FR2895038A1

FR2895038A1 - Systeme hydraulique.

Info

Publication number: FR2895038A1
Application number: FR0513073A
Authority: FR
Inventors: Stefan Klotz; Gerard Hamel; Joel Frelat
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Pierre et Marie Curie Paris 6
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-06-22
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: FR2895038B1; US8127661B2; EP1979627A2; US20090091090A1; WO2007074282A3; EP1979627B1; WO2007074282A2

Abstract

La présente invention concerne un système hydraulique (1) comportant :- une chambre de compression (8) pouvant être soumise à la pression d'un fluide hydraulique,- un piston (10) mobile dans la chambre de compression (8) selon un axe (Z),- au moins un joint d'étanchéité (30) disposé entre le piston (10) et une paroi de la chambre de compression (8), avec une position axiale qui varie circonférentiellement autour de l'axe (Z), de façon à compenser des contraintes non axisymétriques induites par la pression du fluide.

Description

La presente invention concerne les systemes hydrauliques et plus

particulierement ceux operant avec des pressions de fluide relativement elevees, par exemple superieures ou egales a 100 MPa. L'invention concerne plus particulierement les systemes hydrauliques comportant : - une chambre de compression pouvant are soumise A. la pression d'un fluide hydraulique, - un piston mobile dans la chambre de compression selon un axe, - au moms un joint d'etancheite dispose entre le piston et une paroi de la 10 chambre de compression. La pression du fluide hydraulique dans la chambre de compression permet de soumettre le piston a une force qui peut titre utilisee pour le deplacer. Dans certains domaines d'application, pour des raisons d'encombrement et de poids, le systeme hydraulique doit titre compact et presenter une capacite elevee par 15 rapport a sa masse et ses dimensions. Un systeme hydraulique compact peut notamment verifier rl >_1 tn.kg-312, avec fl=Cm 3i2, ou C est la capacite (en tonnes) et m la masse (en kg). La construction des systemes hydrauliques compacts est relativement difficile car le systeme hydraulique doit a la fois accepter une pression elevee du fluide sans pour 20 autant que la resistance a cette pression se false au detriment de son poids et de ses dimensions. Ainsi, la pression maximale du fluide n'est pas aussi elevee que souhaitable dans les systemes hydrauliques compacts connus, sous peine d'entrainer une deformation de la chambre de compression avec un risque de fuite de fluide hydraulique, par exemple 25 due a la defaillance du joint d'etancheite par extrusion entre le piston et la paroi de la chambre de compression. Une amelioration apportee aux systemes hydrauliques compacts a consiste a minimiser les deformations du systeme hydraulique au niveau du joint d'etancheite en donnant une forme particuliere a la chambre de compression. Ces systemes hydrauliques 30 sont qualifies d'auto-compenses. Une presse auto-compensee est divulguee dans le brevet europeen EP 0 509 928. Cette presse comporte quatre tirants pour supporter le plateau contre lequel le piston s'applique, de fawn a ce que les contraintes induites par les tirants soient axisymetriques. Un inconvenient d'une telle presse est la moindre accessibilite a sa region centrale, compte tenu de 1'angle d'ouverture entre les tirants vu depuis 1'axe de celle-ci.

Les presses A. deux tirants offrent un acces plus grand mais elles sont limitees en pression du fait de la deformation de la partie de base sous 1'effet de la reaction des tirants sous charge, qui induit des contraintes non axisymetriques. Par ailleurs, it peut s'averer souhaitable, pour certaines applications, de beneficier de systemes hydrauliques dans lesquels la paroi de la chambre de compression presente une resistance, notamment une epaisseur, non constante et/ou dans lesquels le piston ne presente pas une section transversale symetrique de revolution mais aplatie. Cela peut permettre par exemple de realiser des verins ayant une moindre epaisseur. Or, avec de tels pistons, les forces qui s'exercent sur la paroi de la chambre de 15 compression sont non axisymetriques, ce qui peut a partir d'une certaine pression de fluide, la deformer et entraver le fonctionnement correct du systeme hydraulique. L'invention vise a proposer un systeme hydraulique perfectionne permettant de remedier a tout ou partie des inconvenients mentionnes ci-dessus. L'invention s'applique plus particulierement mais non exclusivement aux 20 systemes hydrauliques compacts. L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un systeme hydraulique comportant : - une chambre de compression pouvant titre soumise a la pression d'un fluide hydraulique, 25 - un piston mobile dans la chambre de compression selon un axe, - au moms un joint d'etancheite dispose entre le piston et une paroi de la chambre de compression, avec une position axiale qui vane circonferentiellement autour de 1'axe de fawn a compenser des contraintes non axisymetriques induites par la pression du fluide. 30 Une telle compensation permet de reduire la tendance de la paroi de la chambre de compression a s'ovaliser, en augmentant localement la force exercee par le fluide sur la paroi pour s'opposer aux contraintes qui tendent a la deformer.

