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Système de régulation d'un générateur de pression hydraulique.
L'invention concerne les générateurs de pression hydraulique et plus particulièrement un système de régulation de la pression et du débit délivrés par un groupe hydraulique.
Les générateurs hydrauliques sont bien connus et servent à alimenter en pression et débit hydraulique de nombreux types de machines ou mécanismes de puissances et de tailles très diverses. On mentionnera en particulier des engins de levage, des organes de commande en électromécanique ou encore des presses industrielles.
La demande d'un réseau hydraulique peut varier au cours du temps. La mise sous pression se fait grâce à une pompe entraînée par un moteur électrique auquel est elle est reliée de manière connue via un accouplement élastique.
Dans un groupe traditionnel, le moteur est asynchrone et l'entraînement se fait à couple nominal et vitesse nominale. La pompe dont l'aspiration est alimentée en fluide à partir d'un réservoir, refoule le fluide de manière continue.
A cause de cette action continue de la pompe la pression dans le circuit hydraulique pourrait augmenter dangereusement dans le cas ou apparaît soudainement une diminution de la demande en débit du réseau. C'est pourquoi
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une soupape est généralement montée à la sortie de la pompe. Dès que le seuil de pression est dépassé, seuil préréglé à la soupape en fonction des caractéristiques de fonctionnement nominal du réseau, celle-ci dévie une partie du débit vers le réservoir.
On obtient ainsi une régulation de pression. Cette opération induit cependant un laminage du fluide qui s'échauffe. Il en résulte qu'il y a lieu de monter dans le circuit un échangeur de chaleur qui assure le refoidissement.
Du fait de la rotation continue de la pompe et du moteur à haute vitesse et de la nécessité de disposer d'un échangeur de chaleur, le groupe hydraulique fonctionnant suivant le principe traditionnel est bruyant et grand consommateur d'énergie dont une partie substantielle est perdue.
L'invention propose un système de régularisation qui évite ces inconvénients.
Selon l'invention on réduit la vitesse du moteur et de la pompe au minimum nécessaire à l'adaptation du débit délivré par la pompe à la demande du réseau, tout en maintenant dans le circuit une pression pratiquement constante.
Dans ce but, l'entraînement de la pompe est assuré par un moteur ajustable en vitesse et limitable en couple, avantageusement un moteur triphasé classique et de
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puissance adaptée à l'application. La pompe doit donc être d'un type capable de travailler à basse vitesse, par exemple une pompe à engrenages ou à pistons.
Un capteur de pression transforme la mesure de pression dans le circuit en un signal électrique qui est appliqué à un comparateur électronique dans lequel une consigne a été introduite. Cette consigne correspond à la pression que l'on désire maintenir dans le circuit et, de préférence, doit pouvoir être ajustée en cours d'utilisation.
A partir de la différence entre ces deux valeurs, le comparateur génère un signal qui est exploité par un variateur agissant sur le moteur d'entraînement de la pompe. La régulation se fait ainsi par action sur la vitesse du moteur avec limitation au niveau du couple, de manière à toujours rétablir l'équilibre à la pression voulue.
Pour avoir une régulation efficace, le comparateur à gain variable délivre au variateur de vitesse une consigne qui est fonction de l'amplitude de la différence entre la pression mesurée et la pression de consigne ; le moteur tournant d'autant plus vite que cette valeur est grande de manière à augmenter le débit fourni par la pompe.
Par mesure de sécurité électrique et mécanique, le variateur limite également le couple du moteur à sa valeur nominale. Par sécurité ultime, on installe une soupape de pression limitant celle-ci au maximum admissible dans le circuit hydraulique.
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Le laminage du fluide dû essentiellement à l'action fréquente ou même continue de la soupape dans le principe traditionnel ne se produit plus. Il n'est donc plus nécessaire de disposer d'un échangeur de chaleur, ce qui réduit l'encombrement du groupe et son prix.
Il y a cependant toujours lieu de monter dans le circuit un accumulateur, qui sert à amortir les chocs provenant de coups de bélier dus aux stades transitoires de la configuration du réseau, ainsi qu'un manomètre, p. e. un manomètre à aiguille, qui constitue un moyen visuel de contrôle, simple et efficace, de la pression dans le circuit.
