EP0060181B1 - Accumulateur oléopneumatique précontraint à protection contre surpression - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to improvements in oleopneumatic accumulators of the type comprising two enclosures separated by a deformable wall, made of rubber, one of the enclosures being filled with gas under pressure and the other receiving hydraulic fluid under pressure; the parts constituting said accumulator being kept assembled by a prestressed device.
- the object of the present invention is to combine the advantages of the two manufacturing methods described above, which makes it possible to obtain a prestressed hydraulic accumulator which in the event of overpressure produces a leak of liquid and which can therefore withstand very high pressures while being of a much lower manufacturing price than that of the hydraulic accumulators currently used.
- This combination also has other advantages relating to the precision and reliability of the construction which will be explained below.
- the oleopneumatic accumulator according to the present invention is of the type comprising two chambers separated by a flexible membrane, one of the two chambers being filled with a pressurized gas, the other being in communication with the hydraulic circuit in which is placed the accumulator, the latter being constituted by a cylindrical body disposed between two upper and lower plugs after interposition of the rim of a flexible membrane between one of the plugs and said cylindrical body, the two plugs being held tight on the cylindrical body by at at least one tie rod, one end of which is integral in traction with one of the two plugs and the other end of which is provided with a thread on which is screwed a nut bearing on the other plug, characterized in that each tie rod is put, before screwing its nut under a prior tension equal to the separation force caused by the maximum hydraulic pressure to be admitted into the accumulator so as to ensuring an assembly of the two plugs on the central body under a determined prestress; so that when the pressure admitted into said oleopneumatic accumulator exceeds
- the two plugs are held tight on the cylindrical body by a plurality of tie rods arranged outside and around said cylindrical body.
- the two plugs are connected to each other by a single central tie passing through them at their centers.
- the tie (s) is tensioned by hydraulic means before the nut is screwed, which makes it possible to precisely determine the prestress and to determine it as a function of the maximum hydraulic pressure at which must work the accumulator.
- the central cylindrical body is beveled at at least one of its ends in order on the one hand to have a self-centering of the parts and on the other hand, to introduce into the assembly a radial component which, at the Longitudinal prestress superimposes a radial prestress.
- the accumulator is constituted by a tubular body 1 closed at its two ends by plugs 2 and 3, the flexible membrane 4 being anchored by blocking its periphery 5, provided with a heel , between the upper rim of the cylindrical body 1 and the inner face of the plug 2.
- the two plugs 2 and 3 are of a diameter greater than that of the cylindrical body 1 and are connected one to the other by a plurality of tie rods 6 so that the body 1 is compressed by the traction exerted by these tie rods.
- these tie rods 6 are constituted by threaded rods, one end 6a being screwed into a thread formed in the mass of the plug 2, the other end 6b being provided with a thread on which a nut 7 engages which bears against the external wall of the plug 3.
- the bolts 7 can engage in housings 8 hollowed out in the wall of the plug 3.
- one of the ends of the central body 1 has a conical surface 1a which comes to bear against a conical surface of the same slope 3a formed in the internal wall of the corresponding plug.
- the plug 2 is provided with a gas filling valve 9 and the plug 3 with a conduit 10 intended to be connected to a hydraulic circuit.
- the prestressing is carried out by means of a hydraulic jack whose body 11 is coupled by means of tie rods 12 to the tie rods 6 previously described; the piston 13 of the jack is supported on the external face of the plug 3; while by the tie rods 12 and 6, the cylinder body exerts traction on the plug 2.
- the internal bore of the jack body 11 is strictly equal to the internal bore of the central body 1.
- the hydraulic pressure is introduced into the chamber 14 of the jack and, when the desired value "p" of prestressing is reached, the bolts 7 are screwed until they come into contact with the outer wall of the plug 3 and the hydraulic pressure is released.
- Figures 3 to 9 show a second embodiment of the invention consisting in replacing the tie rods 6 placed around the tube 1 outside thereof by a single tie rod axially passing through the two plugs 2 and 3, the cylindrical body 1 and the membrane 4.
- the accumulator is constituted by a hollow cylindrical central body 1, between two upper and lower plugs 2 and 3.
- the upper plug 2 is placed flat on the upper end of the cylindrical body 1; while the lower plug 3 comprises a skirt 3b connecting with the lower end of said cylindrical body 1.
- the upper plug 2 has an opening 15, formed in its center and the lower plug 3 an opening 16, also formed in its center.
- the three parts 1, 2, 3 constituting the accumulator are assembled by a central tie-rod 17.