La chambre de compression peut titre definie dans une partie de base du systeme hydraulique et celui-ci peut comporter un plateau relie par deux tirants A. la partie de base, le piston etant agence pour exercer une force en direction du plateau. Dans ce cas, le joint d'etancheite est dispose de fawn a compenser les contraintes non axisymetriques induites par la reaction des tirants sous 1'effet de la force exercee par le piston sur le plateau. Les deux tirants peuvent par exemple laisser entre eux deux ouvertures chacune d'etendue angulaire comprise entre 130 et 150 dans un plan equatorial autour de 1' axe X.

Le piston peut supporter une premiere enclume et le plateau une deuxieme enclume contre laquelle peut s'appliquer la premiere enclume. Le piston peut comporter une gorge dans laquelle est rep le joint d'etancheite. Cette gorge peut avoir une forme ondulee. Les ondulations peuvent presenter des sommets, correspondant a un eloignement maximal du fond de la chambre de compression, situes sensiblement en regard des tirants. La position axiale z(O du joint peut titre donnee par la formule : z(4)=zo + A sin4(^), 43. etant 1'angle autour de 1'axe et zo et A des constantes. zo peut titre compris entre 0,1.h et 0,3.h, oil h designe la hauteur du piston. A peut titre compris entre 0,25.h et 0,4.h. D'autres formules peuvent donner des variations similaires de z@), et l'invention n'est pas limitee a une formule particuliere. Le piston peut avoir une plus grande dimension transversale, notamment un diametre d, comprise entre 0,9.h et l,l.h. Une plus grande dimension transversale du systeme hydraulique peut titre comprise entre 1,1 et 1,5 fois la plus grande dimension transversale du piston, notamment son diametre. Le joint d'etancheite peut titre positionne de telle sorte que la variation relative d'une plus grande dimension transversale interieure, notamment un diametre interieur, de la chambre de compression, lorsque la pression du fluide passe de la pression atmospherique a une pression de 200 MPa, soit inferieure ou egale a plus ou moins 1 pour 1 000. La pression du fluide Tors du fonctionnement du systeme hydraulique peut are comprise, par exemple, entre 1 et 2 500 bars, notamment entre 100 et 2 500 bars.

Le systeme hydraulique peut comporter un detrompeur permettant de positionner le piston avec une orientation angulaire predefinie relativement a la chambre de compression. L'invention peut encore permettre de realiser un systeme hydraulique avec un piston ayant une section transversale non symetrique de revolution, qui soit capable d'operer avec une pression de fluide relativement elevee, meme en cas de contraintes non axisymetriques induites par la pression du fluide. La section transversale peut par exemple avoir un facteur d'elongation compris entre 1,1 et 4, le facteur d'elongation etant defini comme etant le ratio de la longueur sur la largeur.

L'invention pourra titre mieux comprise a la lecture de la description detainee qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et a 1'examen du dessin annexe, sur lequel : - la figure 1 represente de maniere schematique, en perspective, un exemple de systeme hydraulique selon l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale du systeme hydraulique de la figure 1, - la figure 3 represente isolement en perspective le piston au sein du systeme hydraulique de la figure 1, -la figure 4 est une autre vue en perspective du piston, - la figure 5 est une vue de dessus schematique illustrant Faeces a la region centrale du systeme hydraulique, - la figure 6 est une section transversale schematique et partielle d'un autre exemple de systeme hydraulique selon l'invention, - la figure 7 represente de fawn schematique, en perspective, le piston du systeme de la figure 6, et - la figure 8 est une vue similaire a la figure 6 d'une variante de realisation.

On a represents sur les figures 1 et 2 un systeme hydraulique 1 realise conformement a 1'invention, qui se presente par exemple sous la forme d'une presse comportant une partie de base 2 reliee par deux tirants 3 a un plateau 4. La partie de base 2 comporte un pot de compression 7 qui definit une chambre de compression 8 dans laquelle peut coulisser, selon un axe Z, un piston 10. La chambre de compression 8 peut etre alimentee avec un fluide sous pression par 1'intermediaire d'un conduit 13 a raccorder avec une source de pression. Le pot 7 comporte une partie inferieure 16 qui est elargie et qui est filetee exterieurement.

