FR3091561A1 - HYDRAULIC MICROCENTRAL - Google Patents
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Abstract
Plateau à usages multiples La présente invention a pour objet une microcentrale (1) hydraulique pour la mise sous pression d'un fluide (2), remarquable en ce qu'elle comporte au moins :- un moteur (5) entrainant en rotation un vilebrequin (6) dans deux sens de rotation R ou R',- deux pompes à piston (7) disposées en opposition, mises alternativement en mouvement par ledit vilebrequin (6) et aptes à mettre sous pression le fluide (2),- une pompe à engrenages (8) disposée dans le prolongement dudit vilebrequin (6) et apte à mettre sous pression le fluide (2), et- une roue libre (9) solidaire de l'extrémité libre dudit vilebrequin (6), disposée entre lesdites pompes à pistons (7) et pompe à engrenages (8), et apte à entrainer ou ne pas entrainer en rotation l'arbre de sortie (81) de ladite pompe à engrenages (8) lorsque le vilebrequin (6) tourne dans le sens R ou R'.Multipurpose plate The present invention relates to a hydraulic micro-plant (1) for pressurizing a fluid (2), remarkable in that it comprises at least: - a motor (5) driving a crankshaft in rotation (6) in two directions of rotation R or R ', - two piston pumps (7) arranged in opposition, set in motion alternately by said crankshaft (6) and able to pressurize the fluid (2), - a pump with gears (8) arranged in the extension of said crankshaft (6) and able to pressurize the fluid (2), and - a free wheel (9) integral with the free end of said crankshaft (6), arranged between said pumps piston (7) and gear pump (8), and capable of driving or not rotating the output shaft (81) of said gear pump (8) when the crankshaft (6) rotates in the direction R or R '.
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : MICROCENTRALE HYDRAULIQUETitle of the invention: MICROCENTRALE HYDRAULIQUE
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la mise sous pression d'un fluide hydraulique. Elle vise plus précisément une centrale hydraulique à hautes performances et de petites dimensions, nommée ci-après microcentrale.The present invention relates to the general field of pressurizing a hydraulic fluid. More specifically, it targets a high-performance hydraulic power station of small dimensions, hereinafter referred to as a micro-power plant.
Etat de la techniqueState of the art
[0002] Dans le domaine de la mise sous pression d'un fluide hydraulique, il est connu d'utiliser principalement des pompes à engrenages ou des pompes à pistons.In the field of pressurizing a hydraulic fluid, it is known to use mainly gear pumps or piston pumps.
[0003] Les pompes à engrenages, qui utilisent le profil combiné de deux roues dentées pour transvaser et augmenter la pression d'un fluide, sont de conception simple et d'entretien facile, et leur prix de revient est relativement faible. Par ailleurs, les pompes à engrenages sont de deux types : pompe à engrenages externes ou pompes à engrenages internes.Gear pumps, which use the combined profile of two cogwheels to transfer and increase the pressure of a fluid, are simple in design and easy to maintain, and their cost is relatively low. In addition, there are two types of gear pumps: external gear pump or internal gear pump.
[0004] Le premier type de pompes à engrenages est simple d'utilisation mais présente l'inconvénient d'avoir un débit plutôt faible. En effet, l'espace disponible entre la face des dents des roues dentées et le corps de la pompe tend à s'amplifier à mesure que la pompe à engrenages externes s'use ce qui a pour conséquence d'augmenter les pertes volumétriques et d'affaiblir le rendement volumétrique d'une telle pompe.The first type of gear pump is simple to use but has the disadvantage of having a rather low flow rate. In fact, the space available between the face of the teeth of the toothed wheels and the body of the pump tends to increase as the external gear pump wears out, which has the consequence of increasing the volumetric losses and d '' weaken the volumetric efficiency of such a pump.