- This tie-rod 17 comprises a head 18 bearing against the external wall of the plug 3 and a threaded end 19 on which a nut 20 is screwed bearing on the outer wall of the plug 2.
- the membrane 4 is fixed by anchoring and pinching its heel 5, formed over its entire periphery, between the plug 2 and the upper end of the central cylindrical body.
- the membrane additionally comprises a sort of central chimney or sleeve 21 which forms a hollow tube in which the tie rod 17 is housed.
- the upper edge of the sleeve 21 comprises a bead 22 which engages in a correspondingly shaped groove 23 formed in the wall of the central opening 15 of the plug 2.
- the base 4a of the membrane has an annular shape practically matching the shape of the annular space 24 formed by the internal wall of the skirt 3b of the plug 3 and the tie rod 17.
- the plug 3 has a bore 25 which communicates with the space 24 by a plurality of orifices 26.
- the bore 25 is provided with a thread 27 which allows the accumulator to be screwed onto a socket (not shown) putting said bore 25 in communication with any suitable hydraulic circuit (also not shown) .
- the lower part 4a of the membrane 4 is provided with pads 28 opposite the openings 26.
- the plug 2 is provided with a lateral opening 29 which by means of a bent pipe 30, provided with a non-return valve 31, communicates with the enclosure to be filled with pressurized gas.
- FIG. 4 shows two alternative embodiments according to which the central sleeve of the membrane does not rise over the entire height of the interior volume of the accumulator but only over a portion of this height.
- the central sleeve 21 of the membrane 4 only rises over about a quarter of the height of the internal volume and is simply fixed by a rod 32 which blocks it in a groove 33 formed on the tie rod 17.
- a rod 32 which blocks it in a groove 33 formed on the tie rod 17.
- pads 36 being in two parts riveted one on the other instead of being included in the mass of the rubber like the pads 28 of FIG. 3.
- the central tie-rod keeps the parts 1, 2 and 3 assembled under prestressing so that when the pressure of the hydraulic fluid exceeds a predetermined value, the elongation of the tie-rod 17 is such that a leak appears between the connection between the cylindrical body 1 and plug 2 or plug 3; this has the result that the hydraulic pressure cannot in any case exceed a predetermined maximum value, a value which is a function of the elastic characteristics of the tie rod 17 and of the prestressing to which the parts are subjected.
- Figure 6 shows an alternative embodiment of the accumulator described in Figures 3 to 5 which has the advantage of improving the operation of said accumulator in the event of overpressure.
- a chamfer 1a is formed at the base of the body 1, at the junction between the body 1 and the skirt 3b of the plug 3, a chamfer 1a is formed at the base of the body 1, at the junction between the body 1 and the skirt 3b of the plug 3, a chamfer 1a is formed at the base of the body 1, at the junction between the body 1 and the skirt 3b of the plug 3, a chamfer 1a is formed at the base of the body 1, at the junction between the body 1 and the skirt 3b of the plug 3, a chamfer 1a is formed at the base of the body 1 and of the skirt 3b are equal.
- the section D2 of the base of the cylindrical body 1 is then greater than the sectin D1 subjected, at the top of the body 1 to the hydraulic pressure located in the space 24: this will have the result that in the event of overpressure the leak will occur always between the body 1 and the skirt 3b and never between the body 1 and the plug 2.
- Figure 7 shows another alternative embodiment.
- the method of anchoring the membrane 4 by means of a heel 5 as shown in FIGS. 3 to 6, has the drawback that the surface of the section D1, mentioned above, is not rigorously determined . Indeed, a greater or lesser tightness of this pinching can allow the hydraulic fluid to creep between the membrane and the upper body 1, which will have the effect that the section D1 on which the hydraulic pressure acts will always be slightly higher to the section of the internal bore of the cylindrical body 1, but of an amount which cannot be determined in a rigorous manner. It is for this reason that in FIG. 6, the section D1 has been represented as being larger than the internal diameter of the cylindrical body 1, but this indication is an approximation.
- This arrangement is particularly advantageous, because it is very economical while being very reliable.
- the accumulators shown in Figures 3 to 7 are prestressed.
- Figure 8 we screw on the threaded end 19 of the tie rod 17, the end of the rod 37a of the piston 37 a hydraulic cylinder 38 which is supported by a cylindrical wedge 39 on the plug 2. Thanks to this actuator, on the one hand a compressive force is applied to the parts 2, 1 and 3, force collected by the elasticity of the metal of which these parts are made and on the other hand a tensile force on the tie rod 17, force also cashed in by the elasticity of the metal from which the tie rod is made 17. When the predetermined maximum force is reached, the nut 20 is blocked on the plug 2 and then the pressure is released in the jack 38. The elasticity of the parts 1 , 2 and 3 on the one hand and the tie rod 17 has the result that the assembly of parts 1, 2 and 3 is carried out with prestressing.
