EP3047156A1 - Dispositif a commande hydraulique a consommation energetique optimisee - Google Patents

Dispositif a commande hydraulique a consommation energetique optimisee

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EP3047156A1
EP3047156A1 EP14767013.7A EP14767013A EP3047156A1 EP 3047156 A1 EP3047156 A1 EP 3047156A1 EP 14767013 A EP14767013 A EP 14767013A EP 3047156 A1 EP3047156 A1 EP 3047156A1
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EP
European Patent Office
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chamber
hydraulic
piston
hydraulic pump
pump
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Withdrawn
Application number
EP14767013.7A
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German (de)
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Inventor
Luc-François GROS D'AILLON
Thierry Chataing
Estelle GUYEZ PICARD
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • Y02B50/00—Energy efficient technologies in elevators, escalators and moving walkways, e.g. energy saving or recuperation technologies

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic control device with optimized energy consumption.
  • an aggregate transfer device using a hydraulic slide type volumetric transfer pump is an example of a hydraulically controlled device whose energy consumption can be reduced.
  • Hydraulic lifts are also an example of a hydraulically controlled device whose consumption can be reduced. Indeed, they have a very high energy consumption which limits their development.
  • the object of the present invention is achieved by a hydraulically controlled device having a cyclic operation, in which energy storage is made which, over one cycle, smooths the installed power to the average power with an adaptation to the kinetics. of variation of the efforts.
  • Energy storage is on the one hand a potential storage, by means of a hydraulic accumulator for cycle phases with constant effort, and secondly an inertial storage, by a flywheel, for cycle phases with variable effort.
  • the installed power is minimized by reducing it to the average power.
  • means are provided for intermediate storage of energy produced during an operating phase, the recovered energy being stored appropriately.
  • the control implements one or more cylinders.
  • the cylinder or cylinders are used as hydraulic pump.
  • the jack or cylinders are assisted by the main pump, to charge the battery, which further optimizes the energy recovery.
  • the pump is assisted by the flywheel.
  • the present invention applies to any hydraulic control cyclic system. It is particularly suitable for the production of a granular material transfer pump, the production of hydraulic goods lifts, etc. and more generally to any hydraulic system with cyclic operation in which, during a phase, the cylinder exerts a force and, in another phase, the cylinder receives a force.
  • the present invention also relates to a cyclically operating hydraulic control device comprising a first double-acting cylinder adapted to apply a force in a first direction on an outer element in a first phase of operation, and receiving a force in a second opposite direction in the first direction in a second phase of operation, a hydraulic pump, a flywheel coupled to the hydraulic pump so as to load during the operation of the hydraulic pump, a hydraulic accumulator, a reservoir of hydraulic fluid, the first cylinder comprising a first actuating piston adapted to slide in a sealed manner in a housing and delimiting in said housing a first actuating chamber and a first return chamber, a first connection between the first actuating chamber and the hydraulic pump, a second connection between the first actuating chamber and the accumulator hydraulic, a third connection between the hydraulic pump and the hydraulic fluid reservoir, a fourth connection between the hydraulic pump and the hydraulic accumulator, a fifth connection between the first return chamber and the hydraulic fluid reservoir, and control means of said hydraulic pump and said first, second, third, fourth
  • the present invention also relates to a cyclically operating piston transfer pump device for transferring a granular material between an intake chamber and an exhaust chamber, said device comprising a jacket, in which are able to slide a first and a second piston sealingly, said first and second pistons delimiting therebetween a transfer chamber, said transfer jacket having an intake port in communication with the intake chamber, and an exhaust port in communication with the exhaust chamber, the pressure in the exhaust chamber being greater than that in the intake chamber, said first piston being adapted to seal the inlet port tightly and the second piston being able to close the inlet; exhaust port sealingly, said device having a first double acting cylinder for moving the first piece of ston in a first direction and in a second direction opposite to the first direction and a second double-acting cylinder adapted to move the second piston in the first direction and the second direction, said device comprising a hydraulic pump, a flywheel coupled to the hydraulic pump so as to load during a part of the operation of the hydraulic pump, a hydraulic accumulator, a hydraulic fluid reservoir.
  • the first double-acting cylinder comprises a first actuating piston adapted to slide in a sealed manner in a first housing and defining in said first housing a first actuating chamber and a first return chamber.
  • the second double-acting cylinder comprising a second actuating piston capable of sliding sealingly in a second housing and defining in said second housing a second actuating chamber and a second return chamber.
  • the device comprises a first connection between the first operating chamber and the hydraulic pump, a second connection between the first operating chamber and the hydraulic accumulator, a third connection between the hydraulic pump and the hydraulic fluid reservoir, a fourth connection between the hydraulic pump and the accumulator, a fifth connection between the second actuating chamber and the hydraulic pump, a sixth connection between the second actuating chamber and the hydraulic accumulator, a seventh connection between the second chamber of actuation and the first actuating chamber.
  • the device also comprises means for controlling the pump and said first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh connections so that during a first phase, the first piston is in a position such that the orifice intake is open and the second piston and in a position such that the exhaust port is closed, in a second phase the hydraulic pump feeds the first actuating chamber, the first piston being moved in the first closing direction the inlet orifice, the pressure in the transfer chamber increasing, during a third actuation phase, the second actuating chamber feeds the first actuating chamber, the first and the second piston being displaced in the first direction of actuation so that the exhaust port opens, during a fourth actuation phase the hydraulic pump feeds the second actuating chamber and has hydraulic accumulator assists the hydraulic pump, the second piston being moved in the second direction so as to close the exhaust port, in a fifth actuation phase, the first actuating chamber charges the hydraulic accumulator, the first piston being moved in the second direction and in a sixth actuation phase, the hydraulic pump feeds the first return chamber
  • control means are such that, during the third phase, the hydraulic pump supplies the second return chamber.
  • the sixth connection can be made through the hydraulic pump.
  • the hydraulic accumulator is at almost constant pressure.
  • the hydraulic accumulator is for example gas-filled and has a volume variation of the hydraulic fluid of the order of 1% relative to the volume of gas.
  • the hydraulic pump assists the return chamber of the first cylinder.
  • the hydraulic pump is preferably assisted by the flywheel.
  • the rotational presence variations of the flywheel are advantageously limited to +/- 2%.
  • (VR2) can be double rod.
  • the outer element is for example formed by a load transport platform.
  • the present invention also relates to a hydraulic lift comprising a device according to the invention, and wherein the outer member is formed by an elevator car.
  • FIGS. 1A to 1F are diagrammatic representations of a hydraulically controlled granulator transfer pump device embodying the present invention in different stages of operation
  • FIGS. 2A to 2E are synthetic representations of the different operating stages of FIGS. 1A to 1F,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a double-acting jack implemented in the present invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of the hydraulic circuit of the device of FIGS. 1A to 1F
  • - Figure 5 is a schematic representation of a single cylinder hydraulic control device implementing the invention.
  • FIGS. 1A to 1F a piston type transfer pump device embodying the invention can be seen. This device is intended for the transfer of granular solid material between two chambers under different pressure.
  • the term "granular” designates the fact that the solid material to be transferred is in the form of particles or grains, of variable or non-variable granulometry and of submillimetric dimensions, millimeter or centimeter and can be more or less mixed with a liquid.
  • the granular solid material may be biomass, i.e. any inhomogeneous material of biological origin, which may be quasi-dry, such as sawmill residues or straw, or soaked with water as household waste.
  • biomass i.e. any inhomogeneous material of biological origin, which may be quasi-dry, such as sawmill residues or straw, or soaked with water as household waste.
  • Variable grain size, transport is problematic.
  • the solid particles of biomass are powders or chips, for example cellulosic particles, such as fine chips of plants, such as wood.
  • the transfer device 1 makes it possible to transfer solid matter in granular form, such as biomass whose particles are of variable particle size, from an inlet chamber 5 at atmospheric pressure to a cha exhaust manifold 6 under a pressure for example of the order of 30 bars.
  • This exhaust chamber 6 for example directly forms a feed chamber of a gasification reactor or is connected to a separate system for feeding the reactor, such as a worm system.