[0005] Le deuxième type de pompes à engrenages a pour avantage d'être très silencieux et de posséder un meilleur rendement volumétrique, surtout à bas régime de rotation. Toutefois, ce type de pompe à engrenages présente généralement l'inconvénient d'avoir une consommation énergétique plutôt élevée.The second type of gear pump has the advantage of being very quiet and of having a better volumetric efficiency, especially at low rotational speed. However, this type of gear pump generally has the disadvantage of having a rather high energy consumption.
[0006] Les pompes à pistons offrent le meilleur rendement volumétrique mais sont toutefois les plus coûteuses.Piston pumps offer the best volumetric efficiency but are however the most expensive.
[0007] Les pompes à engrenages sont avantageusement utiliser pour délivrer un débit élevé alors que les pompes à pistons sont plutôt pour obtenir une pression élevée. Toutefois pour obtenir un débit élevé ou une pression élevée, il est généralement nécessaire de mettre en œuvre des pompes encombrantes.Gear pumps are advantageously used to deliver a high flow rate while piston pumps are rather to obtain a high pressure. However, to obtain a high flow rate or a high pressure, it is generally necessary to use bulky pumps.
Résumé de l’inventionSummary of the invention
[0008] Le but de la présente invention est de proposer une centrale hydraulique ayant des hautes performances à savoir : un débit hydraulique le plus élevé possible, une pression la plus élevée possible tout en en consommant le minimum d’énergie, ladite centrale étant de petites dimensions pour pouvoir être facilement mise en œuvre sur des dispositifs mobiles.The object of the present invention is to provide a hydraulic power station having high performance, namely: the highest possible hydraulic flow, the highest possible pressure while consuming the minimum of energy, said power station being small dimensions so that it can be easily implemented on mobile devices.
[0009] Conformément à l’invention, il est donc proposé une microcentrale hydraulique pour la mise sous pression d'un fluide, remarquable en ce qu'elle comporte au moins :According to the invention, there is therefore proposed a hydraulic micro-station for pressurizing a fluid, remarkable in that it comprises at least:
- un moteur entraînant en rotation un vilebrequin dans un sens de rotation R ou dans le sens opposé R',- an engine rotating a crankshaft in a direction of rotation R or in the opposite direction R ',
- deux pompes à piston disposées en opposition, mises alternativement en mouvement par la rotation dudit vilebrequin et aptes à aspirer du fluide et à le refouler sous pression vers la sortie de la microcentrale,- two piston pumps arranged in opposition, alternately set in motion by the rotation of said crankshaft and capable of sucking in fluid and delivering it under pressure towards the outlet of the microcentral,
- une pompe à engrenages disposée dans le prolongement dudit vilebrequin et apte à aspirer du fluide et à le refouler sous pression vers la sortie de la microcentrale, et - une roue libre solidaire de l'extrémité libre dudit vilebrequin, disposée entre lesdites pompes à pistons et la pompe à engrenages, et apte à entraîner en rotation l'arbre de sortie de ladite pompe à engrenages lorsque le vilebrequin tourne dans le sens R et à ne pas entraîner en rotation ledit arbre de sortie lorsque ledit vilebrequin tourne dans le sens opposé R'.- a gear pump arranged in the extension of said crankshaft and capable of sucking fluid and delivering it under pressure towards the outlet of the micro-power plant, and - a freewheel secured to the free end of said crankshaft, arranged between said piston pumps and the gear pump, and adapted to rotate the output shaft of said gear pump when the crankshaft rotates in the direction R and not to rotate said output shaft when said crankshaft rotates in the opposite direction R '.
[0010] Le moteur est avantageusement soit un moteur électrique associé à un réducteur et des moyens d'inversion du courant électrique pour inverser le sens de rotation dudit moteur, soit un moteur pneumatique associé à des moyens d'inversion du circuit entrée/sortie dudit moteur hydraulique pour inverser le sens de rotation dudit moteur.The motor is advantageously either an electric motor associated with a reduction gear and means for reversing the electric current to reverse the direction of rotation of said motor, or a pneumatic motor associated with means for reversing the input / output circuit of said hydraulic motor to reverse the direction of rotation of said motor.
