

* Les pompes péristaltiques :

La rotation du rotor entraîne le roulement sans glissement des rouleaux sur le tuyau

déformable solidaire du stator.

Cette pompe existe aussi avec trois rouleaux à 120 °.

Figure 30: Pompe péristaltique

Avantages : Utilisation comme pompe doseuses possible.

Inconvénients : Débit limité, Refoulement très saccadé (irrégulière), Température d’utilisation

assez faible.

Caractéristiques : Débit 50 m3/h maxi, Pression de service 15 bars maxi, Hauteur manométrique

totale 16 mCE, Rendement relativement faible de 0.8 à 0.9.

* Les pompes à vis :

Deux vis dont l’une est motrice (3) et l’autre(s) menée(s) (4), tournent en sens inverse,

créant ainsi d’un côté une zone d’aspiration et de l’autre une zone de refoulement (fig. 10).

Cette pompe existe aussi avec trois vis dont l’une est centrale.

Figure 31: Pompe à vis



29/101

Avantages : Débit régulier, Assez silencieuse, Peut être accouplé directement à un moteur

électrique de à grand vitesse.


produits abrasifs, Prix élevé.


rotation de 300 à 3500 tr/min, Rendement acceptable 0.9.

e/- les grandeurs associées aux pompes :

* La cylindrée ( Cy ) :

Par définition la cylindrée est le volume de fluide refoulé ou aspiré par une pompe en l’absence des

fuites, pendant une révolution de l’arbre principal.

Unités : [m3 /tr] ;[l/min] ou [l/tr].

* Les débits :

- Le débit moyen théorique : (qv moy) [m3/s]

C’est le volume moyen refoulé par unité de temps, connaissant la cylindrée ce débit est déterminé

par :

.vmoyq Cy N

Avec : N : Fréquence de rotation en [tr/s]

Cy : Cylindrée en [m3/ tr]

- Le débit moyen réel: ( qv moy r ) [m3/s]

C’est le volume refoulé par la pompe en pratique.

* Les puissances :

- La puissance mécanique : ( Pm ) [W]

C’est la puissance fournie à l’arbre d’entraînement de la pompe par le moteur et peut être donnée

par les deux relations suivantes :

.mP C

ou ( )m vmoy sth eP q p p

Avec : C : Couple d’entraînement de pompe en [Nm] ;

: Vitesse angulaire en [rad /s] ;

ps th : Pression de sortie théorique en [Pa] ;

pe : Pression d’entrée en [Pa] ;

- La puissance hydraulique : ( Ph )

C’est la puissance fournie par le fluide à la sortie de la pompe donnée par :

( )h vmoyr s eP q p p

Avec : ps : est la pression mesurée réellement à la sortie en [Pa].

* Les rendements :

- Le rendement volumétrique :

Compte tenu des fuites et de la compressibilité du fluide, le dédit réel et toujours différent du débit

théorique, on définit ainsi un rapport :



30/101

vmoy r

v

vmoy

q

q

On a :

11

( )(1 )

v moy r

vv fv moy r v f

v moy r

q

qq qq

Avec : qv f : Débit moyen de fuites.

En pratique, le rendement volumétrique d’une pompe varie entre 70 % et 98 %.

Facteurs influant le rendement volumétrique :

Comportement du rendement volumétrique en fonction des paramètres de fonctionnement :

Paramètres Rendement volumétrique v

Pression

Température

Usure

Fréquence de rotation de la pompe

Viscosité du fluide

- Le rendement mécanique :

Le fluide à la pression d’entrée refoulé à la pression de sortie ps = pe .

Une chute de pression due à des effets mécaniques et hydrauliques fait passer p s th à ps, ainsi on

détermine :

( )

( )

s em

sth e

p p

p p

Le rendement volumétrique

v

Pression

Température Usure

Technologie de la pompe





31/101

11

( ) (1 )

s e th s th e

m

th f f

si p p p et p p p

p pOn aura

p p p p p

Avec : pf : Chute de pression due aux pertes de charges.

En pratique, le rendement mécanique d’une pompe varie entre 75 % et 90 %.