Les deux tirants 3 sont realises d'une facon monolithique avec le plateau 4 et avec une jupe de montage 18 agencee pour se visser sur la partie inferieure 16 du pot 7. Le plateau 4 comporte un logement central 20 qui est filet& interieurement et qui recoit un insert 22 visse dans celui-ci. Le piston 10 supporte une premiere enclume 23 et l'insert 22 une deuxieme enclume 24 contre laquelle peut s'appliquer la premiere enclume 23 lorsque le piston 10 se deplace vers le haut, sous 1'effet de la pression du fluide. Les enclumes 23, 24 peuvent porter, par exemple, au moins un echantillon destine a etre comprime par la presse. Cette derniere peut par exemple etre qualifiee de compacte, avec rl superieur ou &gala 1. Conformement a un aspect de 1'invention, un joint d'etancheite 30 s'interpose entre le piston 10 et la paroi de la chambre de compression 8 pour ernpecher une fuite de fluide hydraulique par le jeu existant entre le piston 10 et cette paroi. Dans 1'exemple considers, la chambre de compression 8 est delimitee par une surface laterale 32 qui est cylindrique de revolution autour de 1axe Z et le piston 10 presente une surface laterale en regard 33 qui est egalement cylindrique de revolution d'axe Z. Le joint d'etancheite 30 est loge dans une gorge 35 du piston 10 qui s'etend selon une courbe non entierement contenue dans un plan perpendiculaire a 1'axe Z.

Dans 1'exemple considers, la gorge 35 presente une forme generate ondulee, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4 notamment, sa position z(O selon 1'axe Z etant par exemple donnee par la formule z(4) =zo + A sin4(4). D'autres formules peuvent conduire a des positions z(4) acceptables. Les constantes zo et A sont par exemple telles que definies plus haut. Dans 1'exemple illustre, les sommets 38 des ondulations se situent 5 sensiblement en regard des tirants 3. De facon a permettre ce positionnement, le piston peat comporter comme illustre a la figure 1 au moins un premier relief 36 destine a cooperer avec un deuxieme relief 37 de la partie de base ou des tirants. Dans 1'exemple considers, le piston comporte une gorge longitudinale 36 s'etendant parallelement a 1'axe Z, formant un detrompeur, 10 dans laquelle s'engage une nervure 37 formes sur la partie haute de la surface interieure du pot de compression, au-dessus du joint d'etancheite 30. La forme ondulee du joint d'etancheite 30 permet a la pression du fluide contenu dans la chambre de compression 8 d'exercer une force non axisymetrique sur celle-ci, qui compense les forces non axisymetriques liees a la reaction des tirants 3 sur la 15 partie de base 2. Ainsi, une pression de fluide relativement elevee peut 'are utilisee sans ovaliser la chambre de compression 8, donc sans risque d'extrusion du joint 30. L'invention n'est pas limitee a une forme particuliere de joint et celle-ci sera adaptee grace a un calcul, par elements finis par exemple, a la repartition des contraintes 20 qui s'exercent sur la chambre de compression lors du fonctionnement. L'invention permet de realiser une presse a deux tirants qui presente un acces a sa region centrale ayant un angle d'ouverture a relativement large vu depuis 1'axe Z, comme illustre a la figure 5. L'angle a est par exemple de 140 environ et 1'angle 13 sous lequel est vu chaque tirant de 40 environ. 25 L'invention s'applique non seulement a la realisation d'une presse compacte a deux tirants, mais egalement a la realisation d'un verin dans lequel le piston 10 presente par exemple une section transversale non symetrique de revolution, notamment une section transversale aplatie, comme illustre a la figure 6. Dans un tel systeme hydraulique, les forces qui s'exercent sur la paroi de la 30 chambre de compression sont non axisymetriques et peuvent deformer celle-ci.

En jouant sur la position axiale du joint d'etancheite en fonction de 1'angle autour de 1'axe, comme illustre a la figure 7, on peut ameliorer la repartition des contraintes et permettre un fonctionnement a une pression de fluide plus elevee. L'invention s'applique encore au cas ou dans une presse ou un verin la chambre de compression 8 est definie par une paroi qui presente une resistance, notamment une epaisseur, e(4) non constante autour de 1'axe Z, par exemple en raison de la presence de deux faces planes opposees exterieures 40 reunies par des faces 41 cylindriques de revolution autour de 1'axe Z. Le rapport emax/em;n est par exemple superieur ou egal a 1,1, voire 1,2, voire 1,5 10 ou 2 ou davantage encore. L' epaisseur e non constante peut permettre de realiser un systeme hydraulique, notamment un verin, dans lequel la partie de base presente un encombrement reduit. Dans le cas d'une paroi d'epaisseur variable, le piston 10 peut presenter une section transversale circulaire, comme illustre sur la figure 8, de meme que la surface en 15 regard de la chambre de compression 8, mais dans une variante non illustree, le piston 10 presente une section transversale non circulaire, par exemple de forme oblongue. L'invention n'est pas limitee aux exemples de realisation qui viennent d'etre decrits. Par exemple, le joint d'etancheite peut etre loge dans une gorge formee sur la 20 surface laterale de la chambre de compression. Le piston peut etre monolithique ou forme par 1'assemblage de plusieurs pieces, de meme que la partie de base, les tirants et le plateau. Le joint d'etancheite peut etre un joint torique comme illustre ou tout autre joint permettant d'obtenir 1'etancheite recherchee.