[0011] De manière préférée, la microcentrale comporte :[0011] Preferably, the microcentral comprises:
- un réservoir contenant le fluide, et- a reservoir containing the fluid, and
- une plaque de fermeture dudit réservoir, le moteur, les deux pompes à piston, la pompe à engrenages et la roue libre étant alors directement ou indirectement solidaires de ladite plaque de fermeture du réservoir et disposés à l'intérieur de ce dernier.- A closing plate of said tank, the motor, the two piston pumps, the gear pump and the freewheel then being directly or indirectly integral with said tank closing plate and arranged inside the latter.
[0012] La plaque comporte avantageusement une sortie de fluide sous pression, correspondant à la sortie de la microcentrale, et un retour de fluide dans le réservoir.The plate advantageously comprises an outlet for pressurized fluid, corresponding to the outlet of the microcentral, and a return of fluid to the reservoir.
[0013] La plaque comporte en outre une première canalisation munie d'un clapet anti-retour et mettant en relation le refoulement de la pompe à engrenages et la sortie de fluide sous pression, et une deuxième canalisation mettant en relation le refoulement de l'ensemble des deux pompes à piston et ladite première canalisation en aval dudit clapet anti-retour.The plate further comprises a first pipe provided with a non-return valve and relating the discharge of the gear pump and the outlet of pressurized fluid, and a second pipe relating the discharge of the assembly of the two piston pumps and said first pipe downstream of said check valve.
[0014] Le sens de rotation du moteur est de préférence inversé lorsque la microcentrale atteint une valeur de consigne Vc.The direction of rotation of the motor is preferably reversed when the micro-power plant reaches a set value Vc.
[0015] La valeur de consigne Vc est avantageusement un niveau de pression déterminé du fluide à la sortie de la microcentrale ou une absorption du courant déterminé aux bornes du moteur.The set value Vc is advantageously a determined level of pressure of the fluid at the outlet of the microcentral or an absorption of the current determined at the terminals of the motor.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0016] D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d’un mode d’exécution de l’invention en référence aux figures annexées sur lesquelles :Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of an embodiment of the invention with reference to the appended figures in which:
[0017] [fig.l] est une vue en coupe longitudinale de la centrale hydraulique selon l'invention, [0018] [fig.2] est une vue de dessus de la centrale de la figure 1 sans sa plaque supérieure, [0019] [fig.3] est une vue en coupe horizontale éclatée de la centrale de la figure 1 sans son réservoir de fluide.[Fig.l] is a longitudinal sectional view of the hydraulic power station according to the invention, [Fig.2] is a top view of the power plant of Figure 1 without its upper plate, [0019 ] [fig.3] is an exploded horizontal sectional view of the plant of Figure 1 without its fluid reservoir.
Description des modes de réalisationDescription of the embodiments
[0020] Sur les figures 1 à 3, on a représenté la centrale 1 hydraulique à hautes performances et de petites dimensions selon l'invention, nommée ci-après microcentrale 1, cette dernière étant apte à mettre sous pression un fluide 2, avantageusement de l'huile.In Figures 1 to 3, there is shown the high-performance hydraulic power station 1 of small dimensions according to the invention, named hereinafter microcentre 1, the latter being able to pressurize a fluid 2, advantageously of oil.