Facteurs influant le rendement mécanique :

- Le rendement global :

Le rendement global d’une pompe, traduit en terme de performance le rapport en la puissance

hydraulique fournie par la pompe et la puissance mécanique reçue par le moteur.

hg

m

P

P

Et puisque :

( ) . ( ) ( )

( )

( )

h vmoy r s e v vmoy s e m vmoy sth e

vmoy r s eg v m

vmoy sth e

P q p p q p p et P q p p

q p p

q p p

En pratique, le rendement global d’une pompe varie entre 52,5 % et 88,2 %.

* Le couple d’entraînement (C) : [N.m]

Le couple à appliquer à l’arbre d’entraînement de la pompe.

( )

2 .( ) 2

h g m s e v moy r g v moy r V

V s e g

P P p p q C or q Cy N

et N on aura donc Cy N p p C N

d’où :

( )

2

s e

m

Cy p pC

Le rendement mécanique

m

Pression

Température Usure

Technologie de la pompe





32/101

f- Application :

Dans une installation de transmission de puissance hydrostatique d’une presse hydraulique, une

pompe à palettes débite réellement 100 l / min pour une pression de sortie de 141 bars et celle

d’entrée de -0,9 bar.

Cette pompe est entraînée par un moteur électrique tournant à la fréquence de 2500 trs.min-1

donnant un moment de couple à l’arbre d’entraînement de 105 Nm.

Les caractéristiques de la pompe sont :

Diamètre du stator, D = 120 mm.

Nombre de palettes, n = 5.

Largeur d’une palette, b = 20 mm.

Excentricité, e = 3 mm.

Sachant que la cylindrée d’une pompe à palettes est donnée par la relation :

2 . . . .sin n

Cy b n e D

On vous demande de déterminer :

1/- Le débit moyen théorique.

2/- Le débit des fuites, en déduire le rendement volumétrique.

3/- La puissance hydraulique.

4/- La puissance mécanique.

5/- Le rendement mécanique. En déduire la puissance de sortie théorique et la chute de pression due

aux pertes de charges.

6/- Le rendement global en utilisant deux méthodes.

* Eléments de réponses :

1/- qv moy = 105,8 l / min.

2/- qv f = 5,8 l / min , v = 94,5 %.

3/- Ph = 23,65 kW.

4/- Pm = 27,49 kW.

5/- m = 91 % , p s th =154,98 bar , p f = 13,98 bar.

6/- g = 86 %.



33/101

3/- Les organes de liaison :

3-1/ Les organes de commande (les distributeurs) :

a/- Rôle :

Les distributeurs sont utilisés pour commuter et contrôler le débit du fluide sous pression, à

la réception d’un signal de commande qui peut être mécanique, électrique ou hydraulique, afin de

commander l’organe récepteur (vérin ou moteur).

b/- Symbolisation :

Figure 32: symbole normalisé du distributeur

* Désignation : Nombre d’orifices / Nombre de positions, nature du centre du distributeur si

Nombre de positions est 3, type de commande.

* Orifices : Les différents orifices d’un distributeur sont:

- P : orifice en connexion avec la pompe.

- R : orifice d’échappement.

- A : orifice en connexion avec l’orifice A de l’organe récepteur.

- B : orifice en connexion avec l’orifice B de l’organe récepteur.

* Types de centres :

Désignations Représentations

Centre fermé

Centre tandem

Centre semi ouvert

Centre ouvert

Source de pression

Type de commande : - électromagnétique - pneumatique – hydraulique - mécanique - manuelle

Position

Orifice



34/101

* Types de commandes :

Désignations Représentations

Commande manuelle sans

maintient en position

Bouton poussoir

Levier

Bouton poussoir-tirette

Commande manuelle avec maintien en position (levier à

accrochage)

Commande électrique

Commande électrique avec ressort de rappel

Commande hydraulique

Commande hydraulique avec ressort de rappel

* Exemples :

- Distributeur 4/3 à centre ouvert à commande électrique avec ressorts de rappel

- Distributeur 4/2 NO commandé par levier à

accrochage

- Distributeur 4/2 NF commandé par levier à

accrochage

3-2/ Les organes de réglages :

a/- Organes de réglage du débit :

La vitesse d’un récepteur hydraulique (vérin ou moteur) est fonction du débit. Le réglage de

ce débit est obtenu par un étranglement de section.

P : arrivée de pression T ou R : retour au réservoir

A et B : utilisations



35/101

* Les limiteurs du débit :

Destiné à agir sur le débit pour contrôler la vitesse d’un récepteur (vérin, moteur) mais

n’assure pas la stabilité de débit au cours des variations de la pression.