  • the device 1 firstly comprises a casing formed by a tubular liner 2 pierced with two orifices 20, 21 of which one inlet 20 is in communication with the inlet chamber 5 and the Another exhaust 21 is in communication with the exhaust chamber 6.
  • the liner 2 further comprises a third orifice, said balancing orifice 22 whose function will be explained below.
  • the inlet port 20 and the balancing port 22 are diametrically opposed to the exhaust port 21.
  • the balancing port 22 is opposite the exhaust port 21, and more precisely to the right of the edge of the exhaust port 21 closest to the intake.
  • the liner 2 can advantageously be made of hard chromium-plated stainless steel internally.
  • pistons 3, 4 are head to tail, that is to say with their respective compression surface 30, 40 facing one another.
  • the two pistons 3, 4 are mechanically independent and move during a whole operating cycle in the same direction, that is to say along the same axis of sliding, as shown in Figures 1A to 1F.
  • the identical pistons 3, 4 may advantageously be made of hard chromium light alloy.
  • the intake piston 3 is able to move between its extreme open position in which it releases at least partially the inlet orifice 20 and its extreme closed position in which it closes the inlet orifice 20 while leaving at least partially the exhaust port 21 cleared.
  • the intake piston completely clears the intake port in its extreme open position ( Figure 1A) and has reached the edge of the exhaust port in its extreme closed position. ( Figure 1D).
  • open orifice it is meant that fluid communication is established between the orifice and the inside 8 of the jacket 2.
  • the exhaust piston 4 in turn is able to move between its extreme closed position in which it closes the exhaust port 21 while leaving the intake port 20 clear and an extreme open position in which it at least partially disengages the exhaust port 20.
  • the exhaust piston 4 closes the port of exhaust 21 being in the immediate vicinity of its edge closest to the intake 20 in its extreme closed position ( Figure 1A) and it completely releases the exhaust port 21 being in the immediate vicinity of its furthest edge of the admission 20 in its extreme open position ( Figure 1D).
  • segments 7 are provided at the periphery at the end of the pistons, that is to say placed at the periphery of the pistons and near the respective compression surface 30, 40, to ensure the axial seal: they are thus in permanent contact with the inner surface of the liner 2 during the sliding pistons 3, 4.
  • All segments 7 are preferably identical to each other and self-lubricating type. These are advantageously metal segments with Bronze, such as Ferro-bronze and preferably of toric form.
  • pistons 3, 4 are threaded internally at their bottom 31, 41 to receive by screwing their not shown movement rod.
  • the intake piston 3 and the exhaust piston 4 are each displaced by means of a double-acting cylinder VR1, VR2 respectively.
  • the cylinder VR1 is shown schematically in FIG. 3.
  • the cylinder VR2 is of similar construction to that of the cylinder VR1.
  • the cylinders are double rod. These cylinders allow to symmetrize the operation and simplify the transmission of energy.
  • the cylinder VR1 comprises a piston 72 mounted to slide sealingly between two chambers, an actuating chamber CA1 and a return chamber CRI, each of the chambers being connected to a hydraulic pump and a hydraulic fluid reservoir, valves are provided to ensure one or the other of the connections.
  • a displacement rod 74 is fixed at one longitudinal end to the piston 72 and another longitudinal end of the rod 74 is fixed to the intake piston 3 by means of the tapping formed in the bottom 31.
  • a double-acting cylinder displacement rod VR2 is connected to the exhaust piston 4.
  • the two cylinders VR1 and VR2 are preferably connected to the same hydraulic pump and the same hydraulic fluid reservoir. But a hydraulic control comprising two hydraulic pumps each connected to a cylinder is not beyond the scope of the present invention.
  • FIG. 4 a hydraulic diagram of an example of a control according to the invention can be seen.
  • the control comprises the cylinder VR1, the cylinder VR2, the hydraulic pump P, the tank R commonly called “tarpaulin” and the hydraulic accumulator ACC.
  • Controllable valves VI to V12 are provided and are switched to modify the connections between the different elements of the control.
  • the actuating chamber CA1 of the cylinder VR1 is connected to the inlet of the pump P, to the outlet of the pump P, to the accumulator ACC and to the reservoir.
  • the return chamber CRI of the cylinder VR1 is connected to the output of the pump P and to the tank R.
  • the actuating chamber CA2 of the cylinder VR2 is connected to the output of the pump P and to the actuating chamber of the cylinder VR1.
  • the return chamber CR2 of the cylinder VR2 is connected to the output of the pump P and to the tank R.
  • variable volume chamber 8 serving both as a gas inlet chamber and a granular solid material from the inlet chamber 5. , compressing the gas up to the pressure of the exhaust 6, and the exhaust chamber of the compressed gas and the granular solid material to the exhaust chamber 6.
  • This variable volume chamber 8 is called the compression chamber .
  • the fluid communication between the inlet chamber 5 and the compression chamber 8, when the inlet port is cleared, is provided by an intake hopper 50.
  • the communication between the compression chamber 8 and the exhaust chamber 6 is provided by an exhaust hopper 60.
  • these hoppers 50, 60 each form a tubing 51, 61 adapted to fit around the tubular liner.
  • the exhaust manifold 61 internally delimits a fourth chamber 62, said balancing chamber, in fluid communication with the balancing orifice 22 when moved around the tubular liner 2.
  • a sealing for example by means of ring-type seals 70 and block them axially along the tubular liner 2, preferably by needle screws not shown.
  • the hoppers 50, 60 and tubes 51, 61 are preferably made of stainless steel.
  • the device according to the invention 1 is in horizontal configuration installed, that is to say with the tubular liner 2 arranged substantially to the horizontal, the hoppers 50, 60 arranged substantially vertically with the inlet port 20 upwards and the exhaust port 21 downwards.
  • Such a configuration of the device according to the invention 1 allows gravity flow of the granular solid material both at the inlet, that is to say between the inlet chamber 5 and the compression chamber 8, and at the exhaust, that is to say between the compression chamber 8 and the exhaust chamber 6.
  • the installation comprises means for storing potential energy, produced by the intake piston 3 during expansion of the intake piston, after closure of the exhaust port 21.
  • These storage means are formed by a hydraulic accumulator. Preferably it is a constant pressure accumulator.
  • it is a hydraulic accumulator gas sky.
  • the charge thereof is assisted by the hydraulic pump to obtain a constant pressure load.
  • the volume of hydraulic fluid passing through the accumulator at each cycle is low, for example of the order of 1%, in front of the volume of pressurization gas of the accumulator, which makes it possible to optimize the recovery of energy and the constancy of the pressure.
  • a flywheel (not shown) is mounted on the pump shaft, this flywheel storing energy during the entire period of time. operation of the hydraulic pump except when the accumulator is running, during which it releases its energy to assist the hydraulic pump and to allow charging at constant pressure of the accumulator.
  • the flywheel is at a constant or quasi-constant frequency, the rotational frequency variations of the flywheel being limited to +/- 2%.
  • a controllable hydraulic connection C1 between the actuating chamber CA2 of the cylinder VR2 actuating the exhaust piston 4 and the actuating chamber CA1 of the cylinder VR1 actuating the intake piston 3 is provided.
  • FIGS. 1A to 1F and 2A to 2E The steps of an operating cycle of the device 1 according to the invention will now be explained with FIGS. 1A to 1F and 2A to 2E.
  • the compression chamber 8 is loaded with granular material. Valves VI and V2 are open, the other valves are closed. Pistons 3 and 4 are immobile. The intake piston 3 is in its extreme open position, and the exhaust piston 4 is in its extreme closed position and the granular solid material flows by gravity from the inlet chamber 5 into the chamber compression 8 inside the tubular liner 2 ( Figure 1A). The pressure of the compression chamber 8 is then equal to that of the inlet chamber 5, substantially the atmospheric pressure.
  • the actuating chamber cAl of the jack C1 is supplied by the hydraulic pump and the return chamber is connected to the tank R, which causes the displacement of the intake piston. 3 to the exhaust piston 4 which is held in its extreme closed position.
