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IUT de Snart Dpartement Gnie Industriel et Maintenance

HYDRAULIQUE INDUSTRIELLE Cours Magistral : 10 heures Travaux Dirigs : 10 heures Travaux Pratiques : 16 heures Niveau : Licence Gnie des Systmes Industriels Objectifs :

Permettre aux tudiants d'apprhender un systme hydraulique pour en modifier le cahier des charges et lui donner une fonctionnalit supplmentaire.

Permettre aux tudiants d'apprhender un systme hydraulique pour lui redonner

la fonctionnalit pour lequel il avait t prvu, en changeant, modifiant des lments n'assurant plus leur fonction ou ayant un mode de fonctionnement dgrad.

Bibliographie :

Mannesmann Rexroth : Le cours d'hydraulique Tome 1 3 Industries et Techniques : Mcanismes Hydrauliques et Pneumatiques chez

DUNOD par J. Faisandier L'Usine Nouvelle : Aide Mmoire Hydraulique Industrielle chez DUNOD

par J. Roldan Viloria Etapes : Gnie Mcanique Automatismes Industriels chez NATHAN

par J.M. Bleux et J.L. Fanchon Sciences Industrielles : Hydrostatique 1 chez ELLIPSES

par F. Esnault et P. Bnteau Sciences Industrielles : Hydrostatique 2 chez ELLIPSES

par F. Esnault et P. Bnteau Hydraulique : Machines et composants chez EYROLLES par G. FAYET Documentation Bosh

Auteur : Thierry Boulay Professeur Agrg de gnie Mcanique

Hydraulique Licence GSI 1 / 11 Thierry Boulay


SOMMAIRE 1. Principes gnraux ------------------------------------------------------------------------------------ 5

1A. Relations entre nergie mcanique et nergie hydraulique --------------------------------- 5 1A1. La pression ----------------------------------------------------------------------------------- 5 1A2. Thorme du travail ------------------------------------------------------------------------- 5 1A3. Thorme des puissances ------------------------------------------------------------------- 5 1A4. Comportement des fluides en mouvement ----------------------------------------------- 6 1A5. Les units fondamentales ------------------------------------------------------------------- 6 1A6. Relations importantes ----------------------------------------------------------------------- 7

1B. Viscosit ------------------------------------------------------------------------------------------- 7 1B1. Viscosit dynamique (Mu) --------------------------------------------------------------- 7 1B2. Viscosit cinmatique (Nu) -------------------------------------------------------------- 8 1B3. Autres viscosits ----------------------------------------------------------------------------- 8

1C. Rgimes dcoulements ------------------------------------------------------------------------- 8 1C1. Nombre de Reynolds Re -------------------------------------------------------------------- 8 1C2. Rgime laminaire ---------------------------------------------------------------------------- 8 1C3. Rgime turbulent----------------------------------------------------------------------------- 8 1C4. Rgime transitoire --------------------------------------------------------------------------- 9

1D. Compressibilit et dilatation -------------------------------------------------------------------- 9 1D1. Coefficient de compressibilit ------------------------------------------------------------- 9 1D2. Coefficient volumique de dilatation thermique ------------------------------------------ 9

1E. Pertes de charge----------------------------------------------------------------------------------- 9 1E1. Introduction----------------------------------------------------------------------------------- 9 1E2. Pertes de charge systmatiques en rgime laminaire -----------------------------------10 1E3. Pertes de charge systmatiques en rgime turbulent lisse -----------------------------10 1E4. Pertes de charge systmatiques en rgime turbulent rugueux -------------------------10 1E5. Pertes de charge singulires ---------------------------------------------------------------11

2. Le fluide hydraulique ------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2A. Produits aqueux -------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2B. Huiles minrales-------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2C. Huiles de synthse------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 2D. Caractristiques--------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

2D1. Indice de viscosit Vi---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D2. Point d'aniline ------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 2D3. Onctuosit ---------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D4. Point clair ou d'inflammabilit---------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D5. Point de feu ou point de combustion ---------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D6. Point d'auto inflammation ---------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D7. Points de conglation---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D8. Proprits anti-corrosives ou indice d'acide-------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D9. Carbone rsiduel --------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D10. Comportement vis--vis de l'air ou dsmulsion------- Erreur ! Signet non dfini. 2D11. Conductibilit thermique ---------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D12. Non conductibilit lectrique ----------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2D13. Autres caractristiques------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

2E. Dsignation des huiles minrales------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 2F. Contrles----------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

2F1. Qualitatif ------------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 2F2. Quantitatif ----------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.