Figure 33: Limiteur du débit

NB : le limiteur de débit ne permet pas le contrôle du débit lorsque la charge est variable.

* Les régulateurs du débit :

Conçu comme le limiteur de débit mais une variation de la pression permet de plus ou moins

ouvrir l’étranglement du passage du fluide.

Le symbole simplifié

Figure 34: Régulateur du débit

Son principe de fonctionnement est basé sur:

- Un tiroir qui a pour fonction de composer toute variation de charge du récepteur et permet

de maintenir une différence de pression p constante de part et d’autre de l’étranglement.

- Un étranglement qui permet d’ajuster le débit en fonction de la vitesse.

b/- Organes de réglage de pression :

* Les limiteurs de pression : (soupape de sûreté)

Montés en amont du circuit, en dérivation avec la pompe et reliés au réservoir, ils permettent

de protéger le circuit contre les surpressions.

Figure 35: Limiteur de pression

* Les régulateurs de pression :

Monté en amont de la branche secondaire du circuit, il permet de limiter à une valeur

constante et inférieure à la pression de service, la pression dans une branche du circuit.

Limiteur de débit

unidirectionnel

Limiteur de débit

bidirectionnel

Régulateur de débit bidirectionnel

A B

P T/R



36/101

Figure 36: Régulateur de pression

* Valve de séquence :

La valve de séquence ne permet la circulation de l’huile vers une portion du circuit que si la

pression dans la ligne principale atteigne la valeur de sa pression de pilotage.

Figure 37: Valve de séquence

4/- Les organes récepteurs :

4-1/ Les vérins :

a/- Rôle :

Un vérin est l’élément récepteur de l’énergie dans un circuit hydraulique. Il permet de

développer un effort très important avec une vitesse très précise.

b/- Les différents types de vérins :

* Vérin simple effet :

L’ensemble tige piston se déplace dans un seul sens sous l’action du fluide sous pression. Le

retour est effectué par un ressort ou une charge.

-Avantages : économique et consommation de fluide réduite.

-Inconvénients : encombrant, course limité.

-Utilisation : travaux simples (serrage, éjection, levage…)

Figure 38: Vérin simple effet

P A

P A

Energie hydraulique Energie mécanique

(Mvt de translation)

Vérin hydraulique

Commande

Transformer l’énergie



37/101

* Vérin double effet :

L’ensemble tige piston peut se déplacer dans les deux sens sous l’action du fluide. L’effort

en poussant est légèrement plus grand que l’effort en tirant.

-Avantages : plus souple, réglage plus facile de la vitesse, amortissement de fin de course réglable.

-Inconvénients : plus coûteux.

-Utilisation : grand nombre d’applications industriels.

Figure 39: Vérin double effet

* Vérins spéciaux :

- Vérin à tige télescopique : simple effet permet des courses importantes tout en conservant une

longueur repliée raisonnable.

Figure 40: Vérin à tige télescopique

- Vérin rotatif : l’énergie du fluide est transformée en mouvement de rotation. L’angle de rotation

peut varier de 90° à 360°. Les amortissements sont possibles.

Figure 41: Vérin rotatif

c/- Dimensionnement des vérins :

* Données nécessaires :

- Efforts exercés dans les deux sens, en poussant et en tirant.

S

Fp SpF

2

4DpF

27854,0 DpF

'

'

S

Fp )(

4' 22 dDpF

)(7854,0' 22 dDpF



38/101

s

Q Q' S'V : Q' = Q

S S S

F = peff .S. Ve

- Course à parcourir par la tige.

- Type de fixation.

- Une fois le type est choisi, à partir des données, il faut déterminer le diamètre d de la tige de

façon à ce qu’il résiste au flambement.

* Vitesse de déplacement et effort développé :

Formule classique :

Formule pratique :

En sortie de tige : le vérin travail en poussant

* Vitesse : Q : débit rentrant dans le vérin ; Q’ : débit sortant dans le vérin

Vs : vitesse de sortie de la tige

* Force développée :

Considérons un vérin parfait (pas de frottement)

Soit F la force à vaincre, p et p’ : des pressions absolues

On suppose la vitesse uniforme sur toute la course (en effet les vitesses sont faibles et les variations

aussi alors 00

F

p.s – p’s’ - patm (s-s’) – F = 0 F = (p - patm)s – (p’ - patm)s’

p’eff correspond à la perte de charge dans la conduite de retour reliant la sortie du vérin au réservoir.