  • the intake piston 3 closes initially the intake port
  • valves VI, V4 and V8 are open, the other valves are closed.
  • the exhaust piston 4 moves under the effect of the pressure in the compression chamber 8, moving the piston of the cylinder VR2 in the direction of reduction of the volume of the actuating chamber CA2 of the cylinder VR2, which has the effect of increasing the pressure in the chamber actuator CA2 of cylinder VR2.
  • This pressurized fluid is transmitted to the actuating chamber CA1 of the jack VR1 via the connection C1.
  • This pressurized fluid displaces the piston of the jack VR1 in the direction of the forward movement of the intake piston 3.
  • the pump supplies the return chamber CR2 of the cylinder VR2 to compensate the pressure drops and to provide a sufficient pressure for the displacement of the intake piston 3.
  • the exhaust piston 4 is moved so as to close the exhaust port 21; the actuating chamber CA2 of the cylinder VR2 is supplied by the hydraulic accumulator ACC with the assistance of the pump P.
  • the return chamber CR2 of the cylinder VR2 is connected to the reservoir.
  • This displacement of the exhaust cylinder 6 has the effect of closing the exhaust port and compressing the gas in the compression chamber 8, the intake piston 3 being immobilized.
  • the valves V3, V9 and V12 are open and the other valves are closed ( Figure 2C).
  • the intake piston 3 is released, and is displaced under the effect of the pressure in the compression chamber 8, which has the effect of displacing the piston of the cylinder VR1 in the compression direction of the actuating chamber CA1.
  • the pressurized fluid is transmitted to the ACC hydraulic accumulator.
  • the return chamber CRI of the cylinder VR1 is supplied by the pump to assist the charging of the accumulator ACC at constant or quasi-constant pressure.
  • the flywheel releases the stored energy.
  • the energy stored in the ACC accumulator will be consumed in a next phase when the exhaust piston returns.
  • Valves VI, V5 and V6 are open, the other valves are closed.
  • the return chamber CRI of the cylinder VR1 is fed by the pump P to return the intake piston 3 to the extreme open position and to allow a loading of material granular of the compression chamber 8.
  • the valves VI, V5, V7 are open, the other valves are closed.
  • the theoretical peak power is, for example, 16.15 kW then that the average power output of the exhaust piston is zero, its cycle being reversible, and that of the intake piston is 807 W.
  • the energy spent on a cycle to close the exhaust by the exhaust piston, or transfer the material through the intake piston, is 6.46 kJ, while the useful energy for the exhaust piston is zero, and that of admission is 3.23 kJ (transfer less expansion of the gas).
  • the theoretical minimum power installed is conventionally 32.3 kW, whereas, thanks to the invention, it can be 807 W, or 40 times lower, and the theoretical energy consumption by the installation according to the invention is 3.23 kJ instead of 12.9 kJ, a reduction of a factor of 4.
  • the cylinder of the exhaust piston is assisted by the low power pump.
  • the energy stored in the accumulator during a previous return phase makes it possible, with the assistance of the pump, to close the exhaust port through the exhaust piston.
  • the expansion energy of the gas in the compression chamber is recovered by the hydraulic accumulator and the cylinder VR1 of the intake piston is assisted by the pump to transfer the hydraulic fluid at constant pressure, while the The pressure of the gas decreases continuously, that of the pump increases inversely.
  • the pump needs a theoretical power of 16.15 kW for a total energy supplied of 3.23 kJ, and the pump is assisted by a flywheel which accumulates energy from the rotational speed of the pump during the entire cycle and restores it during the charging of the accumulator.
  • the valves or distributors have short maneuvering times in front of the duration of the phases which is for example between 0.4 s and 1 s, to avoid disturbing the cycle.
  • the maneuvering times are for example chosen less than 50 ms.
  • the distributors are preferably chosen to have load losses inducing a low power in front of the average useful power, and it is for example less than 0.1 MPa to 788 cc / s.
  • three distributors are generally passing in series in each phase.
  • the hydraulic pump driven by an electric motor preferably operates at a constant speed with no change in displacement, and therefore at constant speed. It is advantageously of the gear type, offering great reliability.
  • the electric motor is for example of the asynchronous type, powered by a frequency converter to best adjust the flow rate of the transfer pump and test around the point of operation.
  • the hydraulically controlled device comprises a double-acting jack such as the jack VR1, a hydraulic pump P connected to the actuating chamber CA1 of the jack VR1, an accumulator ACC connected to the actuating chamber CA1 and to the hydraulic pump P , a hydraulic fluid reservoir R connected to the pump P and to the return chamber CRI of the cylinder VRl.
  • a flywheel is mounted in line with the pump P. Valves are provided and control means for switching the valves and operating the pump P.
  • Valves or distributors are provided in the hydraulic lines to modify the connections during the operating phases.
  • the cylinder VRl is connected for example to the cabin of a hydraulic lift.
  • the pump P supplies the actuating chamber CA1 of the jack, which causes the piston of the jack to move in the direction of a Volume reduction of the CRI return chamber, moving the elevator car, CRI return chamber of the cylinder is connected to the tank R, ACC accumulator assists the hydraulic pump.
  • the cylinder piston moves in the direction of a reduction of the volume of the CA1 operating chamber, putting the hydraulic fluid into pressure.
  • the latter being connected to the accumulator ACC, the latter charges, advantageously with the assistance of the pump P to ensure a constant pressure charge of the accumulator ACC; the flywheel charged during the ascent phase assists the pump P.
  • the stored energy will be used in the next phase of ascent.
  • the present invention applies to any hydraulic control cyclic system.
  • the present invention is particularly suitable for operating a domestic hydraulic lift.
  • the invention makes it possible to considerably reduce the energy consumed, and the additional cost related to the present invention is quickly offset by the savings in installed power and energy consumed.
  • the present invention is also particularly suitable for robotic storage centers, in which loads are constantly displaced with zero altitude variations on average, in the long term, but important in the short term. Thanks to the invention, by storing energy in an accumulator during the descent phases, it can be used during the rising phases by assisting the control cylinders. The storage of this energy is assisted by the pump. During an elevation phase, the pump is assisted by the accumulator.
  • the implementation of a flywheel coupled to the pump allows to pass various hard points due to friction or end-of-stroke dampers.
  • the present invention also has the advantage of not having too much space compared to existing devices.

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Abstract

Dispositif à commande hydraulique comportant un vérin double effet (VR1) appliquant un effort dans une sens sur un élément extérieur dans une phase de fonctionnement, et recevant un effort dans un sens opposé dans une autre phase de fonctionnement, une pompe hydraulique (P), un volant d'inertie couplé à la pompe (P), un accumulateur hydraulique (ACC), un réservoir (R), le vérin (VR1) comportant un piston délimitant une chambre d'actionnement (CA1) et une chambre de retour (CR1), une connexion entre la chambre d'actionnement et la pompe (P), une connexion entre la chambre d'actionnement et l'accumulateur (ACC), une connexion entre la pompe (P) et le réservoir (R), une connexion entre la pompe (P) et l'accumulateur (ACC), une connexion entre la chambre de retour et le réservoir (R), ladite pompe (P) et les connexions étant commandées de sorte que lors d'une phase de fonctionnement, la pompe (P) alimente la chambre d'actionnement (CA1) de sorte qu'il applique un effort à l'élément extérieur et l'accumulateur (ACC) assiste la pompe (P), et lors d'une autre phase de fonctionnement lorsque le vérin reçoit une effort de l'extérieur, la chambre d'actionnement (CA1) charge l'accumulateur (ACC) et la chambre de retour est alimentée par le réservoir (R).

Description

DISPOSITIF A COMMANDE HYDRAULIQUE A CONSOMMATION ENERGETIQUE
OPTIMISEE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un dispositif à commande hydraulique à consommation énergétique optimisée.
Dans les dispositifs à commande hydraulique de l'état de la technique, on se préoccupe peu d'optimiser la puissance installée, celle-ci est en générale égale à la puissance crête, i.e. la puissance maximale requise lors du fonctionnement de l'installation, ce qui implique la mise en œuvre de composants ayant un prix de revient élevée.