- an oleopneumatic accumulator having a capacity of 1 liter has been produced.
- hydraulic fluid was introduced under a pressure of 100 bars; then, the nut 20 has been locked on the thread 19 by means of a dynamometric key so as to have a determined tightening torque; then the mounting cylinder 38 was disassembled and the accumulator was placed on a test bench and hydraulic fluid was forced at 25, 26, 24, until a hydraulic fluid leak appeared between the base 1a of the cylindrical body 1 and the skirt 3a of the plug; the pressure P1 for which this leak occurred was then noted.
- the accumulator is then adjusted to operate with a maximum pressure of 400 bar.
- the accumulator tested underwent 5 million cycles and did not show the slightest trace of deterioration upon dismantling, while the usual accumulators show traces of deterioration after approximately 150,000 cycles.
- the extraordinary reliability of the accumulator thus described makes it possible to use it not only as an accumulator but also as a pressure relief valve.
- a pressure relief valve is a known, extremely simple member, constituted by a valve held by a calibrated spring: when the hydraulic pressure exceeds a predetermined value, the ball lifts and the hydraulic fluid flows towards the reservoir.
- a pressure relief valve of perfectly functioning is obtained. satisfactory.
- the capacity of the accumulator is determined experimentally as a function of the maximum flow rate of the circuit for which it is intended.
- Such a pressure relief valve will be cheaper than a large spring-loaded valve, will not be sensitive to dirt that may be in the liquid, will have a leakage section such that there will be no more fluid flow at high speed which erodes the metal and will work without causing overpressure.
- the two ends of the central body 1 are bevelled as has been described for the conical surface 1a in conjunction with FIG. 1.
- the two ends of the central body 1 are bevelled as has been described for the conical surface 1a in conjunction with FIG. 1.
- the separation membrane 4 in a form such that it is cylindrical at its upper part, as shown, and that this cylindrical part is disposed inside the upper part of the central body 1, itself cylindrical, it follows that the diameter D 3 of the circle according to which the pressure acts on the upper plug 2 is slightly smaller (due to the thickness of the membrane) than the diameter D 4 of the circle according to which the pressure acts on the lower plug 3; it follows that when the pressure admitted into the accumulator exerts on the central rod 17 a force greater than that of the prestress, the cylindrical body 1 and the lower plug 3 separate slightly, which causes a leakage of the liquid, the separation never occurring at the connection between the plug 2 and the body 1.
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Description
- La présente invention a pour objet des perfectionnements aux accumulateurs oléopneumati- ques du type comportant deux enceintes séparées par une paroi déformable, en caoutchouc, l'une des enceintes étant remplie de gaz sous pression et l'autre recevant du liquide hydraulique sous pression; les pièces constituant ledit accumulateur étant maintenues assemblées par un dispositif à précontrainte.
- Dans la demande de brevet EP-A-35 427 déposée le 18 février par la même demanderesse (date de publication 9.9.1981), on a décrit un accumulateur oléopneumatique constitué par deux coquilles sensiblement hémisphériques, assemblées l'une à l'autre avec interposition d'une membrane souple et d'une cale d'épaisseur cylindrique, les deux coquilles et la cale étant maintenues serrées les unes contre les autres par une ceinture extérieure soumise avant l'assemblage à une précontrainte préalable engendrant un effort de serrage supérieur à l'effort maximum de séparation des mêmes pièces lorsque l'accumulateur ainsi constitué est soumis à la pression maximum d'utilisation.
- Les accumulateurs à précontrainte selon la demande de brevet EP-A-35 427 donnent d'exellents résultats, mais ils présentent plusieurs inconvénients. Tout d'abord leur fabrication en grande série est délicate, car il faut un mécanisme assez complexe dont la mise en oeuvre exige du temps pour arriver à mettre en tension préalable la ceinture cylindrique entourant les pièces. Ensuite, il s'avère que lorsque l'on relâche l'effort de mise en tension préalable une partie de la précontrainte est absorbée par un écrasement relatif de la cale et par une déformation, même très légère des filetages. Il en résulte que la valeur de la précontrainte qui reste après assemblage des pièces est assez variable.