P’eff << peff. En première approximation on aura F = peff .S

Pour un vérin réel, donc il y a du frottement, l’effort réel développé sera plus faible. Pour

tenir compte de ces frottements on introduit le redressement du vérin Ve Ve

0,85 0,95

La force développée devient

En retour de tige : le vérin travail en tirant

Vitesse de retour : r

Q' Q'' SV : Q'' = Q

S S S'

2S

qV

V est en [m/ s]

Avec: q est en [m3/s]

S2 et en [m2]

206.0 S

qV

V est en [cm/s]

Avec: q est en [l/mn]

S2 et en [cm2]

F = S.peff – S’.p’eff

S S’

Q Q’

S S’

p p’

F

p

p’ patm

F

p’’eff

S S’ F’

Q’’ peff Q



39/101

2

C 2

f

EIF

L

2

4 f

3

64sFLd

E

Effort développé : F’ = peff .S’. Ve

.

Comparaison :

- En sortie de tige s eff Ve

s

F p .S.

QV

S

- En retour de tige r eff Ve

r

F p .S'.

QV

S'

S < S’ Fs > Fr et Vs < Vr

Ce que l’on gagne en force on le perd en vitesse.

* Puissance mis en jeu :

Pab = peff . Q en sortie ou en retour de tige

Pu = Fs . Vs en sortie de tige

* Application : on considère le vérin représenté ci-dessous D = 100 mm ; d = 56 mm ; course C =

500 mm ; Ve

= 0,9 et F = 20.000 N.

Le temps pour parcourir la course et t = 5 s. Calculer

1/ Le débit nécessaire pour effectuer cette course et le débit refoulé Q et Q’

2/ La pression nécessaire pour vaincre F.

3/ Les puissances utiles et absorbée.

* Choix d’un vérin :

On doit connaître le travail a effectué par le vérin (effort = charge et distance à parcourir) puis le

mode de montage (le type de fixation).

Alors la tige doit résister au flambage ; On calcul la charge critique d’Euler ; donnée par

l’expression suivante :

E : module de YOUNG du matériau de la tige E = 2105 N/mm

2 pour l’acier.

4d

I d: diamètre de la tige (moment quadratique)64

Lf = Longueur libre de flambage, elle dépend de la course et du mode de fixation du vérin.

K = coef du type de montage

C = Course

Soit s : coef de sécurité 2 s 5 FC > s . F F : force à développer par le vérin

- on obtient

- ou bien, on utilise des abaques comme celui donnée ci-après on place le point de cordonnées

[Lf (mm), F(dan)] et le diamètre à prendre sera le standard juste au-dessus.

Exemple : Soit un vérin de course 750 mm et devra vaincre une force F = 88.000 N.

La fixation du vérin est : Articulation arrière et tige articulée guidée.

1/ Déterminer le de la tige au-dessus.

- 1ère

méthode : « utilisation de l’abaque »

Lf = K.C



40/101

D’après le tableau (ANNEXE 5), le mode de fixation correspond à K = 2

Lf = K . C = 2 x 750 = 1500 mm F = 88.000 N = 88.00 daN

On place sur l’abaque le pt (1500 mm, 8800 daN), on trouve, que le point se situe entre 45 et 56

mm.

On prend le diamètre standard d = 56 mm

- 2ème

méthode : « par le calcul » soit s = 4 coefficient de sécurité 2

4 f

3

64sfld

E

24

3 5

64.4.88000x1500d

210

D’où d > 53,5 mm le diamètre standard juste est d = 56 mm

2/ Quel diamètre de position D (ou de l’alésage) doit-on choisir ?

Notons que pour les vérins standard pour chaque diamètre de tige, il y a 2 diamètres de piston et

inversement.

Exemple :

d= 45 mm

D = 100 mm

Les critères de choix sont : Encombrement – la pression – le prix

Dans notre cas d = 56 mm

Soit les diamètres du piston D1 = 80 mm ou D2 = 100 mm

Calculons les pressions, supposant un rendement Ve

= 0,9

VeVe D

F

S

Fp

2

11

1

4 AN : barp 5.194

9,0*8

800*421

VeVe D

F

S

Fp

2

22

2

4 AN : barp 5.124

9,0*10

800*422

p1 et p2 sont les pressions effectives à l’entrée du vérin. Ces pressions sont fournies par une pompe.