Par exemple, un dispositif de transfert de granulats au moyen d'une pompe de transfert volumétrique de type à tiroir hydraulique est un exemple de dispositif à commande hydraulique dont la consommation énergétique peut être réduite. Les ascenseurs hydrauliques sont également un exemple de dispositif à commande hydraulique dont la consommation peut être réduite. En effet, ils présentent une très forte consommation énergétique qui limite leur développement.
EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif à commande hydraulique présentant une consommation énergétique optimisée.
Le but de la présente invention est atteint par un dispositif à commande hydraulique présentant un fonctionnement cyclique, da ns laquelle on réalise un stockage d'énergie permettant, sur un cycle, de lisser la puissance installée à la puissance moyenne avec une adaptation à la cinétique de variation des efforts. Le stockage d'énergie est d'une part un stockage potentiel, au moyen d'un accumulateur hydraulique pour les phases de cycle à effort constant, et d'autre part un stockage inertiel, par un volant d'inertie, pour les phases de cycle à effort variable.
En d'autres termes, on minimise la puissance installée, en la ramenant à la puissance moyenne. Pour cela on met en œuvre des moyens assurant un stockage intermédiaire d'énergie produite lors d'une phase de fonctionnement, l'énergie récupérée étant stockée de manière appropriée.
La commande met en œuvre un ou plusieurs vérins. Pendant des phases de fonctionnement adapté, le ou les vérins sont utilisés comme pompe hydraulique. Avantageusement le ou les vérins sont assistés par la pompe principale, pour charger l'accumulateur, ce qui permet encore d'optimiser la récupération d'énergie. Avantageusement la pompe est assistée par le volant d'inertie.
La présente invention s'applique à tout système cyclique à commande hydraulique. Elle est particulièrement adaptée à la réalisation d'une pompe transfert de matière granulaire, à la réalisation de monte-charge hydraulique, etc. et plus généralement à toute installation hydraulique à fonctionnement cyclique dans laquelle, lors d'une phase, le vérin exerce un effort et, lors d'une autre phase, le vérin reçoit un effort.
La présente invention a également pour objet un dispositif à commande hydraulique à fonctionnement cyclique comportant un premier vérin double effet apte à appliquer un effort dans un premier sens sur un élément extérieur dans une première phase de fonctionnement, et recevant un effort dans un deuxième sens opposé au premier sens dans une deuxième phase de fonctionnement, une pompe hydraulique, un volant d'inertie couplé à la pompe hydraulique de sorte à se charger au cours du fonctionnement de la pompe hydraulique, un accumulateur hydraulique, un réservoir de fluide hydraulique, le premier vérin comportant un premier piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un carter et délimitant dans ledit carter une première chambre d'actionnement et une première chambre de retour, une première connexion entre la première chambre d'actionnement et la pompe hydraulique, une deuxième connexion entre la première chambre d'actionnement et l'accumulateur hydraulique, une troisième connexion entre la pompe hydraulique et le réservoir de fluide hydraulique, une quatrième connexion entre la pompe hydraulique et l'accumulateur hydraulique, une cinquième connexion entre la première chambre de retour et le réservoir de fluide hydraulique, et des moyens de commande de ladite pompe hydraulique et desdites premières, deuxième, troisième, quatrième et cinquième connexions de sorte que lors de la première phase de fonctionnement, la pompe alimente la première chambre d'actionnement de sorte qu'il applique un effort à l'élément extérieur et l'accumulateur hydraulique assiste la pompe hydraulique, et lors de la deuxième phase de fonctionnement, la première chambre d'actionnement charge l'accumulateur hydraulique et la première chambre de retour est alimentée par le réservoir.
La présente invention a également pour objet un dispositif pompe à transfert à pistons à fonctionnement cyclique destiné à transférer un matériau granulaire entre une chambre d'admission et une chambre d'échappement, ledit dispositif comportant une chemise, dans laquelle sont aptes à coulisser un premier et un deuxième piston de manière étanche, lesdits premier et deuxième pistons délimitant entre eux une chambre de transfert, ladite chemise de transfert comportant un orifice d'admission en communication avec la chambre d'admission, et un orifice d'échappement en communication avec la chambre d'échappement, la pression dans la chambre d'échappement étant supérieure à celle dans la chambre d'admission, ledit premier piston étant apte à obturer l'orifice d'admission de manière étanche et le deuxième piston étant apte à obturé l'orifice d'échappement de manière étanche, ledit dispositif comportant un premier vérin double effet pour déplacer le premier piston dans un premier sens et dans un deuxième sens opposé au premier sens et un deuxième vérin double effet apte à déplacer le deuxième piston dans le premier sens et le deuxième sens, ledit dispositif comportant une pompe hydraulique, un volant d'inertie couplé à la pompe hydraulique de sorte à se charger au cours d'une partie du fonctionnement de la pompe hydraulique, un accumulateur hydraulique, un réservoir de fluide hydraulique. Le premier vérin double effet comporte un premier piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un premier carter et délimitant dans ledit premier carter une première chambre d'actionnement et une première chambre de retour. Le deuxième vérin double effet comportant un deuxième piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un deuxième carter et délimitant dans ledit deuxième carter une deuxième chambre d'actionnement et une deuxième chambre de retour. Le dispositif comporte une première connexion entre la première chambre d'actionnement et la pompe hydraulique, une deuxième connexion entre la première chambre d'actionnement et l'accumulateur hydraulique, une troisième connexion entre la pompe hydraulique et le réservoir de fluide hydraulique, une quatrième connexion entre la pompe hydraulique et l'accumulateur, une cinquième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement et la pompe hydraulique, une sixième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement et l'accumulateur hydraulique, une septième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement et la première chambre d'actionnement. Le dispositif comporte également des moyens de commande de la pompe et desdites premières, deuxième, troisième, quatrième, cinquième, sixième et septième connexions de sorte que lors d'une première phase, le premier piston est dans une position telle que l'orifice d'admission est ouvert et le deuxième piston et dans une position telle que l'orifice d'échappement est obturé, lors d'une deuxième phase la pompe hydraulique alimente la première chambre d'actionnement, le premier piston étant déplacé dans le premier sens obturant l'orifice d'admission, la pression dans le chambre de transfert augmentant, lors d'une troisième phase d'actionnement, la deuxième chambre d'actionnement alimente la première chambre d'actionnement, le premier et le deuxième piston étant déplacés dans le premier sens d'actionnement de sorte que l'orifice d'échappement s'ouvre, lors d'une quatrième phase d'actionnement la pompe hydraulique alimente la deuxième chambre d'actionnement et l'accumulateur hydraulique assiste la pompe hydraulique, le deuxième piston étant déplacé dans le deuxième sens de sorte à refermer l'orifice d'échappement, dans une cinquième phase d'actionnement, la première chambre d'actionnement charge l'accumulateur hydraulique, le premier piston étant déplacé dans le deuxième sens et dans une sixième phase d'actionnement, la pompe hydraulique alimente la première chambre de retour, le premier piston se déplaçant dans le deuxième sens jusqu'à ouvrir l'orifice d'admission.
De manière avantageuse, les moyens de commande sont tels que, lors de la troisième phase, la pompe hydraulique alimente la deuxième chambre de retour. La sixième connexion peut se faire à travers la pompe hydraulique.
Préférentiellement, l'accumulateur hydraulique est à pression quasi constante. L'accumulateur hydraulique est par exemple à ciel de gaz et présente une variation de volume du fluide hydraulique de l'ordre de 1% par rapport au volume de gaz.
Avantageusement, lors de la charge de l'accumulateur hydraulique, la pompe hydraulique assiste la chambre retour du premier vérin.
La pompe hydraulique est de préférence assistée par le volant d'inertie. Les variations de présence de rotation du volant d'inertie sont avantageusement limitées à +/- 2 %.
Le premier vérin double effet) et/ou le deuxième vérin double effet
(VR2) peuvent être à double tige.