- Dans le brevet français FR-A-1150 762 du 5 avril 1956, on a décrit un accumulateur hydraulique en trois parties: une partie centrale cylindrique placée entre deux calottes hémisphériques, ces trois parties étant maintenues serrées les unes contre les autres par un tirant central les traversant. Cependant selon ce brevet le serrage des trois éléments est obtenu par simple vissage d'un écrou sur une des extrémités du tirant central. On obtient ainsi, du seul fait de l'élasticité propre du métal dont est fait le tirant central une certaine précontrainte: mais cette précontrainte est quelconque, indéterminée et ne peut en aucun cas induire un effort de serrage qui soit égal à l'effort de séparation provoquée par la pression hydraulique maximum pour laquelle doit travailler l'accumulateur.
- La présente invention a pour objet de combiner les avantages des deux procédés de fabrication décrits ci-dessus ce qui permet d'obtenir un accumulateur hydraulique précontraint qui en cas de surpression produit une fuite de liquide et qui peut donc résister à des très hautes pressions tout en étant d'un prix de fabrication beaucoup plus bas que celui des accumulateurs hydrauliques actuellement employés. Cette combinaison présente également d'autres avantages relatifs à la précision et à la fiabilité de la construction qui seront expliqués ci-après.
- L'accumulateur oléopneumatique selon la présente invention est du type comportant deux enceintes séparées par une membrane souple, l'une des deux enceintes étant remplie d'un gaz sous pression, l'autre étant en communication avec le circuit hydraulique dans lequel est placé l'accumulateur, ce dernier étant constitué par un corps cylindrique disposé entre deux bouchons supérieur et inférieur après interposition du rebord d'une membrane souple entre l'un des bouchons et ledit corps cylindrique, les deux bouchons étant maintenus serrés sur le corps cylindrique par au moins un tirant dont une extrémité est solidaire en traction d'un des deux bouchons et dont l'autre extrémité est munie d'un filetage sur lequel est vissé un écrou prenant appui sur l'autre bouchon, caractérisé par le fait que chaque tirant est mis, avant vissage de son écrou sous une tension préalable égale à l'effort de séparation provoqué par la pression hydraulique maximum devant être admise dans l'accumulateur de façon à assurer un assemblage des deux bouchons sur le corps central sous une précontrainte déterminée; de telle sorte que lorsque la pression admise dans ledit accumulateur oléopneumatique dépasse ladite pression maximale prédéterminée, le corps cylindrique se sépare légèrement de l'un ou l'autre des bouchons inférieur et/ou supérieur, ce qui provoque une fuite hydraulique qui fait tomber la pression hydraulique, laquelle ne peut ainsi jamais dépasser ladite valeur prédéterminée.
- Selon un premier mode de réalisation, les deux bouchons sont maintenus serrés sur le corps cylindrique par une pluralité de tirants disposés à l'extérieur et autour dudit corps cylindrique.
- Selon un deuxième mode de réalisation, les deux bouchons sont reliés l'un à l'autre par un seul tirant central les traversant en leurs centres.
- Selon la présente invention, le (ou les) tirant est mis sous tension par un moyen hydraulique avant le vissage de l'écrou, ce qui permet de déterminer avec précision la précontrainte et de la déterminer en fonction de la pression hydraulique maximum à laquelle doit travailler l'accumulateur.
- De préférence, le corps cylindrique central est biseauté à au moins une de ses extrémités afin d'une part d'avoir un auto-centrage des pièces et d'autre part, d'introduire dans l'assemblage une composante radiale qui, à la précontrainte longitudinale superpose une précontrainte radiale.
- A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés:
- Figure 1, une vue en coupe longitudinale d'un accumulateur oléopneumatique selon la présente invention;
- Figure 2, une vue en coupe longitudinale du montage de l'accumulateur de la figure 1;
- Figure 3, une vue en coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'un accumulateur selon la présente invention;
- Figures 4 et 5, deux vues illustrant deux variantes de réalisation de la membrane séparatrice;
- Figure 6, une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation de l'accumulateur représenté à la figure 1;
- Figure 7, une vue en coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation de la membrane de séparation;
- Figure 8, une vue en coupe longitudinale illustrant la mise en précontrainte;
- Figure 9, une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation de l'accumulateur représenté aux figures 1 ou 6.
- En se reportant à ces figures, on voit que l'accumulateur est constitué par un corps tubulaire 1 obturé à ses deux extrémités par des bouchons 2 et 3, la membrane souple 4 étant ancrée par blocage de son pourtour 5, muni d'un talon, entre le rebord supérieur du corps cylindrique 1 et la face intérieure du bouchon 2. Dans le cas des figures 1 et 2, les deux bouchons 2 et 3 sont d'un diamètre supérieur à celui du corps cylindrique 1 et sont reliés l'un à l'autre par une pluralité de tirants 6 de sorte que le corps 1 est comprimé par la traction exercée par ces tirants.