25 Le cas echeant, le piston peut comporter plus d'un joint d"etancheite. Le fluide hydraulique peut 'are une huile ou tout autre liquide. L'expression comportant un doit are comprise comme etant synonyme de comportant au moins un >>, sauf si le contraire est specifie et compris entre doit se comprendre bornes incluses.

Claims

REVENDICATIONS

1. Systeme hydraulique (1) comportant : - une chambre de compression (8) pouvant are soumise a la pression d'un fluide hydraulique, - un piston (10) mobile dans la chambre de compression (8) selon un axe (Z), - au moins un joint d'etancheite (30) dispose entre le piston (10) et une paroi de la chambre de compression (8), avec une position axiale qui varie circonferentiellement autour de 1'axe (Z), de facon a compenser des contraintes non axisymetriques induites par la pression du fluide.

2. Systeme hydraulique (1) selon la revendication 1, la chambre de compression (8) etant definie dans une partie de base (2) et le systeme hydraulique (1) comportant un plateau (4) relie par deux tirants (3) a la partie de base (2), le piston (10) etant agence pour exercer une force en direction du plateau (4), le joint d'etancheite (30) etant dispose de fawn a compenser les contraintes non axisymetriques induites par la reaction des tirants (3) sous 1'effet de la force exercee par le piston (10) sur le plateau (4).

3. Systeme hydraulique (1) selon la revendication 2, les deux tirants (3) laissant entre eux deux ouvertures d'etendue angulaire (a) comprise entre 130 et 150 dans le plan equatorial, a partir de 1'axe (Z).

4. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, le piston (10) supportant une premiere enclume (23) et le plateau (4) une deuxieme enclume (24) contre laquelle peut s'appliquer la premiere enclume (23).

5. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, le piston (10) comportant une gorge (35) dans laquelle est rep le joint d'etancheite (30).

6. Systeme hydraulique (1) selon la revendication precedente, la gorge (35) ayant une forme ondulee.

7. Systeme hydraulique (1) selon les revendications 2 et 6, les ondulations presentant des sommets (38), correspondant a un eloignement maximal du fond de la chambre de compression (8), disposes sensiblement en regard des tirants (3).

8. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, la position axiale (z(4)) du joint (30) etant donnee par la formule :z(4h)=zo + A sin4(4), 4) etant 1'angle autour de 1'axe (Z) et zo et A des constantes, ou donnee par des formules conduisant a des variations z(4)) similaires..

9. Systeme hydraulique (1) selon la revendication precedente, dans lequel zo est compris entre 0,1.h et 0,3.h, ou h designe la hauteur du piston (10).

10. Systeme hydraulique (1) selon la revendication 8, dans lequel A est compris entre 0,25.h et 0,4.h, ou h designe la hauteur du piston (10).

11. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, le piston (10) ayant une plus grande dimension transversale, notamment un diametre (d), comprise entre 0,9.h et 1,1.h, oil h designe la hauteur du piston (10).

12. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, une plus grande dimension transversale du systeme hydraulique etant comprise entre 1,1 et 1,5 fois une plus grande dimension transversale, notamment un diametre, du piston (10).

13. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, le joint d'etancheite (30) etant positionne de telle sorte que la variation relative d'une plus grande dimension transversale interieure, notamment un diametre interieur, de la chambre de compression (8), lorsque la pression du fluide passe de la pression atmospherique a une pression de 200 MPa, soit inferieure ou egale a 1 %o.

14. Systeme hydraulique selon tune quelconque des revendications precedentes, avec rl ? 1 tn.kg-312, ou r1=Cm-3'2, c etant la capacite (en tonnes) du systeme hydraulique et m sa masse (en kg).

15. Systeme hydraulique selon rune quelconque des revendications 1 a 14, le piston (10) presentant une section transversale non symetrique de revolution.

16. Systeme hydraulique selon la revendication 15, la section transversale du piston ayant un facteur d' elongation compris entre 1,1 et 4.

17. Systeme hydraulique selon rune quelconque des revendications 1 A. 16, la chambre de compression etant delimitee par une paroi de resistance, notamment d'epaisseur, e(4)) non constante.

18. Systeme hydraulique selon la revendication 17, 1'epaisseur e(4)) variant avec un rapport emax/emirs >1,1, notamment 1,2, voire 1, 5 ou 2.

19. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications precedentes, la pression du fluide etant comprise entre 1 et 2 500 bars, notamment entre 100 et 2 500 bars.

20. Systeme hydraulique (1) selon rune quelconque des revendications 1 a 19, 5 comportant un detrompeur permettant de positionner le piston avec une orientation angulaire predefinie relativement a la chambre de compression (8).