L'élément extérieur est par exemple formé par une plateforme de transport de charge.
La présente invention a également pour objet un ascenseur hydraulique comportant un dispositif selon l'invention, et dans lequel l'élément extérieur est formé par une cabine d'ascenseur.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins sur lesquels :
- les figures 1A à 1F sont des représentations schématiques d'un dispositif pompe de transfert de granulat à commande hydraulique mettant en œuvre la présente invention dans différents stades de fonctionnement,
- les figures 2A à 2E sont de représentations synthétiques des différents stades de fonctionnement des figures 1A à 1F,
- la figure 3 est une représentation schématique d'un vérin double effet mis en œuvre dans la présente invention,
- la figure 4 est une représentation schématique du circuit hydraulique du dispositif des figures 1A à 1F, - la figure 5 est une représentation schématique d'un dispositif à commande hydraulique à un seul vérin mettant en œuvre l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'invention va être expliquée en décrivant en détail un dispositif de transfert de granulat mettant en œuvre la présente invention, mais il sera compris que la présente invention s'applique à d'autres systèmes selon l'invention.
Sur la figures 1A à 1F, on peut voir un dispositif pompe de transfert de type à pistons mettant en œuvre l'invention. Ce dispositif est destiné au transfert de matière solide granulaire entre deux chambres sous pression différente.
On précise ici que l'on comprend que, dans le contexte de l'invention, le terme « granulaire » désigne le fait que la matière solide à transférer est sous forme de particules ou grains, de granulométrie variable ou non et de dimensions submillimétriques, millimétriques ou centimétriques et qui peut être plus ou moins mélangée à un liquide.
Par exemple, la matière solide granulaire peut être de la biomasse, i.e. tout matériau inhomogène d'origine biologique, qui peut être quasi-sec, comme les résidus de scierie ou la paille, ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers. De granulométrie variable, son transport s'avère problématique. Or, au vu de la valorisation de la biomasse qui est de plus en plus d'actualité, voire imposée, telle que par exemple pa r conversion thermochimique, le transport de cette matière solide se généra lise et doit répondre à des critères exigeants, comme l'absence de pertes, et ce da ns des conditions de coût optimales. Les particules solides de la biomasse sont des poudres ou des copeaux, par exemple des particules cellulosiques, telles des fins copeaux de végétaux, comme du bois.
Tel que représenté sur la figure 1A, le dispositif 1 de transfert permet de transférer de la matière solide sous forme granulaire, telle que de la biomasse dont les particules sont de granulométrie variable, depuis une chambre d'admission 5 sous pression atmosphérique à une cha mbre d'échappement 6 sous une pression par exemple de l'ordre de 30 bars. Cette chambre d'échappement 6 forme par exemple directement une chambre d'alimentation d'un réacteur de gazéification ou est reliée à un système distinct d'alimentation du réacteur, tel qu'un système de vis sans fin.
Dans l'exemple représenté, le dispositif 1 comprend tout d'abord un carter formé par une chemise tubulaire 2 percée de deux orifices 20, 21 dont l'un d'admission 20 est en communication avec la chambre d'admission 5 et l'autre d'échappement 21 est en communication avec la chambre d'échappement 6. La chemise 2 comprend en outre un troisième orifice, dit orifice d'équilibrage 22 dont la fonction sera expliquée ci-après. Dans le mode de réalisation illustré, l'orifice d'admission 20 et l'orifice d'équilibrage 22 sont diamétralement opposés à celui d'échappement 21. En outre, l'orifice d'équilibrage 22 est en regard de celui d'échappement 21, et plus précisément au droit du bord de l'orifice d'échappement 21 le plus proche de l'admission. La chemise 2 peut être réalisée avantageusement en acier inoxydable chromé dur en interne.
A l'intérieur de la chemise tubulaire 2, sont montés coulissants deux pistons 3, 4 en étant tête bêche, c'est-à-dire avec leur surface de compression respective 30, 40 en regard l'une de l'autre. Les deux pistons 3, 4 sont mécaniquement indépendants et se déplacent durant tout un cycle de fonctionnement dans la même direction, c'est-à- dire suivant le même axe de coulissement, comme illustré aux figures 1A à 1F. Les pistons identiques 3, 4 peuvent être réalisés avantageusement en alliage léger chromé dur.
Le piston d'admission 3 est apte à se déplacer entre sa position extrême d'ouverture dans laquelle il dégage au moins partiellement l'orifice d'admission 20 et sa position extrême de fermeture dans laquelle il obture l'orifice d'admission 20 tout en laissant au moins partiellement l'orifice d'échappement 21 dégagé. Dans le mode de réalisation illustré, le piston d'admission dégage complètement l'orifice d'admission dans sa position extrême d'ouverture (figure 1A) et il a atteint le bord de l'orifice d'échappement dans sa position extrême de fermeture (figure 1D).
Par orifice dégagé, on entend qu'une communication fluidique est établie entre l'orifice et l'intérieur 8 de la chemise 2.
Le piston d'échappement 4, quant à lui est apte de se déplacer entre sa position extrême de fermeture dans laquelle il obture l'orifice d'échappement 21 tout en laissant l'orifice d'admission 20 dégagé et une position extrême d'ouverture dans laquelle il dégage au moins partiellement l'orifice d'échappement 20. Dans le mode de réalisation illustré, le piston d'échappement 4 obture l'orifice d'échappement 21 en étant à proximité immédiate de son bord le plus proche de l'admission 20 dans sa position extrême de fermeture (figure 1A) et il dégage complètement l'orifice d'échappement 21 en étant à proximité immédiate de son bord le plus éloigné de l'admission 20 dans sa position extrême d'ouverture (figure 1D).
Les pistons coulissent de manière étanche dans la chemise. Par exemple, des segments 7 sont prévus à la périphérie en bout des pistons, c'est-à-dire disposés à la périphérie des pistons et à proximité de la surface de compression 30, 40 respective, pour assurer l'étanchéité axiale : ils sont ainsi en contact permanent avec la surface interne de la chemise 2 lors du coulissement des pistons 3, 4. Tous les segments 7 sont de préférence identiques entre eux et de type autolubrifiant. Ce sont avantageusement des segments métalliques avec du Bronze, tel que du Ferro-bronze et de préférence de forme torique.
Par ailleurs, dans l'exemple représenté, les pistons 3, 4 sont taraudés intérieurement en leur fond 31, 41 pour recevoir par vissage leur tige de déplacement non représentée.
Le piston d'admission 3 et le piston d'échappement 4 sont déplacés chacun au moyen d'un vérin double effet VRl, VR2 respectivement. Le vérin VRl est schématisé sur la figure 3. Le vérin VR2 est de réalisation similaire à celle du vérin VRl. De préférence, les vérins sont à double tige. Ces vérins permettent de symétriser le fonctionnement et simplifient la transmission d'énergie. Lé vérin VRl comporte un piston 72 monté à coulissement étanche entre deux chambres, un chambre d'actionnement CA1 et une chambre retour CRI, chacune des chambres étant connectée à une pompe hydraulique et un réservoir de fluide hydraulique, des vannes sont prévues pour assurer l'une ou l'autre des connexions. Une tige de déplacement 74 est fixée par une extrémité longitudinale au piston 72 et une autre extrémité longitudinale de la tige 74 est fixée au piston d'admission 3 au moyen du taraudage réalisé dans le fond 31. Une tige de déplacement du vérin à double effet VR2 est connectée au piston d'échappement 4. Les deux vérins VR1 et VR2 sont connectés de préférence à la même pompe hydraulique et au même réservoir de fluide hydraulique. Mais une commande hydraulique comportant deux pompes hydrauliques connectées chacune à un vérin ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur la figure 4, on peut voir représenté un schéma hydraulique d'un exemple d'une commande selon l'invention.
La commande comporte le vérin VR1, le vérin VR2, la pompe hydraulique P, le réservoir R couramment appelé "bâche" et l'accumulateur hydraulique ACC. Des vannes commandables VI à V12 sont prévues et sont commutées pour modifier les connexions entre les différents éléments de la commande.
