FR2992043A1 - Dispositif de couplage de groupes hydrauliques d'alimentation d'equipements hydrauliques, procede de couplage correspondant et systeme vibrant comportant un tel dispositif de couplage - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de couplage de groupes hydrauliques d'alimentation d'équipements hydrauliques fonctionnant conjointement comporte des moyens de mesure de paramètres de fonctionnement de chaque groupe hydraulique, et des moyens (la) de comparaison du paramètre mesuré pour chaque groupe avec les paramètres de fonctionnement des autres groupes hydrauliques, et des moyens pour modifier la puissance hydraulique fournie par chaque groupe en fonction du résultat de ladite comparaison.

Description

B12-1940FR 1 Dispositif de couplage de groupes hydrauliques d'alimentation d'équipements hydrauliques, procédé de couplage correspondant et système vibrant comportant un tel dispositif de couplage La présente invention concerne le domaine des vibrateurs et, en particulier, le domaine des vibrateurs destinés à l'enfoncement dans le sol d'objets tels que des pieux, des palplanches ou des tubes de grandes dimensions. Toutefois, une application particulièrement intéressante mais non limitative de l'invention concerne les vibrateurs utilisés pour l'enfoncement dans le sol de tubes de mâts pour éoliennes, notamment d'éoliennes offshore. Plus particulièrement, l'invention concerne l'alimentation en fluide hydraulique de tels équipements.

Dans le domaine de l'éolien offshore, les tubes sont classiquement enfoncés en utilisant un marteau hydraulique, dont la masse peut atteindre une valeur de l'ordre de 150 tonnes, venant frapper les tubes à une fréquence de plusieurs coups par minute. Il a été constaté que l'utilisation d'un marteau hydraulique de ce type engendre des ondes de choc relativement importantes, susceptibles notamment de perturber la vie aquatique. C'est la raison pour laquelle il a été proposé d'utiliser des vibrateurs capables de développer une énergie moindre mais à une fréquence accrue, et susceptibles dès lors de réduire de manière significative les perturbations ambiantes. Toutefois, pour une telle application, il est souhaitable d'utiliser un ou plusieurs vibrateurs hydrauliques alimentés par un ensemble de groupes hydrauliques. Indépendamment de l'application envisagée, l'utilisation d'équipements hydrauliques de forte puissance nécessite de faire fonctionner conjointement plusieurs groupes hydrauliques afin qu'ils soient en mesure de fournir la puissance nécessaire au fonctionnement des équipements. En effet, le développement de groupes hydrauliques de taille toujours plus grande pose des contraintes industrielles conséquentes de sorte qu'il peut être souhaitable d'utiliser plusieurs groupes hydrauliques pour alimenter un même équipement ou plusieurs équipements fonctionnant conjointement. Les groupes hydrauliques d'alimentation d'équipements hydrauliques peuvent tout d'abord être reliés de manière à mettre en commun les débits hydrauliques qu'ils fournissent. Ce type de montage nécessite de relier physiquement les réservoirs de fluide hydraulique avec des flexibles de grande section pour que les niveaux des réservoirs s'équilibrent. Il est en plus nécessaire de s'assurer que les groupes hydrauliques sont positionnés sur un même plan et au même niveau. Outre le couplage des débits hydrauliques d'alimentation, il est également nécessaire de prévoir un couplage des débits de retour vers les réservoirs d'huile. Les couplages à mettre en oeuvre sont relativement complexes et d'autant plus coûteux que les puissances et les débits hydrauliques sont élevés.

Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de proposer un dispositif de couplage de groupes hydrauliques permettant de pallier les inconvénients précités et, notamment, de s'affranchir de l'utilisation de moyens de couplage coûteux et compliqués entre les débits d'alimentation, les débits de retour et les réservoirs de fluide hydraulique, et ce, sans nécessiter de prévoir une synchronisation des niveaux des réservoirs de fluide hydraulique. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un dispositif de couplage de groupes hydrauliques d'alimentation d'un ou de plusieurs équipements hydrauliques fonctionnant conjointement.