[0021] Ainsi, la microcentrale 1 comporte avantageusement au moins :Thus, the microcentral 1 advantageously comprises at least:
- un réservoir 3 contenant un volume de fluide 2,a reservoir 3 containing a volume of fluid 2,
- une plaque 4 de fermeture dudit réservoir 3,a plate 4 for closing said reservoir 3,
- un moteur 5 entraînant en rotation un vilebrequin 6 dans un sens de rotation R ou dans le sens opposé R',a motor 5 driving in rotation a crankshaft 6 in a direction of rotation R or in the opposite direction R ',
- deux pompes à piston 7 disposées en opposition, mises alternativement en mouvement par la rotation dudit vilebrequin 6 et aptes à aspirer du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et à le mettre sous pression,two piston pumps 7 arranged in opposition, set in motion alternately by the rotation of said crankshaft 6 and capable of sucking the fluid 2 contained in the reservoir 3 and putting it under pressure,
- une pompe à engrenages 8 disposée dans le prolongement dudit vilebrequin 6 et apte à aspirer du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et à le mettre sous pression, eta gear pump 8 arranged in the extension of said crankshaft 6 and capable of sucking fluid 2 contained in the reservoir 3 and of putting it under pressure, and
- une roue libre 9 solidaire de l'extrémité libre dudit vilebrequin 6, disposée entre lesdites pompes à pistons 7 et la pompe à engrenages 8, et apte à entraîner en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8 lorsque le vilebrequin 6 tourne dans le sens R et à ne pas entraîner en rotation ledit arbre de sortie 81 lorsque ledit vilebrequin 6 tourne dans le sens R' opposé.a freewheel 9 secured to the free end of said crankshaft 6, disposed between said piston pumps 7 and the gear pump 8, and capable of rotating the output shaft 81 of said gear pump 8 when the crankshaft 6 rotates in the direction R and not to rotate said output shaft 81 when said crankshaft 6 rotates in the opposite direction R '.
[0022] L'ensemble des éléments constitutifs de la microcentrale 1, à savoir : le moteur 5, les deux pompes à piston 7, la pompe à engrenages 8 et la roue libre 9, sont directement ou indirectement solidaires de ladite plaque 4 de fermeture du réservoir 3 et disposés à l'intérieur de ce dernier.All of the components of the microcentral 1, namely: the motor 5, the two piston pumps 7, the gear pump 8 and the freewheel 9, are directly or indirectly integral with said closure plate 4 of the reservoir 3 and arranged inside the latter.
[0023] Dans l'exemple de réalisation décrit, la microcentrale 1 est associée à une installation hydraulique, non représentée, fonctionnant en circuit fermé. Par conséquent, la plaque 4 comporte avantageusement une sortie 41 de fluide 2 sous pression, correspondant à la sortie 10 de fluide 2 sous pression de la microcentrale 1, et un retour 42 de fluide 2 dans le réservoir 3. La plaque 4 comporte en outre une première cana lisation 43 munie avantageusement d'un clapet anti-retour 44 et mettant en relation le refoulement de la pompe à engrenages 8 et ladite sortie 41 de fluide 2 sous pression, et une deuxième canalisation 45 mettant en relation le refoulement de l'ensemble des deux pompes à piston 7 et ladite première canalisation 43 en aval dudit clapet antiretour 44.In the embodiment described, the micro power plant 1 is associated with a hydraulic installation, not shown, operating in a closed circuit. Consequently, the plate 4 advantageously comprises an outlet 41 of fluid 2 under pressure, corresponding to the outlet 10 of fluid 2 under pressure from the microcentral 1, and a return 42 of fluid 2 in the reservoir 3. The plate 4 further comprises a first pipe 43 advantageously provided with a non-return valve 44 and relating the discharge of the gear pump 8 and said outlet 41 of fluid 2 under pressure, and a second pipe 45 relating the discharge of the set of two piston pumps 7 and said first pipe 43 downstream of said non-return valve 44.
[0024] Toutefois, la microcentrale 1 pourra également être associée à un réservoir externe de plus ou moins grande capacité et à une installation hydraulique ne fonctionnant pas en circuit fermé, sans sortir du cadre de la présente invention ; la plaque 4 sera alors modifiée et ne comportera notamment pas de retour de fluide 2.However, the microcentral 1 may also be associated with an external tank of varying capacity and with a hydraulic installation not operating in a closed circuit, without departing from the scope of the present invention; the plate 4 will then be modified and will in particular not include a fluid return 2.