La chambre d'actionnement CA1 du vérin VR1 est connectée à l'entrée de la pompe P, à la sortie de la pompe P, à l'accumulateur ACC et au réservoir.
La chambre retour CRI du vérin VR1 est connectée à la sortie de la pompe P et au réservoir R.
La chambre d'actionnement CA2 du vérin VR2 est connectée à la sortie de la pompe P et à la chambre d'actionnement du vérin VR1.
La chambre retour CR2 du vérin VR2 est connectée à la sortie de la pompe P et au réservoir R.
L'espace délimité entre le piston d'admission 3 et le piston d'échappement 4 est donc une chambre 8 à volume variable servant à la fois de chambre d'admission du gaz et de la matière solide granulaire depuis la chambre d'admission 5, de compression du gaz jusqu'à la pression de l'échappement 6, et de chambre d'échappement du gaz comprimé et de la matière solide granulaire vers la chambre d'échappement 6. Cette chambre 8 à volume variable est dite chambre de compression.
Dans le mode de réalisation illustré, la communication fluidique entre la chambre d'admission 5 et la chambre de compression 8, lorsque l'orifice d'admission est dégagé, est assurée par une trémie d'admission 50. De même, la communication entre la chambre de compression 8 et la chambre d'échappement 6 est assurée par une trémie d'échappement 60. Comme montré, ces trémies 50, 60 forment chacune une tubulure 51, 61 apte à s'ajuster autour de la chemise tubulaire. En outre, la tubulure d'échappement 61 délimite intérieurement une quatrième chambre 62, dite chambre d'équilibrage, en communication fluidique avec l'orifice d'équilibrage 22 lorsqu'emmanchée autour de la chemise tubulaire 2. Pour le montage des tubulures 51, 61, on peut prévoir de réaliser une étanchéité, par exemple au moyen de joints de type torique 70 et de les bloquer axialement le long de la chemise tubulaire 2, de préférence par des vis pointeau non montrées. Les trémies 50, 60 et tubulures 51, 61 sont de préférence en acier inoxydable.
Tel que représenté, pour réaliser le transfert de la matière solide granulaire le moins consommateur d'énergie, le dispositif selon l'invention 1 est en configuration horizontale installée, c'est-à-dire avec la chemise tubulaire 2 agencée sensiblement à l'horizontal, les trémies 50, 60 agencées sensiblement à la verticale avec l'orifice d'admission 20 vers le haut et l'orifice d'échappement 21 vers le bas. Une telle configuration du dispositif selon l'invention 1 permet un écoulement par gravité de la matière solide granulaire à la fois à l'admission, c'est-à-dire entre la chambre d'admission 5 et la chambre de compression 8, et à l'échappement, c'est-à-dire entre la chambre de compression 8 et la chambre d'échappement 6.
En outre, selon l'invention, l'installation comporte des moyens de stockage d'énergie potentielle, produite par le piston d'admission 3 lors de détente du piston d'admission, après la fermeture de l'orifice d'échappement 21. Ces moyens de stockage sont formés par un accumulateur hydraulique. De préférence il s'agit d'un accumulateur à pression constante.
Avantageusement, il s'agit d'un accumulateur hydraulique à ciel de gaz. Dans le mode préféré mettant en œuvre un accumulateur à pression constante ou quasi- constante, la charge de celui-ci est assistée par la pompe hydraulique pour obtenir une charge à pression constante.
De préférence, le volume de fluide hydraulique transitant par l'accumulateur à chaque cycle est faible, par exemple de l'ordre 1 %, devant le volume de gaz de pressurisation de l'accumulateur, ce qui permet d'optimiser la restitution d'énergie et la constance de la pression.
De manière préférée, un volant d'inertie (non représenté) est monté sur l'arbre de la pompe, ce volant d'inertie stockant de l'énergie pendant tout le fonctionnement de la pompe hydraulique sauf lors de la cha rge de l'accumulateur, lors de laquelle il libère son énergie pour assister la pompe hydraulique et permettre une charge à pression constante de l'accumulateur.
De préférence le volant d'inertie est à fréquence constante ou quasi- constante, les variations de fréquence de rotation du volant d'inertie étant limitées à +/- 2 %.
En outre selon l'invention, une connexion hydraulique commandable Cl entre la chambre d'actionnement CA2 du vérin VR2 actionnant le piston d'échappement 4 et la chambre d'actionnement CAl du vérin VRl actionnant le piston d'admission 3 est prévue.
Les étapes d'un cycle de fonctionnement du dispositif 1 selon l'invention vont maintenant être expliquées avec les figures 1A à 1F et 2A à 2E.
I nitialement, la chambre de compression 8 est chargée en matière granulaire. Les vannes VI et V2 sont ouvertes, les autres vannes sont fermées. Les pistons 3 et 4 sont immobiles. Le piston d'admission 3 est dans sa position extrême d'ouverture, et le piston d'échappement 4 est dans sa position extrême de fermeture et la matière solide granulaire s'écoule par gravité depuis la chambre d'admission 5 dans la chambre de compression 8 à l'intérieur de la chemise tubulaire 2 (figure 1A). La pression de la chambre de compression 8 est alors égale à celle de la chambre d'admission 5, soit sensiblement la pression atmosphérique.
Lors d'une étape suivante (figure 1B, 1C et 2A), la chambre d'actionnement cAl du vérin Cl est alimentée par la pompe hydraulique et la chambre retour est connectée au réservoir R, ce qui provoque le déplacement du piston d'admission 3 vers le piston d'échappement 4 qui est maintenu dans sa position extrême de fermeture. Le piston d'admission 3 obture da ns un premier temps l'orifice d'admission
20. Les vannes VI, V4 et V8 sont ouvertes, les autres vannes sont fermées.
Du fait du déplacement du piston d'admission 3 vers le piston d'échappement 4, la pression du gaz dans la chambre 8 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne sensiblement celle dans la chambre d'échappement 6. La montée en pression est possible car les pistons 3, 4 coulissent de manière étanche. Lors de cette montée en pression dans la chambre 8 (figures 1B et 1C), le piston d'admission 3 pousse également la matière solide granulaire présente dans la chambre 8 qui était étalée sur le fond de chemise 2 lors de l'admission.
Dans une étape suivante (figures 1D et 2B), le piston d'échappement 4 est libéré. La connexion Cl est commandée de sorte à mettre en communication la chambre d'actionnement CA2 du vérin VR2 et la chambre d'actionnement du vérin VR1. En outre, la chambre retour CR2 du vérin VR2 est alimentée par la pompe et la chambre retour CRI de vérin VR1 est connectée au réservoir. Les vannes VI, Vil, VIO et V8 sont ouvertes, les autres vannes sont fermées. Dans cette phase, du fait de l'augmentation de pression de gaz dans la chambre de compression 8 générée par le déplacement du piston d'admission 3 et la libération du piston d'échappement 4, le piston d'échappement 4 se déplace sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de compression 8, déplaçant le piston du vérin VR2 dans le sens de réduction du volume de la chambre d'actionnement CA2 du vérin VR2, ce qui a pour effet d'augmenter la pression dans la chambre d'actionnement CA2 de vérin VR2. Ce fluide sous pression est transmis à la chambre d'actionnement CA1 du vérin VR1 par la connexion Cl. Ce fluide sous pression déplace le piston du vérin VR1 dans le sens de déplacement aller du piston d'admission 3. Avantageusement, la pompe alimente la chambre retour CR2 du vérin VR2 pour compenser les pertes de charge et fournir une pression suffisante pour le déplacement du piston d'admission 3.
Dans cette étape, toute la matière solide granulaire est évacuée par la trémie d'échappement 60. Cette évacuation se fait à la fois par écoulement gravitaire et par le volume de gaz à la pression d'échappement contenu dans la chambre d'équilibrage 62 emprisonnée au préalable par la fermeture du piston d'échappement 4 et libéré par l'orifice d'équilibrage 22 lors de son dégagement. On a symbolisé par une flèche verticale vers le bas en figure 1D le sens de poussée du gaz supplémentaire présent dans la chambre d'équilibrage 62 qui chasse donc les particules solides. Ainsi, on s'assure à coup sûr d'une évacuation totale de la matière solide granulaire présente dans la chambre 8 et avantageusement à une vitesse augmentée qui permet d'augmenter la fréquence d'un cycle complet de fonctionnement du dispositif 1. On procède alors à la phase retour du cycle.