- De préférence, comme cela est représenté aux figures 1 et 2, ces tirants 6 sont constitués par des tiges filetées, une extrémité 6a étant vissée dans un filetage ménagé dans la masse du bouchon 2, l'autre extrémité 6b étant munie d'un filetage sur lequel vient s'engager un écrou 7 qui prend appui contre la paroi externe du bouchon 3. Comme cela est représenté, les boulons 7 peuvent s'engager dans des logements 8 creusés dans la paroi du bouchon 3.
- De préférence également, l'une des extrémités du corps central 1 a une surface conique 1 a qui vient prendre appui contre une surface conique de même pente 3a ménagée dans la paroi interne du bouchon correspondant.
- Comme cela est connu, le bouchon 2 est muni d'une valve de remplissage de gaz 9 et le bouchon 3 d'un conduit 10 destiné à être raccordé à un circuit hydraulique.
- Selon la présente invention, on procède à la mise en précontrainte au moyen d'un vérin hydraulique dont le corps 11 est attelé au moyen de tirants 12 aux tirants 6 précédemment décrits; le piston 13 du vérin prend appui sur la face externe du bouchon 3; tandis que par les tirants 12 et 6, le corps du vérin exerce une traction sur le bouchon 2.
- De préférence, comme cela est représenté, l'alésage interne du corps de vérin 11 est rigoureusement égal à l'alésage interne du corps central 1.
- La pression hydraulique est introduite dans la chambre 14 du vérin et, lorsque la valeur désirée «p» de précontrainte est atteinte, les boulons 7 sont vissés jusqu'à venir en contact avec la paroi extérieure du bouchon 3 et la pression hydraulique est relâchée.
- Lorsque, en service, la pression du liquide hydraulique atteint la valeur de la pression «p» de précontrainte et la dépasse légèrement, les surfaces 1a et 3a s'écartent légèrement et le liquide hydraulique peut fuir hors de l'accumulateur comme à travers un clapet de surpression. La valeur de la pression maximum à partir de laquelle l'accumulateur va fuir correspond pratiquement exactement à la valeur de la pression «p» de mise en précontrainte, ce qui permet donc de déterminer avec une grande exactitude les caractéristiques de l'accumulateur.
- D'autre part, comme les différentes pièces mécaniques sont soumises à l'effort de précontrainte avant que celui-ci ne soit relâché, il n'y a pas, comme dans le cas de l'accumulateur décrit à la demande de brevet EP-A-35 427 diminution de la valeur de la précontrainte, par tassements et déformations élastiques des pièces puisque ces déformations ont lieu avant que la pression «p» de précontrainte ne soit relâchée.
- En outre, le fait que la surface 1a de l'extrémité du corps 1 soit conique et porte contre une surface 3a également conique assure à la fois une excellente étanchéité, un auto-centrage des pièces et fait apparaître une composante radiale de l'effort de précontrainte qui à la figure 1 est illustrée par les flèches f qui convergent vers le centre.
- Les figures 3 à 9 représentent un deuxième mode de réalisation de l'invention consistant à remplacer les tirants 6 placés autour du tube 1 à l'extérieur de celui-ci par un tirant unique traversant axialement les deux bouchons 2 et 3, le corps cylindrique 1 et la membrane 4.
- Il est en soi connu, en particulier par les brevets français 1 150 762 et 1 378955, d'assembler les différentes parties d'un accumulateur hydraulique par une tige centrale traversant axialement les divers constituants de l'accumulateur, y compris la membrane déformable. Mais ces brevets ne font pas connaître la disposition essentielle selon laquelle on réalise un assemblage sous un précontrainte, laquelle est déterminée de manière très précise en fonction de la pression maximum d'utilisation de l'accumulateur de façon que le liquide hydraulique se mette automatiquement à fuir dès que cette valeur maximum d'utilisation est atteinte.
- Comme on le voit aux figures 3 à 9, l'accumulateur est constitué par un corps central cylindrique creux 1, compris entre deux bouchons supérieur et inférieur 2 et 3. Le bouchon supérieur 2 est posé à plat sur l'extrémité supérieure du corps cylindrique 1; tandis que le bouchon inférieur 3 comporte une jupe 3b se raccordant avec l'extrémité inférieure dudit corps cylindrique 1. Le bouchon supérieur 2 comporte une ouverture 15, ménagée en son centre et le bouchon inférieur 3 une ouverture 16, également ménagée en son centre.