3. La symbolique hydraulique ------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 3A. Autour du rservoir ---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 3B. Autour du groupe de pompage --------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 3C. Autour de la distribution----------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 3D. Autour des actionneurs ------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4. La technologie --------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4A. Le rservoir (voir page suivante)------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4B. Le filtre ------------------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4B1. Techniques de filtration ------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4B2. Filtre tamisage---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4C. Les canalisations ------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4C1. Canalisation rigide------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4C2. Canalisation souple ------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 4C3. Les raccords -------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4C4. Dimensionnement-------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4C5. Abaque de pertes de charge pour tubes rigides de la srie millimtrique --- Erreur ! Signet non dfini. 4C6. Dtermination de la dimension nominale de passage --- Erreur ! Signet non dfini.

4D. Les accumulateurs ----------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4D1. Leur rle ------------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 4D2. Dtermination dun accumulateur ------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4E. Le clapet anti-retour---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4E1. Standard ------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4E2. Pilot----------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4F. Le limiteur de pression rglable -------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4G. Le rducteur de pression ---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4H. Le limiteur de dbit ---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4I. Le rgulateur de dbit--------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4J. Le diviseur de dbit ----------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4K. Le distributeur ---------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4K1. A tiroir -------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4K2. A clapet ------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4K3. Synthse sur les distributeurs ------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4L. La pompe ---------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L1. A engrenages ------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4L1.1 A dentures extrieures,---------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L1.2 A dentures intrieures, ---------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4L2. A palettes------------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 4L2.1 A stator cylindrique ------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L2.2 A stator en forme de came------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4L3. A pistons axiaux---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L3.1 Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe dentranement bris, cylindre fixe,Erreur ! Signet non4L3.2 Plateau tournant, bloc cylindre fixe, axe dentranement align, cylindre fixe,Erreur ! Signet n4L3.3 Glace fixe, bloc cylindre tournant, axe dentranement align, cylindre variable,----------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L3.4 Plateau fixe mais inclinable, bloc cylindre tournant, axe dentranement align, cylindre variable,----------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4L4. A pistons radiaux--------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L4.1 A systme bielle manivelle----------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L4.2 A excentrique -------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.



4L4.3 A bloc cylindres excentrs ----------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L5. A pistons en lignes------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4L6. Synthse sur les pompes ------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4M. Le vrin ----------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M1. Le vrin simple effet ---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M2. Le vrin double effet---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4M2.1 Simple---------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M2.2 Diffrentiel ---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M2.3 Double tige ---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4M3. Le vrin tlescopique --------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M4. Le vrin rotatif----------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4M4.1 A pignon crmaillre ----------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M4.2 A palettes ------------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

4M5. Etude dynamique-------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M6. Raideur du vrin--------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M7. Flambage ----------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4M8. Amortissement----------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

4N. Les moteurs ------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 4O. Synthse sur la technologie des composants ----------------- Erreur ! Signet non dfini.

5. Les solutions technologiques ---------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 5A. Le circuit ouvert -------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 5B. Le circuit ferm--------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 5C. Diffrentes applications ----------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

6. Les servo mcanismes---------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7. Risques et Prvention en intervention ------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

7A. Les risques -------------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7A1. Dfinition du risque et utilisation des systmes --------- Erreur ! Signet non dfini. 7A2. Le systme normatif----------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7A3. Liste des risques --------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7A4. Pour fixer les ides ------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini.

7B. La prvention ----------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7B1. Principales causes daccidents ----------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7B2. Mesures prventives----------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

7C. La maintenance corrective -------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7D. Lhabilitation ----------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

7D1. Petite mise au point------------------------------------------ Erreur ! Signet non dfini. 7D2. La formation-------------------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini. 7D3. Les niveaux dhabilitation ---------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.

7E. Logigramme de scurit ----------------------------------------- Erreur ! Signet non dfini.



HYDRAULIQUE

1. Principes gnraux

1A. Relations entre nergie mcanique et nergie hydraulique

1A1. La pression Soit une surface quelconque, ABCD (S) de centre M, le liquide exerce de chaque cot de la surface une force. Les forces sont gales et opposes.

F1=F2=F

Si on fait tendre ABCD vers O le rapport dSdF tend vers une valeur finie p que lon appelle

la pression.