On a toujours des pertes de charge entre la sortie de la pompe et l’entrée du vérin (perte dans les

conditions et dans les organes de distribution et régulation)

Soit p : cette perte de charge exemple p = 15 bar

La pression à la sortie de la pompe doit être :

pour le premier vérin p0 = p1 + p =210 bar

pour le deuxième vérin p0 = p2 + p =140 bar

La pompe doit avoir une pression maximal admissible supérieur à 210 bar pour le premier et

supérieur à 140 bar pour le second.

D1 = 63 mm différentiel

D2 = 80 mm ordinaire

d1 = 56 mm différentiel

d2 = 70 mm ordinaire

M

Organes de distribution et de régulation



41/101

Prenons une pompe de maxp 250bar

pour le premier vérin, la pompe va travailler en régime légèrement forcé d’où une

durée de vie réduite. (usure)

pour le second vérin, la pompe ne sera pas trop sollicitée ce qui implique le meilleur

choix.

* Application :

On considère le circuit schématisé ci-dessous

On donne : La charge M = 15000Kg et 2g 10m / s , le rendement est

ve0,95

La section piston 2s 100cm

La course c 500mm (la course est effectuée en 10s)

Le monomètre indique 170 bars

Le vérin est fixé par bride à l’avant et la tige est non guidée.

On néglige les pertes de charge dans la conduite de retour

Calculer : a/ La perte de charge entre la pompe et le vérin.

b/ Le débit fourni par la pompe pour assurer la vitesse de sortie de la tige.

c/ Le da la tige pour 5 2E 2.10 n / mm

d/ Le rendement de l’installation si le rendement de la pompe est p

0,8 et le

rendement u moteur électrique estm

0,85 .

Correction :

a/

2 2

1 1 1 2 2 2 p 1

2 2

p 1 2 1 2 1 2 2

1 1p gz v p gz v p pression à la sortie de la pompe

2 2

1p p g(z z ) (v v ) p pression à l'entrée de vérin

2

On ne connaît pas la différence des côtes entre les points du circuit et le des conduites donc

les vitesses. On peut alors les négligés d’autant plus que ces termes sont toujours négligeables

devant les pressions.

p 1 2p p

p1 = donnée par le nanomètre ; on calcule alors p2 ?

2

Ve Ve

F Mgp

S. S.

puisque les pertes sont négligeables dans la conduite de retour

Charge

M

Distributeur

1 2

0



42/101

b/ Qpompe = Q vérin = Vs.S

4 3 3

1 p

p

c 0,5V 0,05 m / s Q 0,05x100 10 0,510 m / s 0,5 l / s

t 10

Q 0,5 l / s 30 l/mn

c/ Diamètre de la tige. Le type de montage donc K = 2 (ANNEXE 5)

Lf = C.K = 2 x 500 = 1000 mm F = 15000 daN

A partir de l’abaque le pt sera situé entre d = 45 mm et d = 56 mm

On prend le diamètre d = 56 cm

Ou par le calcul pour s = 3 coefficient de sécurité 2 2

4 4f

3 3 5

64.sL .F 64.3.150000.1000d d d'ou d > 46,4 mm

.E .210

d/

2 2

1 0 1 0 1 0 10

0 atm 0

1E p p g(z z ) V V J

2

p 0 p effective V 0

On néglige les termes : 2 2

1 0 1 0 10

1g(z z ); V V et J

2

4-2/ Les moteurs hydrauliques :

a/- Mise en situation :

Par quel moyen peut-on transformer l’énergie hydraulique en énergie mécanique sous forme d’un

mouvement de rotation continue?

Solution : un moteur hydraulique.

? Energie hydraulique Mouvement de rotation



43/101

b/- Description :

Les moteurs hydrauliques ont de nombreuses analogies avec les pompes, plusieurs

technologies leur sont communes. Mais une spécificité des moteurs tient à leur vitesse d’utilisation

qui peut être soit lente (moins de 100 trs /min) soit élevée (plus de 5000 trs /min)

Ce qui mène à distinguer trois grandes classes de moteurs hydrauliques :

Les moteurs rapides [1000 < N 5000 trs / min] ;

Les moteurs semi rapides [200 < N 1000 trs / min] ;

Les moteurs lents [40 < N 200 trs / min] ;

Dans chacune de ces classes, on trouve des moteurs de puissance, de pression admissible et de

géométrie différente.