Ce dispositif comporte des moyens de mesure de paramètres de fonctionnement de chaque groupe hydraulique et des moyens de comparaison du paramètre mesuré pour chaque groupe avec les paramètres de fonctionnement des autres groupes hydrauliques, et des moyens pour modifier la puissance hydraulique fournie par chaque groupe en fonction du résultat de ladite comparaison. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte, pour une partie au moins des groupes hydrauliques, une boucle de régulation adaptée pour réguler la puissance hydraulique d'alimentation de l'équipement en fluide hydraulique en fonction des paramètres de fonctionnement des groupes hydrauliques, et d'une valeur de consigne correspondant à un débit de consigne. Par exemple, les groupes hydrauliques comportant chacun au moins une pompe à cylindrée variable, la boucle de régulation est adaptée pour réguler la cylindrée de la pompe, ladite valeur de consigne étant une valeur de consigne de cylindrée. Avantageusement, les moyens de mesure comportent des moyens de mesure de la pression hydraulique délivrée par chaque groupe hydraulique d'alimentation. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte en outre, pour chaque groupe hydraulique de couples de groupes hydrauliques, au moins un circuit hydraulique pour dévier une partie du débit d'alimentation circulant dans une ligne d'alimentation à haute pression d'un premier groupe hydraulique vers une ligne de retour, si la pression circulant dans cette ligne d'alimentation est supérieure à la pression régnant dans une ligne d'alimentation à haute pression d'un deuxième groupe hydraulique. Selon encore une autre caractéristique, le circuit hydraulique comporte un composant hydraulique, de type vanne, raccordé entre la ligne d'alimentation à haute pression et la ligne de retour dudit premier groupe hydraulique et raccordé à la ligne d'alimentation à haute pression dudit deuxième groupe hydraulique. L'invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un procédé de couplage de groupes hydrauliques d'alimentation d'équipements hydrauliques fonctionnant conjointement, comprenant les étapes de : mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de chaque groupe hydraulique ; comparaison du paramètre de fonctionnement mesuré pour chaque groupe avec les paramètres de fonctionnement mesurés des autres groupes ; et modification de la puissance hydraulique fournie par chaque groupe en fonction du résultat de la comparaison. De préférence, on adapte la puissance hydraulique de chaque groupe dont le paramètre de fonctionnement s'écarte des paramètres de fonctionnement des autres groupes.

L'invention a encore pour objet, selon un troisième aspect, un système vibrant, comprenant un ensemble d'équipements hydrauliques fonctionnant conjointement et alimentés chacun à partir d'un groupe hydraulique, comportant un dispositif de couplage tel que défini ci-dessus, pour le couplage des groupes hydrauliques.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre le principe général du fonctionnement conjoint de vibrateurs hydrauliques ; la figure 2 illustre le principe général du couplage des groupes hydrauliques d'alimentation d'équipements hydrauliques ; la figure 3 est une boucle de régulation servant à réguler la puissance hydraulique d'alimentation d'un équipement en fonction de la pression hydraulique d'alimentation des autres équipements ; et les figures 4 et 5 montrent des exemples de réalisation d'un circuit hydraulique de secours pour dévier une partie du débit d'alimentation circulant dans une ligne d'alimentation en cas de dépassement des limites de régulation de la boucle de régulation de la figure 3.

Sur la figure 1, on a représenté un exemple de mise en oeuvre d'un système vibrant comprenant plusieurs équipements hydrauliques fonctionnant conjointement. Dans l'exemple de réalisation représenté, le système vibrant comprend trois équipements hydrauliques constitués chacun par un vibrateur V1, V2 et V3. Chaque vibrateur est alimenté en fluide hydraulique par un groupe hydraulique GRI, GRII et GRIII comprenant chacun une pompe hydraulique Pl, P2, P3 fournissant aux vibrateurs un débit de fluide hydraulique à haute pression HP et récupérant un débit de retour à basse pression BP. Dans l'exemple de réalisation représenté, les équipements hydrauliques sont constitués par des vibrateurs. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'ils sont constitués par des équipements d'autre nature De même, dans l'exemple de réalisation représenté, par souci de simplicité, chaque vibrateur comprend un moteur hydraulique Ml, M2, M3 alimenté par les groupes hydrauliques respectifs et entraînant en rotation une masselotte excentrique ml, m2, m3.