- Les trois pièces 1, 2, 3 constituant l'accumulateur sont assemblées par un tirant central 17. Ce tirant 17 comporte une tête 18 prenant appui contre la paroi extérieure du bouchon 3 et une extrémité filetée 19 sur laquelle se visse un écrou 20 prenant appui sur la paroi extérieure du bouchon 2.
- Dans l'exemple représenté à la figure 3, la membrane 4 est fixée par ancrage et pinçage de son talon 5, ménagé sur tout son pourtour, entre le bouchon 2 et l'extrémité supérieure du corps cylindrique central. Mais la membrane comporte en plus une sorte de cheminée centrale ou manchon 21 qui forme un tube creux dans lequel se loge le tirant 17. Le rebord supérieur du manchon 21 comporte un bourrelet 22 qui s'engage dans une gorge de forme correspondante 23 ménagée dans la paroi de l'ouverture centrale 15 du bouchon 2.
- La base 4a de la membrane a une forme annulaire épousant pratiquement la forme de l'espace annulaire 24 formé par la paroi interne de la jupe 3b du bouchon 3 et le tirant 17. Le bouchon 3 comporte un alésage 25 qui communique avec l'espace 24 par une pluralité d'orifices 26. L'alésage 25 est muni d'un filetage 27 qui permet de visser l'accumulateur sur une douille (non représentée) mettant ledit alésage 25 en communication avec tout circuit hydraulique approprié (également non représenté). De préférence, la partie inférieure 4a de la membrane 4 est munie de pastilles 28 en regard des ouvertures 26.
- Le bouchon 2 est muni d'une ouverture latérale 29 qui au moyen d'une canalisation coudée 30, munie d'un clapet anti-retour 31, communique avec l'enceinte devant être remplie de gaz sous pression.
- Les figures 4 et 5 représentent deux variantes de réalisation selon lesquelles le manchon central de la membrane ne s'élève pas sur toute la hauteur du volume intérieur de l'accumulateur mais seulement sur une portion de cette hauteur. Sur ces deux figures, on voit que le manchon central 21 de la membrane 4 ne remonte que sur environ un quart de la hauteur du volume interne et est simplement fixé par un jonc 32 qui le bloque dans une gorge 33 ménagée sur le tirant 17. Pour éviter que la membrane 4 ne soit refoulée à l'intérieur des orifices 26 lorsque l'accumulateur se vide complètement de liquide hydraulique, on peut comme représenté à la figure 4, faire reposer son fond annulaire 4a sur un plateau mobile constitué par une rondelle 34 contretenue par un ressort 35, ou bien la munir de pastilles 36, comme représenté à la figure 5; ces pastilles 36 étant en deux parties rivetées l'une sur l'autre au lieu d'être incluses dans la masse du caoutchouc comme les pastilles 28 de la figure 3.
- Le tirant central maintient les pièces 1, 2 et 3 assemblées sous précontrainte de sorte que lorsque la pression du liquide hydraulique dépasse une valeur prédéterminée, l'allongement du tirant 17 est tel qu'apparaît une fuite entre la liaison entre le corps cylindrique 1 et le bouchon 2 ou le bouchon 3; ceci a pour résultat que la pression hydraulique ne peut en acun cas dépasser une valeur maximum prédéterminée, valeur qui est fonction des caractéristiques élastiques du tirant 17 et de la précontrainte auxquelles sont soumises les pièces.
- La figure 6 représente une variante de réalisation de l'accumulateur décrit aux figures 3 à 5 qui présente l'avantage d'améliorer le fonctionnement dudit accumulateur en cas de surpression.
- On s'est en effet aperçu que si la section interne du corps central cylindrique 1 est constante, comme c'est le cas aux figures 3 à 5, la fuite en cas de surpression peut se produire aussi bien en partie haute qu'en partie basse, c'est-à-dire aussi bien entre le bouchon 2 et le haut du corps 1, qu'entre le bouchon 3 et le bas du corps 1. Lorsque la fuite se prodit entre le bouchon 2 et le haut du corps 1, la membrane risque d'être entraînée, de se trouver pincée entre le bouchon-2 et le haut du corps 1 et d'être déchirée, ce qui met l'accumulateur hors d'usage.
- Pour pallier cet inconvénient, on ménage à la base du corps 1, à la jonction entre le corps 1 et la jupe 3b du bouchon 3 un chanfrein 1a. De préférence, on usine également la jupe 3b pour que les surfaces d'appui de la base du corps cylindrique 1 et de la jupe 3b soient égales. La section D2 de la base du corps cylindrique 1 est alors supérieure à la sectin D1 soumise, au sommet du corps 1 à la pression hydraulique se trouvant dans l'espace 24: cela aura pour résultat qu'en cas de surpression la fuite se produira toujours entre le corps 1 et la jupe 3b et jamais entre le corps 1 et le bouchon 2.