Lors de la phase retour, le piston d'échappement 4 est déplacé de sorte à refermer l'orifice d'échappement 21; la chambre d'actionnement CA2 du vérin VR2 est alimentée par l'accumulateur hydraulique ACC avec l'assistance de la pompe P. La chambre retour CR2 du vérin VR2 est connectée au réservoir. Ce déplacement du vérin d'échappement 6 a pour effet de fermer l'orifice d'échappement et de comprimer le gaz dans la chambre de compression 8, le piston d'admission 3 étant immobilisé. Les vannes V3, V9 et V12 sont ouvertes et les autres vannes sont fermées (figure 2C).
Lors d'une étape suivante (figure 2D), le piston d'admission 3 est libéré, et est déplacé sous l'effet de la pression régnant dans la chambre de compression 8, ce qui a pour effet de déplacer le piston du vérin VR1 dans le sens de compression de la chambre d'actionnement CA1. Le fluide sous pression est transmis à l'accumulateur hydraulique ACC. De préférence, la chambre retour CRI du vérin VR1 est alimentée par la pompe pour assister le chargement de l'accumulateur ACC à pression constante ou quasi- constante. Ainsi, alors que la pression de gaz dans la chambre d'échappement 8 décroît continûment, la pression fournie par la pompe à la chambre retour CRI du vérin VR1 croît de manière inverse. De manière très avantageuse, lors de cette assistance fournie par la pompe, le volant d'inertie libère l'énergie stockée. L'énergie stockée dans l'accumulateur ACC sera consommée dans une phase suivante lors du retour du piston d'échappement. Les vannes VI, V5 et V6 sont ouvertes, les autres vannes sont fermées.
Lors d'une étape suivante (figures 1E, 1F et 2E), la chambre retour CRI du vérin VR1 est alimentée par la pompe P pour ramener le piston d'admission 3 en position extrême d'ouverture et permettre à nouveau un chargement en matière granulaire de la chambre de compression 8. Les vannes VI, V5, V7 sont ouvertes, les autres vannes sont fermées.
A titre d'illustration des effets de l'invention, nous allons donner un exemple numérique des différentes puissances et énergies pouvant être mises en jeu pendant les différentes étapes de fonctionnement:
Pour manœuvrer sous 30 Bar et sur ½ de Hertz le piston d'admission ou le piston d'échappement, la puissance crête théorique est par exemple de 16,15 kW alors que la puissance utile moyenne du piston d'échappement est nulle, son cycle étant réversible, et celle du piston d'admission est de 807 W. L'énergie dépensée sur un cycle pour fermer l'échappement par le piston d'échappement, ou transférer la matière par le piston d'admission, est de 6.46 kJ, alors que l'énergie utile pour le piston d'échappement est nulle, et celle d'admission est de 3,23 kJ (transfert moins détente du gaz). La puissance théorique minimale installée est classiquement de 32,3 kW alors que, grâce à l'invention elle peut être lieu de 807 W, soit 40 fois plus faible, et la consommation théorique d'énergie par l'installation selon l'invention est de 3,23 kJ au lieu 12,9 kJ, soit une réduction d'un facteur 4.
Lors de l'étape d'ouverture de la lumière d'échappement par le piston d'échappement, celui-ci fournit une énergie de 6,46 kJ avec une force de 88,8 kN permettant de manœuvrer le piston d'admission lors du transfert concomitant de la matière, le piston d'admission agissant avec la même force et consommant la même énergie. Pour compenser les diverses irréversibilités, le vérin du piston d'échappement est assisté par la pompe sous faible puissance.
En phase de retour, l'énergie stockée dans l'accumulateur lors d'une phase retour précédente permet, avec l'assistance de la pompe, de fermer la lumière d'échappement par le piston d'échappement.
En phase de retour, l'énergie de détente du gaz dans la chambre de compression est récupérée par l'accumulateur hydraulique et le vérin VR1 du piston d'admission est assisté par la pompe pour transférer le fluide hydraulique à pression constante, alors que la pression du gaz décroît continûment, celle de la pompe croissant de manière inverse. A la fin de cette phase, le gaz étant complètement détendu, la pompe a besoin d'une puissance théorique de 16,15 kW pour une énergie totale fournie de 3,23 kJ, et la pompe est assistée par un volant d'inertie qui accumule de l'énergie de la vitesse de rotation de la pompe pendant tout le cycle et la restitue lors de la charge de l'accumulateur.
De préférence, les vannes ou distributeurs présentent des temps de manœuvre courts devant la durée des phases qui est par exemple comprise entre 0,4 s et 1 s, pour éviter de perturber le cycle. Les temps de manœuvre sont par exemple choisis inférieurs à 50 ms. En outre, les distributeurs sont choisis de préférence pour présenter des pertes de charge induisant une puissance faible devant la puissance moyenne utile, et elle est par exemple inférieure à 0,1 MPa à 788 cc/s. Dans l'exemple de la figure 5, trois distributeurs sont généralement passant en série dans chaque phase.
La pompe hydraulique entraînée par un moteur électrique fonctionne de préférence à vitesse constante sans variation de cylindrée, et donc à débit constant. Elle est avantageusement de type à engrenages, offrant une grande fiabilité.
Le moteur électrique est par exemple de type asynchrone, alimenté par un variateur de fréquence permettant d'ajuster au mieux le débit de la pompe transfert et de la tester autour du point de fonctionnement.
Dans ce mode de réalisation, en transférant l'énergie produite par la déplacement du piston d'échappement lors de la phase de transfert au piston d'admission et l'énergie produite par le piston d'admission au piston d'échappement pendant la phase retour, on réduit considérablement l'énergie consommée.
Sur la figure 5, on peut voir un autre mode de réalisation de la présente invention mettant en œuvre un seul vérin, et pouvant par exemple être mis en œuvre dans un ascenseur hydraulique.
Le dispositif à commande hydraulique comporte un vérin à double effet tel que le vérin VRl, une pompe hydraulique P connectée à la chambre d'actionnement CA1 du vérin VRl, un accumulateur ACC connectée à la chambre d'actionnement CA1 et à la pompe hydraulique P, un réservoir de fluide hydraulique R connecté à la pompe P et à la chambre de retour CRI du vérin VRl. Un volant d'inertie est monté en ligne avec la pompe P. Des vannes sont prévues et des moyens de commande pour commuter les vannes et actionner la pompe P.
Des vannes ou distributeurs (non représentés) sont prévus dans les lignes hydrauliques pour modifier les connexions au cours des phases de fonctionnement.
Le vérin VRl est relié par exemple à la cabine d'un ascenseur hydraulique.
En phase d'ascension, la pompe P alimente la chambre d'actionnement CA1 du vérin, ce qui provoque le déplacement du piston du vérin dans le sens d'une réduction de volume de la chambre retour CRI, déplaçant la cabine d'ascenseur, la chambre de retour CRI du vérin est connectée au réservoir R, l'accumulateur ACC assiste la pompe hydraulique.
En phase de descente, sous l'effet du poids de la cabine, le piston de vérin se déplace dans le sens d'une réduction du volume de la chambre d'actionnement CA1, mettant en pression le fluide hydraulique. Celle-ci étant connectée à l'accumulateur ACC, celui-ci se charge, avantageusement avec l'assistance de la pompe P afin d'assurer une charge à pression constante de l'accumulateur ACC; le volant d'inertie qui s'est chargée pendant la phase d'ascension assiste la pompe P. L'énergie ainsi stockée sera utilisé dans la prochaine phase d'ascension.
La présente invention s'applique à tout système cyclique à commande hydraulique.