On comprendra que le système peut être appliqué à tous les systèmes hydrauliques à l'exception de ceux où il faut employer une pompe devant tourner à grande vitesse, par exemple une pompe à palettes.
Les avantages consistent en une augmentation du paramètre cos phi du moteur avec une diminution de la consommation électrique. Il y a également une diminution du niveau sonore et de la pollution thermique du système. La durée de vie de la pompe augmente et la pointe du courant de démarrage diminue.
Les fig. 1 et 2 illustrent l'invention de manière non limitative.
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La fig. 1 montre sous forme de schéma un exemple du principe traditionnel et la fig. 2 illustre schématiquement un exemple d'un dispositif selon l'invention.
Dans la fig. 1 on indique un réservoir de fluide hydraulique 1 avec un circuit muni d'un filtre 2 classique, d'une pompe 3 entraînée par un moteur 5 triphasé par l'intermédiaire d'un accouplement élastique. On prévoit également sur le circuit un échangeur de chaleur 6, un manomètre 8, un clapet de non-retour 9, un accumulateur 10 , le dispositif étant connecté au réseau utilisateur 11.
L'accumulateur 10 sert de tampon au variation de pression et est avantageusement du type à membrane, p. e. sous une pression d'azote à 9 bar. Le dispositif doit en outre être muni d'une valve de pression 7 qui ramène l'excès d'huile dans le réservoir 1 dès que la pression dans le circuit excède un seuil prédéterminé.
Dans la fig. 2 on indique de même un réservoir de fluide hydraulique 10 avec un circuit muni d'un filtre 20 classique, d'une pompe 30 entraînée par un moteur 50 triphasé via un accouplement élastique 40. Un échangeur de chaleur n'est plus nécessaire. On prévoit cependant également, un manomètre 60 et un accumulateur 80, le dispositif étant connecté au réseau utilisateur 12.
A titre de sécurité uniquement, le dispositif est muni d'une valve de pression 70 qui ramène l'excès d'huile dans le réservoir 10 dans le cas où un excès de pression se produit en dépit du système de régulation selon l'invention.
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L'alimentation du moteur triphasé 50, p. e. un moteur asynchrone Dutchi de 1,5 Kw, se fait à l'intervention d'un variateur 110 connecté à un comparateur 100, du type à gain étagé, dans lequel est introduit une consigne x comparée périodiquement à une valeur fournie par un capteur de pression 90 installé sur le circuit, p. e. du type à céramique avec un signal de sortie 4-20 mA. La différence entre ces deux valeurs détermine le signal envoyé au variateur qui actionne le moteur et la pompe.
Les différentes connections seront avantageusement prévues avec des câbles blindés pour éviter toute interférence entre le moteur de la pompe et le circuit électronique de régulation qui se trouve dans son voisinage, p. e. prévu dans une armoire associée à un châssis supportant le circuit de génération de pression hydraulique proprement dit.
Selon un détail de réalisation, le moteur est muni d'un ventilateur à alimentation indépendante de façon à ce que le moteur puisse tourner à basse vitesse sans chauffer.
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Regulation system of a hydraulic pressure generator.
The invention relates to hydraulic pressure generators and more particularly to a system for regulating the pressure and the flow delivered by a hydraulic group.
Hydraulic generators are well known and are used to supply pressure and hydraulic flow to many types of machines or mechanisms of very different powers and sizes. Mention will in particular be made of lifting devices, electromechanical control members or even industrial presses.
The demand for a hydraulic network can vary over time. The pressurization is done by a pump driven by an electric motor to which it is connected in known manner via an elastic coupling.
In a traditional group, the motor is asynchronous and the drive is done at nominal torque and nominal speed. The pump, the suction of which is supplied with fluid from a reservoir, delivers the fluid continuously.
Because of this continuous action of the pump, the pressure in the hydraulic circuit could dangerously increase in the case where suddenly a reduction in the demand for network flow occurs. That is why
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a valve is generally mounted at the outlet of the pump. As soon as the pressure threshold is exceeded, threshold preset at the valve according to the nominal operating characteristics of the network, the latter deviates part of the flow to the tank.
Pressure regulation is thus obtained. This operation however induces a rolling of the fluid which heats up. As a result, there is a need to mount a heat exchanger in the circuit which provides cooling.