- Remarque :

Les moteurs entraînent des systèmes mécaniques, si le couple résistant devient trop important, la

pression monte. Quand elle atteint la valeur de réglage du limiteur de pression, le débit retourne au

réservoir.

Leur avantage c’est qu’ils développent une grande puissance pour un encombrement réduit.

c/- Symboles :

Moteur

unidirectionnel à

cylindrée fixe

Moteur

bidirectionnel à

cylindrée fixe

Moteur

unidirectionnel à

cylindrée variable

Moteur

bidirectionnel à

cylindrée variable

Moteur à cylindrée

fixe avec drainage

Moteur à cylindrée

variable avec

drainage

Figure 42: Les différents symboles normalisés des moteurs hydrauliques

d/- Les différents types des moteurs :

* Les moteurs à engrenage extérieure :

Même conception que la pompe à engrenage, la pression du fluide entraîne en rotation les

roues dont l’une est motrice.

Avantages : Moteurs rapides, encombrement très réduit, économique.

Inconvénients : Performances et rendements limités.

Caractéristiques : g 85 %, P max < 250 bars, Pm < 20 KW, Cylindrées entre 5 et 30 cm3/tr.

Figure 43: Moteur à engrenage extérieure * Les moteurs à pistons axiaux :

Les pistons en communication avec la haute pression se déplacent en tournant et par une

liaison rotule avec le tourillon obligent ce dernier à tourner.

La cylindrée est déterminée avec la relation suivante :

Cy = 2r.tan.n.s

Cy : cylindrée. r : entraxe. n : nombre des pistons s: surface du piston.



44/101

Avantages : couple très important, possibilité de varier la cylindrée, vitesse importante.

Inconvénients : coûteux.

Caractéristiques : Nombres de pistons de 7 à 9, Pression allant à 450 bars, Inclinaison des plateaux

de 15 à 18°.

Figure 44: Moteur à pistons axiaux

* Les moteurs à pistons radiaux :

Contrairement aux pompes à pistons radiaux, les pistons peuvent tourner sur une came

(stator) permettant d’avoir plusieurs courses par tour. Le nombre des pistons est impair pour la

continuité de débit et l’équilibrage. Possibilité d’avoir une distribution cylindrique ou plane du

fluide.

La cylindrée est déterminée avec la relation suivante : Cy = n.n’.c.s

Avantages : couple très important.

Inconvénients : vitesse faible, encombrant, coûteux, problèmes d’étanchéité pour la distribution.

Caractéristiques : Nombres de pistons de 3 à 7, Pressions entre 250 et 450 bars, Cylindrées fixes.

Figure 45: Moteur à pistons radiaux

* Les moteurs à palettes :

L’huile sous pression provoque la rotation des palettes implantées sur le rotor.

Avantages : réalisation simple.

Inconvénients : puissance transmise relativement faible.

n: nombre des pistons n’ : nombre de courses par tour. c: course. s: surface du piston.



45/101

Caractéristiques : Pressions limitées à 200 – 250 bars.

Figure 46: Moteur à palettes

c/- Les grandeurs associées aux moteurs hydrauliques:

* La cylindrée (Cy) :

Le volume de fluide refoulé ou aspiré par le moteur en l’absence des fuites, pendant une révolution

de l’arbre principal.

Unités : [m3

/ tr] ;[l / min] ou [l / tr]. * Les débits :

- Le débit moyen entrant :(qv moy r)

Le volume moyen aspiré par unité de temps, connaissant la cylindrée ce débit est déterminé par :

.v moy rq Cy N

Avec : N : Fréquence de rotation en [tr / s].

Cy : Cylindrée en [m3/ tr]

- Le débit moyen sortant (qv moy r) :

Le volume sortant par le moteur en pratique, mesuré en une unité de temps. * Les puissances :

- La puissance mécanique : (Pm)

Puissance fournie par l’arbre de sortie du moteur peut être donnée par les deux relations suivantes :

.m moyP C ou ( )m v moy S e s thP q p p

Avec :

C : Couple moyen théorique en [Nm] ;

: vitesse angulaire de l’arbre moteur en [rad / s] ;

p s th : Pression de sortie théorique en [Pa] ;

p e : Pression d’entrée en [ pa ] ;

- La puissance hydraulique : (Ph)