Par exemple, la présente invention est particulièrement adaptée à l'actionnement d'un ascenseur hydraulique domestique. L'invention permet de réduire considérablement l'énergie consommée, et le coût supplémentaire lié à la présente invention est rapidement compensé par les économies de puissance installée et d'énergie consommée.
La présente invention est également particulièrement adaptée à des centres de stockage robotisés, dans lesquels des charges sont constamment déplacées avec des variations d'altitude nulles en moyenne, sur le long terme, mais importantes sur le court terme. Grâce à l'invention, en stockant de l'énergie dans un accumulateur pendant les phases de descente, celle-ci peut être utilisée pendant les phases de montée en assistant les vérins de commande. Le stockage de cette énergie est assisté par la pompe. Lors d'une phase d'élévation, la pompe est assistée par l'accumulateur. La mise en œuvre d'un volant d'inertie couplé à la pompe permet de passer divers points durs dus aux frottements ou aux amortisseurs de fin de course.
La présente invention offre également l'avantage de ne pas présenter un encombrement trop important par rapport aux dispositifs existants.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif à commande hydraulique à fonctionnement cyclique comportant un premier vérin double effet (VRl) apte à appliquer un effort dans un premier sens sur un élément extérieur dans une première phase de fonctionnement, et recevant un effort dans un deuxième sens opposé au premier sens dans une deuxième phase de fonctionnement, une pompe hydraulique (P), un volant d'inertie couplé à la pompe hydraulique (P) de sorte à se charger au cours du fonctionnement de la pompe hydraulique (P), un accumulateur hydraulique (ACC), un réservoir de fluide hydraulique (R), le premier vérin (VRl) comportant un premier piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un carter et délimitant dans ledit carter une première chambre d'actionnement (CAl) et une première chambre de retour (CRI), une première connexion entre la première chambre d'actionnement (CAl) et la pompe hydraulique (P), une deuxième connexion entre la première chambre d'actionnement (CAl) et l'accumulateur hydraulique (ACC), une troisième connexion entre la pompe hydraulique (P) et le réservoir de fluide hydraulique (R), une quatrième connexion entre la pompe hydraulique (P) et l'accumulateur hydraulique (ACC), une cinquième connexion entre la première chambre de retour (CRI) et le réservoir de fluide hydraulique (R), et des moyens de commande de ladite pompe hydraulique (P) et desdites première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième connexions de sorte que lors de la première phase de fonctionnement, la pompe (P) alimente la première chambre d'actionnement (CAl) de sorte qu'il applique un effort à l'élément extérieur et l'accumulateur hydraulique (ACC) assiste la pompe hydraulique (P), et lors de la deuxième phase de fonctionnement, la première chambre d'actionnement (CAl) (VRl) charge l'accumulateur hydraulique (ACC) et la première chambre de retour (CRI) est alimentée par le réservoir (R).
2. Dispositif pompe à transfert à pistons à fonctionnement cyclique destiné à transférer un matériau granulaire entre une chambre d'admission (5) et une chambre d'échappement (6), ledit dispositif comportant une chemise (2), dans laquelle sont aptes à coulisser un premier (3) et un deuxième (4) piston de manière étanche, lesdits premier (3) et deuxième (4) pistons délimitant entre eux une chambre de transfert (8), ladite chemise de transfert (8) comportant un orifice d'admission en communication avec la chambre d'admission (5), et un orifice d'échappement en communication avec la chambre d'échappement (6), la pression dans la chambre d'échappement (6) étant supérieure à celle dans la chambre d'admission (5), ledit premier piston (3) étant apte à obturer l'orifice d'admission de manière étanche et le deuxième piston (4) étant apte à obturé l'orifice d'échappement de manière étanche, ledit dispositif comportant un premier vérin double effet (VR1) pour déplacer le premier piston (3) dans un premier sens et dans un deuxième sens opposé au premier sens et un deuxième vérin double effet (VR2) apte à déplacer le deuxième piston (4) dans le premier sens et le deuxième sens, ledit dispositif comportant une pompe hydraulique (P), un volant d'inertie couplé à la pompe hydraulique (P) de sorte à se charger au cours d'une partie du fonctionnement de la pompe hydraulique (P), un accumulateur hydraulique (ACC), un réservoir de fluide hydraulique (R),
le premier vérin double effet (VR1) comportant un premier piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un premier carter et délimitant dans ledit premier carter une première chambre d'actionnement (CA1) et une première chambre de retour (CRI),
le deuxième vérin double effet (VR2) comportant un deuxième piston d'actionnement apte à coulisser de manière étanche dans un deuxième carter et délimitant dans ledit deuxième carter une deuxième chambre d'actionnement (Ca2) et une deuxième chambre de retour (CR2),
ledit dispositif comportant une première connexion entre la première chambre d'actionnement et la pompe hydraulique (P), une deuxième connexion entre la première chambre d'actionnement et l'accumulateur hydraulique (ACC), une troisième connexion entre la pompe hydraulique (P) et le réservoir de fluide hydraulique (R), une quatrième connexion entre la pompe hydraulique (P) et l'accumulateur (ACC), une cinquième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement (CA2) et la pompe hydraulique (P), une sixième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement (CA2) et l'accumulateur hydraulique (ACC), une septième connexion entre la deuxième chambre d'actionnement (CA2) et la première chambre d'actionnement (CAl),
ledit dispositif comportant également des moyens de commande de la pompe et desdites premières, deuxième, troisième, quatrième, cinquième, sixième et septième connexions de sorte que lors d'une première phase, le premier piston (3) est dans une position telle que l'orifice d'admission est ouvert et le deuxième piston (4) et dans une position telle que l'orifice d'échappement est obturé, lors d'une deuxième phase la pompe hydraulique (P) alimente la première chambre d'actionnement, le premier piston (3) étant déplacé dans le premier sens obturant l'orifice d'admission, la pression dans le chambre de transfert (8) augmentant, lors d'une troisième phase d'actionnement, la deuxième chambre d'actionnement (CA2) alimente la première chambre d'actionnement (CAl), le premier (3) et le deuxième (4) piston étant déplacés dans le premier sens d'actionnement de sorte que l'orifice d'échappement s'ouvre, lors d'une quatrième phase d'actionnement la pompe hydraulique (P) alimente la deuxième chambre d'actionnement (CA2) et l'accumulateur hydraulique (ACC) assiste la pompe hydraulique (P), le deuxième piston (4) étant déplacé dans le deuxième sens de sorte à refermer l'orifice d'échappement, dans une cinquième phase d'actionnement, la première chambre d'actionnement charge l'accumulateur hydraulique (ACC), le premier piston (3) étant déplacé dans le deuxième sens et dans une sixième phase d'actionnement, la pompe hydraulique (P) alimente la première chambre de retour, le premier piston (3) se déplaçant dans le deuxième sens jusqu'à ouvrir l'orifice d'admission.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de commande sont tels que, lors de la troisième phase, la pompe hydraulique (P) alimente la deuxième chambre de retour (CR2).
4 Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la sixième connexion se fait à travers la pompe hydraulique (P).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, l'accumulateur hydraulique (ACC) étant à pression quasi constante.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, l'accumulateur hydraulique (ACC) est à ciel de gaz et présente une variation de volume du fluide hydraulique de l'ordre de 1% par rapport au volume de gaz.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel, lors de la charge de l'accumulateur hydraulique (ACC), la pompe hydraulique (P) assiste la chambre retour du premier vérin (VR1).
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel, la pompe hydraulique (P) est assistée par le volant d'inertie.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les variations de présence de rotation du volant d'inertie sont limitées à +/- 2 %.
10. I nstallation ou dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier vérin double effet (VR1) et/ou le deuxième vérin double effet (VR2) sont à double tige.
11. Monte-charge hydraulique comportant un dispositif selon l'une des revendications 1, 5 à 10 en combinaison avec la revendication 1, et dans lequel l'élément extérieur est formé par une plateforme de transport de charge.
12. Ascenseur hydraulique comportant un dispositif selon l'une des revendications 1, 5 à 10 en com binaison avec la revendication 1, et da ns lequel l'élément extérieur est formé par une cabine d'ascenseur.
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