On ne sort pas davantage du cadre de l'invention lorsque chaque vibrateur est doté d'un ensemble de trains de masselotte alimentés chacun par un groupe hydraulique. Ainsi, par exemple, chaque vibrateur peut par exemple comporter un premier moteur entraînant en rotation un premier ensemble de masselottes et un deuxième moteur entraînant en rotation un deuxième ensemble de masselottes, les moteurs étant alimentés par des groupes hydrauliques respectifs. Ainsi, pour un mode de réalisation comprenant trois vibrateurs équipés chacun de deux moteurs entraînant chacun un ensemble de masselottes, le système vibrant peut être doté de six groupes hydrauliques. Comme on le voit, on réalise un couplage mécanique entre les masselottes ml, m2 ou m3 ou, en variante, entre les moteurs Ml, M2 ou M3 de manière à s'assurer que les masselottes, en prise, tournent à la même vitesse et à la même phase. Contrairement aux solutions conventionnelles dans lesquelles les groupes hydrauliques sont reliés de manière à mettre en commun les débits hydrauliques, les groupes hydrauliques sont ici utilisés conjointement sans toutefois procéder à une telle mise en commun des débits hydrauliques, les éléments destinés à être alimentés à partir des groupes hydrauliques, en l'espèce les moteurs, étant ici alimentés séparément par des lignes d'alimentation et de retour dédiées, au moyen d'un système de régulation adapté pour fournir exactement le débit nécessaire au fonctionnement de chaque moteur. Plus particulièrement, en se référant à la figure 2, le système vibrant est doté d'un dispositif de couplage des groupes hydrauliques comprenant un contrôleur C recevant, en entrée, un signal de mesure de paramètres de fonctionnement de chaque groupe hydraulique issu de moyens de mesure correspondant dont est doté chaque groupe hydraulique. En sortie, le contrôleur délivre un signal de commande agissant sur les pompes hydrauliques de manière à obtenir la puissance requise pour chaque moteur. Par exemple, les moyens de mesure sont constitués par des moyens de mesure de pression hydraulique prévus en sortie des pompes Pl, P2 et P3 et délivrant au contrôleur C des signaux de mesure de la haute pression d'alimentation PhydGRI, PhydGRI.

On notera que les pompes Pl, P2 et P3 des groupes hydrauliques sont constituées par des pompes à cylindrée variable. Ainsi, les signaux de commande sont constitués par des signaux de commande de cylindrée Ccyl assurant le réglage de la cylindrée des pompes en fonction des mesures de pression hydraulique.

Le contrôleur assure ainsi en permanence une surveillance des paramètres de débit et de pression de chaque groupe hydraulique et ajuste le débit de chaque groupe en fonction, notamment, de la pression hydraulique des autres groupes.

Par exemple, si la pression d'alimentation délivrée par l'un des groupes hydrauliques s'écarte ou notamment est supérieure à celles des autres groupes, alors que les masselottes ou les moteurs sont couplés mécaniquement, engendrant dès lors un débit hydraulique surabondant pour l'un des moteurs, alors on modifie le débit des pompes de manière a obtenir une puissance équilibrée entre les groupes hydrauliques. Il peut s'agir, par exemple, d'augmenter le débit délivré par les pompes pour lesquelles la pression hydraulique est inférieure.

Toutefois, de préférence, on réduit le débit délivré par la pompe dont la pression hydraulique est relativement plus élevée en agissant sur la commande de cylindrée de la pompe. Sur la figure 3, on a représenté un exemple de boucle de régulation mise en oeuvre au sein du contrôleur C.