Puissance fournie par le fluide à la sortie de la pompe donnée par :



46/101

( )h v moy r e sP q p p

Avec : ps est la pression mesurée réellement à la sortie en [Pa]. * Les rendements :

- Le rendement volumétrique :

Compte tenu des fuites et de la compressibilité du fluide, le débit moyen sortant est toujours

différent du débit réel, on définit ainsi un rapport :

v moy S

v

v moy r

q

q On a

11

( )(1 )

v moy S

vv fv moy r v f

v moy S

q

qq qq

Avec : qv f : Débit moyen de fuites. En pratique : 70 % v 98 %

- Le rendement mécanique :

Le fluide à la pression d’entrée pe est refoulé à la pression de sortie ps.

Une chute de pression due à des effets mécaniques et hydrauliques fait passer ps th à ps, ainsi on

détermine :

( )

( )

e sm

e s th

p p

p p

11

( ) (1 )

s e th s th e

m

th f f

si p p p et p p p

p pOn aura

p p p p p

Avec :

pf : Chute de pression due aux pertes de charges, expérimentalement on trouve : 75% v 90%.

- Le rendement global :

Le rendement global d’une pompe, traduit en terme de performance le rapport en la puissance

hydraulique fournie par la pompe et la puissance mécanique reçue par le moteur.

mg

h

P

P et g v m

En pratique : 52.5% g 88.2% * Le moment du couple moyen théorique (Cmoy r): Moment du couple moyen théorique disponible sur l’arbre moteur [Nm].

( )( )

2( )2

moy rmh e s v moy r v moy r

g g V

moy rs e

V g

CP Cy NP p p q or q

C NCy N p pet N on aura donc

d’où ( )

2

s e mmoy r

Cy p pC



47/101

* Le coefficient d’irrégularité du couple (K%):

Ce coefficient traduit l’importance de l’écart existant entre le couple moyen et le couple instantané :

% 100 M m

moy

C CK

C

Avec :

- C M : Moment du couple instantané théorique maximal ;

- C m : Moment du couple instantané théorique minimal

* Réglage de la vitesse :

Le réglage de la vitesse de rotation d’un moteur hydraulique se fait en agissant sur le débit d’huile

utilisé.

Pour régler ce débit, il est possible d’utiliser :

Une pompe à débit variable : dans ce cas, le moteur seul doit être alimenté par la

Pompe.

Un limiteur de débit : dans ce cas, le montage peut s’effectuer de deux façons

différentes.

Remarque :

La plupart des moteurs sont prévus pour tourner dans les deux sens. Pour inverser le sens de

rotation, il suffit d’inverser l’alimentation et le retour au réservoir

1er

Cas : Réglage sur l’entrée du moteur :

Ce dispositif ne peut être utilisé seul, si le couple résistant risque de devenir moteur.

2

ème Cas : Réglage en sortie du moteur :

Ce dispositif quant à lui, peut être utilisé dans tous les cas, même si le couple devient moteur.



48/101

d/- Application :

Un moto-réducteur se compose d’un moteur hydraulique à pistons radiaux dont l’arbre de sortie est

accouplé à un réducteur épicycloïdal.

Les caractéristiques de ce moto-réducteur, fournies par le constructeur, sont :

Caractéristiques du moteur hydraulique

Caractéristiques du réducteur épicycloïdal

- Nombre de pistons : 7.

- Diamètres des pistons d = 36 mm.

- Excentration de l’excentrique, e = 8,5 mm.

- Pression de l’alimentation, p = 28 Mpa

(280 bars)

- Fréquence de rotation

N2 = N6 = 710 tr / min.

Diamètres primitifs des planétaires:

- d 6 = 43 mm.

- d 8 = 184 mm.

Déterminer :

1- La cylindrée du moteur en [cm3/ tr] ;

2- Moments des couples moyens théoriques C2 moy et C10 moy à un rendement mécanique près

en [Nm] ;

3- Fréquence de rotation correspondante à l’arbre de sortie du réducteur (10) ;

4- Débit moyen réel entrant dans le moteur hydraulique en [l / min].

1/ Généralités sur l’hydrauliquestaff.univ-batna2.dz/sites/default/files/drid-said/... · 1/...

Documents

Transcript of 1/ Généralités sur l’hydrauliquestaff.univ-batna2.dz/sites/default/files/drid-said/... · 1/...