1A2. Thorme du travail

Systme de transfert

(2) (1)

F2

F1 A

BC

D

M

Volume V1 Volume V2 Pression p1 Pression p2

Pour faire passer un volume V de (1) vers (2) si p1


1A4. Comportement des fluides en mouvement Principe

Q2 ; S2 ; c2 Q3 ; S3 ; c3 Q1 ; S1 ; c1

Equation de continuit Dans le cas d'un fluide qui s'coule dans un tube de section variable, le volume ou dbit qui passe par une section en un temps dtermin est le mme quelle que soit la section considre.

333222111 cSQcSQcSQ ===== On obtient alors :

- c puisque 21 c 21 SS - c puisque 23 c 23 SS

Equation de l'nergie selon Bernoulli L'nergie contenue dans un fluide qui passe dans un tube se dcompose en :

- nergie potentielle : elle dpend de la hauteur de la colonne de fluide et de la pression statique ;

- nergie cinmatique : elle dpend de la vitesse du fluide et de la pression dynamique.

De la loi de conservation de l'nergie dcoule l'quation de Bernoulli :

cstecgzp =++ 21

1A5. Les units fondamentales Par dcret du 03/05/61 modifi le 04/12/75 le systme lgal est le S.I. soit :

Le mtre (m) longueur Le kilogramme (kg) masse La seconde (s) temps Lampre (A) intensit Le kelvin (K) temprature La mole (mol) matire Le candela (cd) intensit lumineuse

A retenir : 1 bar =105 Pa 1 N/mm=1 MPa 1 N/m=1 Pa 1 ch. = 736 W T (K) = T () + 273,18



En hydraulique : Lunit est le bar. 1 bar = 1 daN/cm Les units retenues sont alors : le cm longueur la tonne masse le dca newton force En hydraulique aronautique : L'unit est le psi (Pound per Square Inch). 1000 psi = 68,944 bar Pour fixer les ides : 200 bars sont quivalents 20 000 volts

1A6. Relations importantes Travaux ou nergies F : force l : longueur

C : couple : angle p : pression V : volume U : tension I : intensit t : temps

W = F . l systme en translation W = C . systme en rotation W = p .V systme hydraulique W = U . I . t systme lectrique

Puissances

P = F . c systme en translation c : vitesse linaire : vitesse angulaire q : dbit volumique

P = C . systme en rotation P = p .q systme hydraulique P = U . I systme lectrique

1B. Viscosit

1B1. Viscosit dynamique (Mu)

dvdS

dyFd t

.

.

=

1

2 v

dy dFt

dFn dF1/2

dS

v +dv

Lunit est le Pa.s ou le Poiseuille.

fluide Temprature (C) Viscosit dynamique

(Pa.s) Masse volumique

(kg/m 3) Eau 20 10-3 998 Eau 50 0,55.10-3

Ptrole 15 1,85.10-3 800 Huile 20 10-2 4.10-2 880 950

Glycrine 20 1,49 1260



1B2. Viscosit cinmatique (Nu)

=

est la masse volumique du fluide considr. Lunit est le m/s ou le St (Stocke). Le plus souvent on utilise le centi-Stocke. 1 cSt = 1 mm/s

1B3. Autres viscosits Il existe dautres viscosits utilises mais non conformes au systme international. En Europe le degr Engler E En Angleterre la seconde de Redwood " R Au USA la seconde de Saybolt " S Il existe une numrotation SAE mais elle nest utilise que pour le graissage des moteurs thermiques.

1C. Rgimes dcoulements

1C1. Nombre de Reynolds Re : viscosit cinmatique (m/s) ou (St) d : diamtre intrieur de la conduite (m) c : vitesse d'coulement (m/s)

Re est sans unit. R

dce

=

1C2. Rgime laminaire

Champ de rpartition des vitesses Les filets fluides restent // entre eux. Dans les conduites hydrauliques de sections circulaires et lisses, on obtient un rgime laminaire tant que :

Re < 2000 A retenir : Un systme en rgime laminaire peut devenir turbulent sous l'action des vibrations induites par un moteur ou pompe.

1C3. Rgime turbulent Les filets fluides s'orientent de faon alatoire. Dans les conduites hydrauliques de sections circulaires et lisses, on obtient un rgime turbulent si :

Re > 3000



Remarque : Si Re > 105, on qualifie l'coulement de turbulent rugueux et entre 3000 et 105 de turbulent lisse.

1C4. Rgime transitoire Entre 2000 et 3000 il existe une plage d'coulement dont le rgime est dit incertain.