[0025] Le moteur 5 est soit un moteur électrique associé à un réducteur 51 et des moyens d'inversion du courant électrique, non représentés sur les figures, pour inverser le sens de rotation dudit moteur 5, soit selon un mode de réalisation non représenté, un moteur pneumatique associé à des moyens d'inversion du circuit entrée/sortie dudit moteur hydraulique pour inverser le sens de rotation dudit moteur 5.The motor 5 is either an electric motor associated with a reduction gear 51 and means for reversing the electric current, not shown in the figures, to reverse the direction of rotation of said motor 5, or according to an embodiment not shown , a pneumatic motor associated with means for reversing the input / output circuit of said hydraulic motor to reverse the direction of rotation of said motor 5.
[0026] Ainsi, avec cette configuration de la microcentrale 1, lorsque le moteur 5 entraîne le vilebrequin 6 dans le sens de rotation R, la roue libre 9 entraîne en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8. Cette dernière aspire alors du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la première canalisation 43 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, le fluide 2 passant au travers d’un clapet antiretour 44. De manière simultanée, l'ensemble des deux pompes à piston 7 aspire du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la deuxième canalisation 45 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4 via la première canalisation 43. Avec le sens de rotation R, à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, on obtient un débit élevé de fluide 2 à basse pression.Thus, with this configuration of the microcentral 1, when the engine 5 drives the crankshaft 6 in the direction of rotation R, the freewheel 9 rotates the output shaft 81 of said gear pump 8. The latter then sucks fluid 2 contained in the reservoir 3 and discharges it into the first pipe 43 to the outlet 41 of fluid 2 from the plate 4, the fluid 2 passing through a non-return valve 44. Simultaneously, the 'assembly of the two piston pumps 7 sucks fluid 2 contained in the reservoir 3 and discharges it into the second pipe 45 to the outlet 41 of fluid 2 from the plate 4 via the first pipe 43. With the direction of rotation R , at the outlet 41 of fluid 2 from the plate 4, a high flow rate of fluid 2 is obtained at low pressure.
[0027] On désigne ici par basse pression une pression de fluide 2 inférieure à 70 bars et par haute pression une pression de fluide 2 supérieure à 300 bars. De même, on désigne ici par débit faible un débit de fluide 2 inférieur à 0,5 1/mn (litre par minute) et par débit élevé un débit de fluide 2 supérieur à 2 1/mn.By low pressure here is meant a fluid pressure 2 of less than 70 bars and by high pressure a fluid pressure 2 of more than 300 bars. Likewise, here a low flow rate designates a fluid flow rate 2 of less than 0.5 1 / min (liter per minute) and a high flow rate designates a fluid flow rate 2 greater than 2 1 / min.
[0028] Lorsque la microcentrale 1 atteint une valeur de consigne Vc, le sens de rotation du moteur 5 est inversé et ce dernier entraîne alors le vilebrequin 6 dans le sens de rotation R', la roue libre 9 n'entraine plus en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8 qui n'aspire plus de fluide 2 contenu dans le réservoir 3. Toutefois, l'ensemble des deux pompes à piston 7 aspire toujours du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la deuxième canalisation 45 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4 via la première canalisation 43. Cependant, afin d’éviter que le fluide 2 sous pression fourni par l'ensemble des deux pompes à piston 7 rentre dans la pompe à engrenage 8, un clapet anti retour 44 bloque l’accès à cette dernière. Avec le sens de rotation R', à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, on obtient un faible débit de fluide 2 à haute pression.When the microcentral 1 reaches a set value Vc, the direction of rotation of the engine 5 is reversed and the latter then drives the crankshaft 6 in the direction of rotation R ', the free wheel 9 no longer causes rotation l output shaft 81 of said gear pump 8 which no longer sucks fluid 2 contained in the reservoir 3. However, the assembly of the two piston pumps 7 still sucks fluid 2 contained in the reservoir 3 and discharges it into the second pipe 45 to the outlet 41 for fluid 2 from the plate 4 via the first pipe 43. However, in order to prevent the fluid 2 under pressure supplied by the assembly of the two piston pumps 7 from entering the pump with gear 8, a non-return valve 44 blocks access to the latter. With the direction of rotation R ′, at the outlet 41 for fluid 2 from the plate 4, a low flow rate of fluid 2 is obtained at high pressure.