- La figure 7 représente une autre variante de réalisation.
- Le mode d'ancrage de la membrane 4 au moyen d'un talon 5 comme cela est représenté aux figures 3 à 6, présente l'inconvénient que la surface de la section D1, mentionnée plus haut, n'est pas déterminée de façon rigoureuse. En effet, une plus ou moins grande étanchéité de ce pinçage peut permettre au liquide hydraulique de s'insinuer entre la membrane et le haut du corps 1, ce qui aura pour effet que la section D1 sur laquelle agit la pression hydraulique sera toujours légèrement supérieure à la section de l'alésage interne du corps cylindrique 1, mais d'une quantité que l'on ne peut pas déterminer de façon rigoureuse. C'est pour cette raison qu'à la figure 6, la section D1 a été représensée comme étant plus grande que le diamètre interne du corps cylindrique 1, mais cette indication est une approximation.
- D'autre part, puisque la fuite en cas de surpression ne peut se produire qu'entre la jupe 3a et la base du corps 1 tout risque d'extrusion de la partie de fixation de la membrane est éliminé.
- On peut donc alors fixer la membrane 4 par une simple rondelle élastique 40. Cette rondelle élastique 40 est percée d'un trou central dans lequel passent le tirant 17 et le rebord supérieur du manchon 21. A hauteur de ce trou central, le tirant 17 comporte une gorge 33; de sorte que l'extrémité du manchon 21 est bloquée dans cette gorge 33 par le rebord arrondi 40a de la rondelle 40. Le rebord extérieur 4b de la membrane 4 est pincé dans le coin formé par la jonction du corps cylindrique 1 et du bouchon 2 par le rebord périphérique arrondi 40b de la rondelle 40. Plus le tirant 17 sera sollicité en traction, plus la rondelle élastique 40 coincera énergiquement le manchon 21 dans la gorge 33 et le rebord 4a de la membrane dans le coin.
- Cette disposition est particulièrement avantageuse, parce que très économique tout en étant très fiable.
- Les accumulateurs représentés aux figures 3 à 7 sont mis sous précontrainte. Pour ce faire (figure 8), on visse sur l'extrémité filetée 19 du tirant 17, l'extrémité de la tige 37a du piston 37 un vérin hydraulique 38 qui prend appui par une cale cylindrique 39 sur le bouchon 2. Grâce à ce vérin, on applique d'une part un effort de compression sur les pièces 2, 1 et 3, effort encaissé par l'élasticité du métal dont sont constituées ces pièces et d'autre part un effort de traction sur le tirant 17, effort également encaissé par l'élasticité du métal dont est constitué le tirant 17. Lorsque l'effort maximum prédéterminé est atteint, on bloque l'écrou 20 sur le bouchon 2 et ensuite on relâche la pression dans le vérin 38. L'élasticité des pièces 1, 2 et 3 d'une part et du tirant 17 a pour résultant que l'assemblage des pièces 1, 2 et 3 est réalisé avec précontrainte.
- A titre d'exemple, on a réalisé comme représenté à la figure 6 un accumulateur oléopneumatique ayant une capacité de 1 litre. Dans la chambre 38a du vérin 38, on a introduit du liquide hydraulique sous une pression de 100 bars; ensuite, on a bloqué l'écrou 20 sur le filetage 19 au moyen d'une clef dynamomètrique de façon à avoir un couple de serrage déterminé; puis on a démonté le vérin de montage 38 et on a mis l'accumulateur sur un banc d'essai et on a forcé du liquide hydraulique en 25, 26, 24, jusqu'à ce qu'une fuite de liquide hydraulique apparaisse entre la base 1a du corps cylindrique 1 et la jupe 3a du bouchon; on a alors noté la pression P1 pour laquelle cette fuite s'est produite. On a recommencé l'opération en admettant une pression de 120 bars dans la chambre 38a; en serrant l'écrou 20 avec le même couple de serrage; en démontant le vérin 38 et en admettant à nouveau du liquide sous pression en 25, 26, 24 jusqu'à ce qu'une fuite apparaisse et en notant la pression P2 pour laquelle cette fuite était apparue. On a ainsi répété ces opérations en augmentant à chaque fois de 20 bars la pression admise dans la chambre 38a et on a noté les pressions P3, P4 ... Pn pour laquelle la fuite apparaît, ce qui a permis de tracer point par point la courbe caractéristique de l'accumulateur. On a arrêté ces opérations lorsque la valeur de Pn était égale à 400 bars.