1D. Compressibilit et dilatation

1D1. Coefficient de compressibilit Pour les calculs de puissance et de travail dans le domaine hydrostatique le fluide utilis est considr comme incompressible mais cette notion reste essentielle pour le calcul des servomcanismes. Soit un fluide, sous une pression p dans un rcipient de volume V et obtur par un piston mobile. V

On fait varier le volume V d'une quantit V ngative, alors la pression augmente d'une quantit p positive. V V-V Le coefficient de compressibilit est not et est dfini par :

p p+p

dpdV

V=

1

On parle galement de module de compressibilit du fluide EF il est dfini par :

1

=FE

A retenir : Pour les huiles minrales on a [ ]1111 10.80;10.60 exprim en Pa-1. EF[1250 ; 1700] exprim en MPa.

1D2. Coefficient volumique de dilatation thermique Ce coefficient est dfini, pression constante, par :

TVV

=

A retenir : Pour les huiles minrales on a =0,7.10-3

1E. Pertes de charge

1E1. Introduction Ds qu'il y a une chute de pression p entre la sortie perte de charge.

z

So

Entre (E)

Hydraulique Licence GSI 9 / 11

V : volume initial V : variation de volume T : variation de temprature (C)

C-1

et l'entre d'un systme, on dit qu'il y a

rtie (S)

Thierry Boulay


L'quation de Bernoulli s'crit donc pour une canalisation correspondant au schma prcdent : L'quation de Bernoulli s'crit donc pour une canalisation correspondant au schma prcdent : p : pression (Pa) c : vitesse d'coulement (m/s)

: masse volumique (kg/m3) z : cote (m) g : acclration de la pesanteur (m/s2)

( )( ) ( ) ( ) SEESESES Jzzg

ccpp=+

+

2

22

avec

JSE est l'nergie correspondant aux pertes de charge (0) en J/kg. Dans le cas d'une conduite hydraulique, la variation de cote (z) est ngligeable ainsi que la variation d'nergie cintique . On obtient alors : )( 22 ES cc

( ) SESE Jppp == Il existe 2 types de pertes de charges :

Les systmatiques ; En rgime laminaire ; En rgime turbulent lisse ; En rgime turbulent rugueux.

Les singulires. On retrouve les pertes de charges systmatiques dans les canalisations simples et les pertes de charges singulires pour toutes les anomalies dans les circuits (tranglements, coude,).

1E2. Pertes de charge systmatiques en rgime laminaire

l : longueur de la conduite (m) c : vitesse d'coulement (m/s) : masse volumique (kg/m3) d : diamtre intrieur de l'coulement (m) : viscosit cinmatique (m2/s)

dcp

2

2

=l

avec eR

64=

et

dcRe

=

A noter : La temprature influence la viscosit, elle influence donc aussi les pertes de charges.

1E3. Pertes de charge systmatiques en rgime turbulent lisse

dcp

2

2=

l avec et 25,0316,0 = eR dcRe

=

1E4. Pertes de charge systmatiques en rgime turbulent rugueux

dcp

2

2=

l avec d

= 79,0

: hauteur moyenne des asprits (mm) En pratique pour les tubes en acier souds [ ]25,0;15,0

A noter : Pour atteindre le rgime turbulent rugueux, il faut des vitesses d'coulement trs rapides donc inutilises en transmission de puissance hydrostatique.




1E5. Pertes de charge singulires

2

2cp = avec (Xi) une constante fonction de la singularit.

Configuration Valeur de la constante

1,2

Forme en "T"

0,1

0,5

2,5 3 Forme en "Y"

0,06 0,15

d/D 0,1 0,4 0,81 0,2 0,38 0,64 0,4 0,3 0,36 0,6 0,18 0,16 0,8 0,05 0,04

Rtrcissement : sens de

l'coulement

Elargissement : sens de

l'coulement

0,9 0,015 0,01

Coude

Rtrcissement

R

d

90

d

D

dD

Principes gnrauxRelations entre nergie mcanique et nergie hyLa pressionThorme du travailThorme des puissancesComportement des fluides en mouvementLes units fondamentalesRelations importantes

ViscositViscosit dynamique ??\(Mu\)Viscosit cinmatique ??\(Nu\)Autres viscosits

Rgimes dcoulementsNombre de Reynolds ReRgime laminaireRgime turbulentRgime transitoire

Compressibilit et dilatationCoefficient de compressibilitCoefficient volumique de dilatation thermique

Pertes de chargeIntroductionPertes de charge systmatiques en rgime laminaiPertes de charge systmatiques en rgime turbulePertes de charge systmatiques en rgime turbulePertes de charge singulires

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