Une telle boucle de régulation est utilisée pour le contrôle du débit délivré par chaque pompe. Par exemple, pour le premier groupe hydraulique GrI, la régulation est fondée sur une comparaison entre la pression hydraulique de la pompe du premier groupe P hydGRI et la pression hydraulique délivrée par la pompe de chacun des autres groupes P hydGR La boucle de régulation comporte ainsi un premier comparateur la recevant en entrée la pression hydraulique de la pompe à contrôler P hydGRI et la pression hydraulique de chacune des autres pompes P hydGRI - La différence entre le niveau des pressions mesurées est ensuite convertie en un courant, au moyen d'un convertisseur 2 par le contrôleur C de commande du groupe hydraulique. La valeur de courant issu du convertisseur 2 est ensuite comparée à une valeur de courant I correspondant à une valeur de consigne de cylindrée nominale de la pompe au moyen d'un deuxième comparateur lb.

Cette valeur de consigne est élaborée à partir d'une valeur de débit globale sélectionnée par l'utilisateur, et en fonction de la vitesse de rotation du moteur de la pompe, mesurée indépendamment. L'écart ainsi calculé est ainsi utilisé, en tant que commande de cylindrée Ccyl de la pompe hydraulique Pl. On notera que le dispositif de couplage est doté d'une boucle de régulation pour chaque groupe hydraulique ou pour une partie au moins des groupes hydrauliques, ou encore, de manière générale, au minimum pour un nombre n-1 des n groupes hydrauliques du système hydraulique. En se référant maintenant aux figures 4 et 5, on va maintenant décrire un circuit de sécurité hydraulique permettant de dévier le débit surabondant d'un groupe hydraulique par rapport aux autres groupes hydrauliques, en cas de dépassement des limites de régulation du contrôleur C. En se référant tout d'abord à la figure 4, sur laquelle on a représenté un circuit hydraulique de sécurité pour un système vibrant comprenant deux vibrateurs V1 et V2, on voit que le circuit hydraulique comporte essentiellement un composant hydraulique, schématiquement représenté et constitué par une vanne, branché entre la ligne haute pression d'alimentation et la ligne de retour basse pression de l'un des groupes, à savoir le premier groupe GrI, et raccordé à la ligne haute pression d'alimentation de l'autre groupe. Sur cette figure, la partie droite du composant hydraulique 3 montre son état fermé, tandis que la partie gauche montre son état ouvert, dans lequel le composant 3 réalise un court-circuit entre la ligne haute pression HP et la ligne de retour BP. On notera toutefois qu'un élément élastique de rappel 4 est utilisé pour solliciter le composant hydraulique 3 à l'état ouvert, dans lequel aucune communication n'est établie entre les lignes haute pression et basse pression. On notera également qu'un tel composant est constitué par un élément de type classique. Il permet de réaliser un court-circuit entre les lignes haute pression et basse pression lorsque le niveau de pression régnant dans la ligne à haute pression du premier groupe hydraulique GRI est supérieur au niveau de pression hydraulique régnant dans la ligne haute pression du deuxième groupe hydraulique GRII.