- L'accumulateur est alors réglé pour fonctionner avec une pression maximum de 400 bars.
- Lorsqu'un accumulateur de type usuel est destiné à fonctionner dans un circuit hydraulique pour une pression maximum de N bars, les règlements de sécurité prévoient qu'il doit être essayé à 1,5 N.
- On a donc essayé de soumettre l'accumulateur à une pression de 1,5 x 400 bars, c'est-à-dire 600 bars, mais il s'est mis à fuir dès 410 bars et il a été impossible de dépasser cette valeur: la sécurité de fonctionnement de cet accumulateur est donc absolue, ce qui n'est pas le cas pour les accumulateurs de type connu.
- D'autre part, lorsque l'on fabrique un accumulateur de type usuel, on lui fait subir des essais d'endurance aux termes desquels après un grand nombre de cycles de mise en pression maximum, il est démonté afin de vérifier les détériorations qu'il a subies.
- L'accumulateur essayé a subi 5 millions de cycles et ne présentait pas la moindre trace de détérioration au démontage, alors que les accumulateurs usuels montrent des traces de détérioration au bout de 150 000 cycles environ.
- L'extraordinaire fiabilité de l'accumulateur ainsi décrit, permet de l'employer non seulement comme un accumulateur mais également comme un clapet de surpression.
- Un clapet de surpression est un organe connu, extrêmement simple, constitué par un clapet con- tretenu par un ressort taré: lorsque la pression hydraulique dépasse une valeur prédéterminée, la bille se soulève et le liquide hydraulique s'écoule vers le réservoir.
- L'inconvénient bien connu de ces dispositifs est qu'ils provoquent fréquemment des surpressions momentanées allant jusqu'à 1,3 et même 1,5 fois la valeur de la pression maximum admise. Cela provient de ce qu'il arrive souvent lors d'une brutale augmentation de pression que le clapet s'ouvre trop brutalement, ce qui provoque une trop grande compression du ressort, dont le tarage augmente: à cela s'ajoute un effet de laminage d'huile dont les effets sont proportionnels au carré du débit. De plus, les effets du laminage d'huile sont tels que le métal est creusé par le flux d'huile.
- Ces inconvénients sont bien connus des hydrauliciens, mais il n'existe pas à ce jour de clapets de surpression à ressort, qui soient démunis de ces inconvénients.
- En disposant en dérivation sur un circuit hydraulique un accumulateur à fuite prédéterminée selon l'invention, et en l'entourant d'une enveloppe permettant de récupérer les fuites pour les diriger vers le réservoir, on obtient un clapet de surpression d'un fonctionnement parfaitement satisfaisant. On détermine expérimentalement la capacité de l'accumulateur en fonction du débit maximum du circuit auquel il est destiné. Un tel clapet de surpression sera moins cher qu'un clapet à ressort de grandes dimensions, ne sera pas sensible aux saletés pouvant se trouver dans le liquide, aura une section de fuite telle qu'il n'y aura plus d'écoulement de fluide à grande vitesse qui érode le métal et fonctionnera sans provoquer de surpression.
- De préférence, comme cela est représenté à la figure 9, les deux extrémités du corps central 1 sont biseautées comme cela a été décrit pour la surface conique 1a en liaison avec la figure 1. On obtient ainsi comme dans le cas de la figure 1, mais de façon améliorée, non seulement un auto-centrage des pièces et une excellente étanchéité mais une composante radiale de l'effort de précontrainte.
- D'autre part, on s'est aperçu qu'en réalisant la membrane de séparation 4 sous une forme telle qu'elle soit cylindrique à sa partie haute, comme cela est représentée, et que cette partie cylindrique soit disposée à l'intérieur de la partie supérieure du corps central 1, lui-même cylindrique, il en résulte que le diamètre D3 du cercle selon lequel la pression agit sur le bouchon supérieur 2 est légèrement inférieur (du fait de l'épaisseur de la membrane) au diamètre D4 du cercle selon lequel la pression agit sur le bouchon inférieur 3; il s'ensuit que lorsque la pression admise dans l'accumulateur exerce sur le tirant central 17 une force supérieure à celle de la précontrainte, le corps cylindrique 1 et le bouchon inférieur 3 se séparent légèrement, ce qui provoque une fuite du liquide, la séparation ne se produisant jamais au niveau de la liaison entre le bouchon 2 et le corps 1.
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Owner name: HYDRO RENE LEDUC (S.A.) Effective date: 19960228 |
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PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Effective date: 19961101 |