Due to the continuous rotation of the pump and the motor at high speed and the need for a heat exchanger, the hydraulic unit operating according to the traditional principle is noisy and large consumer of energy, a substantial part of which is lost. .
The invention proposes a regulation system which avoids these drawbacks.
According to the invention, the speed of the motor and of the pump is reduced to the minimum necessary for adapting the flow delivered by the pump to the demand of the network, while maintaining in the circuit a practically constant pressure.
To this end, the pump is driven by a speed-adjustable and torque-limited motor, advantageously a conventional three-phase motor and
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power adapted to the application. The pump must therefore be of a type capable of working at low speed, for example a gear or piston pump.
A pressure sensor transforms the pressure measurement in the circuit into an electrical signal which is applied to an electronic comparator into which a setpoint has been entered. This setpoint corresponds to the pressure which it is desired to maintain in the circuit and, preferably, must be able to be adjusted during use.
From the difference between these two values, the comparator generates a signal which is used by a variator acting on the drive motor of the pump. Regulation is thus done by acting on the speed of the motor with limitation on the torque level, so as to always restore the balance at the desired pressure.
To have efficient regulation, the variable gain comparator delivers a setpoint to the speed controller which is a function of the amplitude of the difference between the measured pressure and the setpoint pressure; the motor running all the more quickly as this value is large so as to increase the flow rate supplied by the pump.
For electrical and mechanical safety reasons, the drive also limits the motor torque to its nominal value. For ultimate safety, a pressure valve is installed limiting the latter to the maximum admissible in the hydraulic circuit.
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The rolling of the fluid mainly due to the frequent or even continuous action of the valve in the traditional principle no longer occurs. It is therefore no longer necessary to have a heat exchanger, which reduces the size of the group and its price.
However, there is always a need to mount an accumulator in the circuit, which is used to absorb shocks from water hammer due to transient stages of the network configuration, as well as a pressure gauge, p. e. a needle pressure gauge, which is a simple and effective visual means of checking the pressure in the circuit.
It will be understood that the system can be applied to all hydraulic systems with the exception of those where it is necessary to use a pump which has to rotate at high speed, for example a vane pump.
The advantages consist in an increase in the cos phi parameter of the motor with a reduction in the electric consumption. There is also a decrease in the noise level and thermal pollution of the system. The service life of the pump increases and the peak of the starting current decreases.
Figs. 1 and 2 illustrate the invention without limitation.
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Fig. 1 shows in diagram form an example of the traditional principle and FIG. 2 schematically illustrates an example of a device according to the invention.
In fig. 1 indicates a hydraulic fluid reservoir 1 with a circuit provided with a conventional filter 2, a pump 3 driven by a three-phase motor 5 by means of an elastic coupling. There is also provided on the circuit a heat exchanger 6, a pressure gauge 8, a non-return valve 9, an accumulator 10, the device being connected to the user network 11.
The accumulator 10 serves as a buffer for the pressure variation and is advantageously of the membrane type, eg. e. under nitrogen pressure at 9 bar. The device must also be fitted with a pressure valve 7 which brings the excess oil back into the tank 1 as soon as the pressure in the circuit exceeds a predetermined threshold.
In fig. 2 similarly indicates a hydraulic fluid reservoir 10 with a circuit provided with a conventional filter 20, a pump 30 driven by a three-phase motor 50 via an elastic coupling 40. A heat exchanger is no longer necessary. However, a pressure gauge 60 and an accumulator 80 are also provided, the device being connected to the user network 12.
For safety only, the device is provided with a pressure valve 70 which brings the excess oil back into the tank 10 in the event that an excess pressure occurs despite the regulation system according to the invention.
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The supply of the three-phase motor 50, p. e. a 1.5 kW Dutchi asynchronous motor is operated by a variator 110 connected to a comparator 100, of the stepped gain type, into which is introduced a setpoint x periodically compared with a value supplied by a pressure 90 installed on the circuit, p. e. ceramic type with a 4-20 mA output signal. The difference between these two values determines the signal sent to the drive which activates the motor and the pump.
The various connections will advantageously be provided with screened cables to avoid any interference between the pump motor and the electronic regulation circuit which is in its vicinity, p. e. provided in a cabinet associated with a chassis supporting the actual hydraulic pressure generation circuit.
According to a detail of embodiment, the motor is provided with an independently powered fan so that the motor can rotate at low speed without heating.