[0029] La valeur de consigne Vc peut être, par exemple, à un niveau de pression déterminé du fluide 2 à la sortie 10 de la microcentrale 1 ou une absorption du courant déterminé aux bornes du moteur 5 électrique.The set value Vc can be, for example, at a determined pressure level of the fluid 2 at the outlet 10 of the microcentral 1 or an absorption of the current determined at the terminals of the electric motor 5.
[0030] La microcentrale 1 pourra comporter plus de deux pompes à pistons 7 sans sortir du cadre de la présente invention.The microcentral 1 may include more than two piston pumps 7 without departing from the scope of the present invention.
[0031] L'homme du Métier n'aura aucune difficulté à mettre en œuvre et à dimensionner les éléments nécessaires au bon fonctionnement de la microcentrale 1 tels que, par exemple, des crépines pour aspirer le fluide 2 contenu dans le réservoir 3, des tuyaux pour raccorder le refoulement des différentes pompes aux première et deuxième canalisations 43,45 ou encore des roulements à billes ou aiguilles et des supports.Those skilled in the art will have no difficulty in implementing and dimensioning the elements necessary for the proper functioning of the micro power plant 1 such as, for example, strainers for sucking the fluid 2 contained in the tank 3, pipes to connect the discharge of the various pumps to the first and second pipes 43,45 or else ball bearings or needles and supports.
[0032] On comprend qu'ainsi configurée la microcentrale 1 selon l'invention permet d'obtenir des performances élevées tout en étant particulièrement compacte.It is understood that thus configured the microcentral 1 according to the invention allows to obtain high performance while being particularly compact.
[0033] Selon un exemple de dimensionnement non limitatif, une microcentrale 1 munie d'un moteur 5 à double sens de rotation soit pneumatique de 360 W à 6 bars d’air, soit électrique de 400 W en 24 V, permet d'obtenir les caractéristiques suivantes :According to an example of nonlimiting sizing, a microcentral 1 provided with a motor 5 with two directions of rotation either pneumatic 360 W at 6 bar of air, or electric 400 W at 24 V, allows to obtain the following features:
[0034] - un débit de fluide 2 à 70 bars de l'ordre de 2,5 1/mn, lorsque le moteur tourne dans le sens R,- a fluid flow rate 2 to 70 bars of the order of 2.5 1 / min, when the engine rotates in the direction R,
[0035] - un débit de fluide 2 à 500 bars de l'ordre de 0,5 1/mn, lorsque le moteur tourne dans le sens R'.- A fluid flow rate 2 to 500 bars of the order of 0.5 1 / min, when the engine rotates in the direction R '.
[0036] La microcentrale 1 selon l'invention trouve une application particulière dans le verrouillage ou le bridage de pièces à usiner par des vérins hydrauliques où l'on a besoin d’une approche rapide à basse pression et d’un blocage à haute pression.The microcentral 1 according to the invention finds a particular application in the locking or clamping of workpieces by hydraulic cylinders where there is a need for a rapid approach at low pressure and a blocking at high pressure .
[0037] Enfin, il va de soi que les exemples de microcentrale 1 conformes à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention.Finally, it goes without saying that the examples of microcentral 1 according to the invention which have just been described are only specific illustrations, in no way limiting the invention.
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