Bien entendu, un composant similaire, raccordé entre les lignes haute pression et basse pression du deuxième groupe GRII et connecté en outre à la ligne haute pression GRI, est utilisé pour court-circuiter les lignes haute pression et basse pression du deuxième groupe GRII lorsque le niveau de pression régnant dans la ligne haute pression du deuxième groupe GRII est supérieur au niveau de pression hydraulique régnant dans la ligne haute pression du premier groupe GRI. On a enfin représenté, à la figure 5, un exemple de réalisation de circuit hydraulique dans le cas d'un système vibrant comprenant trois vibrateurs V1, V2 et V3 alimentés par trois groupes GRI, GRII et GRIII. Dans ce cas, on utilise six composants hydrauliques 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5 et 3-6 comprenant trois groupes de composants appariés utilisés chacun pour le contrôle relatif des pressions hydrauliques régnant dans les lignes haute pression des divers couples de groupes hydrauliques. On utilise ainsi, par exemple, les composants hydrauliques 3-1 et 3-2 pour contrôler les niveaux de pression hydraulique relatifs entre les lignes haute pression des groupes hydrauliques GRI et GRII, les composants hydrauliques 3-3 et 3-4 pour contrôler les niveaux de pression hydraulique relatifs entre les groupes GRI et GRIII et les composants hydrauliques 3-5 et 3-6 pour contrôler les niveaux de pression hydraulique relatifs entre les groupes hydrauliques GRII et GRIII. Comme on le conçoit, ce contrôle des niveaux de pression hydraulique est totalement indépendant de la régulation mise en oeuvre au sein du contrôleur C et est fondé sur l'utilisation d'un composant hydraulique mécanique qui reste à même de fonctionner même en cas de dysfonctionnement du contrôleur C.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage de groupes hydrauliques (GR1, GRII, GRIII) d'alimentation d'un ou de plusieurs équipements hydrauliques (V1, V2, V3) fonctionnant conjointement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de paramètres de fonctionnement de chaque groupe hydraulique, et des moyens (la) de comparaison du paramètre mesuré pour chaque groupe avec les paramètres de fonctionnement des autres groupes, et des moyens (C) pour modifier la puissance hydraulique fournie par chaque groupe en fonction du résultat de ladite comparaison.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, pour une partie au moins des groupes hydrauliques, une boucle de régulation adaptée pour réguler la puissance hydraulique d'alimentation de l'équipement en fluide hydraulique en fonction des paramètres de fonctionnement des groupes hydrauliques et d'une valeur de consigne correspondant à un débit de consigne.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les groupes hydrauliques comportent chacun au moins une pompe (Pi) à cylindrée variable, la boucle de régulation étant adaptée pour réguler la cylindrée de la pompe, ladite valeur de consigne étant une valeur de consigne de cylindrée.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent des moyens de mesure de la pression hydraulique délivrée par chaque groupe hydraulique d'alimentation.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, pour chaque groupe hydraulique d'un couple de groupes hydrauliques, au moins un circuit hydraulique pour dévier une partie du débit d'alimentation circulant dans une ligne d'alimentation à haute pression d'un premier groupe hydraulique vers une ligne de retour de fluide hydraulique si la pression circulant dans cette ligne d'alimentation est supérieure à lapression régnant dans une ligne d'alimentation à haute pression d'un deuxième groupe hydraulique.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit hydraulique comporte un composant hydraulique (3) de type vanne raccordé entre la ligne d'alimentation à haute pression (HP) et la ligne de retour (BP) dudit premier groupe hydraulique et raccordé à la ligne d'alimentation à haute pression (HP) dudit deuxième groupe hydraulique.
7. 7. Procédé de couplage de groupes hydraulique d'alimentation d'équipements hydrauliques fonctionnant conjointement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - mesure de paramètres de fonctionnement de chaque groupe hydraulique ; - comparaison du paramètre de fonctionnement mesuré pour chaque groupe avec les paramètres de fonctionnement mesurés des autres groupes ; et - modification de la pression hydraulique fournie par chaque groupe en fonction du résultat de la comparaison.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on adapte la puissance hydraulique de chaque groupe dont le paramètre de fonctionnement mesuré s'écarte des paramètres de fonctionnement des autres groupes.
9. 9. Système vibrant, comprenant un ensemble d'équipements hydrauliques (V1, V2, V3) fonctionnant conjointement et alimentés chacun à partir d'au moins un groupe hydraulique (GRI, GRII, GRIII), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour le couplage des groupes hydrauliques.
10. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les équipements hydrauliques sont constitués par des vibrateurs destinés à l'enfoncement d'objets dans le sol, notamment des tubes d'éoliennes offshore.