Appareils et instruments de contrôle (1) - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Appareils et instruments de contrôle (1)

Dans un circuit hydraulique, les appareils et instruments de contrôle (réservoirs, filtres, etc.) n'ont aucune influence sur les principes de base qui sont :

- la transformation de l'énergie ;

- l'adaptation de l'énergie ;

- l'acheminement de l'énergie.

Ils servent surtout à coordonner l'ensemble des paramètres et à donner de l'information sur la quantité et la qualité de ceux-ci.

Cette étude va vous exposer les divers appareils et les instruments de contrôle qu'on retrouve dans une installation hydraulique :

- les réservoirs et les filtres;

- les manomètres;

- les capteurs;

- les thermomètres;

- les indicateurs de vide;

- les thermostats;

- les indicateurs de niveau;

- les mano-contacts et les échangeurs thermiques.

Il ne s'agit que d'effectuer un rappel sur ces sujets puisqu'ils ont déjà été vus dans le cours du module "Pompes et moteurs hydrauliques".

1. Réservoir hydraulique

Toute installation hydraulique possède un réservoir qui doit principalement recueillir le fluide de travail nécessaire au fonctionnement de cette installation. Il s'agit généralement d'huile. Ce réservoir doit toutefois remplir d'autres tâches pour lesquelles, bien sûr il a été fabriqué.

Ainsi, le réservoir sert aussi au refroidissement du fluide par le circuit hydraulique.

Sa taille s'adapte au débit de la pompe et au réchauffement qui en résulte. On choisit le volume du réservoir afin qu'il ait environ 3 et jusqu'à 4 fois le débit de la pompe par minute. A cela s'ajoute un volume d'air de 10 à 15 % du volume de fluide pour compenser les variations de niveau.

Les petits réservoirs (ceux ayant une capacité de 40 litres ou moins) sont souvent fabriqués en métal léger avec des ailettes de refroidissement : ils offrent une meilleure conductibilité de la chaleur. Les gros réservoirs sont fabriqués surtout en construction soudée.

La plaque de recouvrement est généralement amovible sur les plus petits réservoirs ; elle est soudée définitivement sur les plus grands modèles.

Il faut alors prévoir, dans tous les cas, une trappe de visite. Des tôles de stabilisation, à l'intérieur, assurent la séparation entre les côtés de refoulement et d'aspiration et servent au raidissement (renfort). De ce fait, on obtient également le dépôt de particules de déchets et, éventuellement, l'élimination des bulles d'air qui pourraient se former.

Un fond monté en biais est avantageux, car les particules de déchets se déposent à l'endroit le plus bas. Avec une disposition adéquate de la canalisation d'aspiration, les particules peuvent difficilement retourner dans le circuit.

Un bouchon de vidange est prévu à l'endroit le plus bas pour le changement du fluide et le nettoyage du réservoir.

L'indicateur du niveau de fluide incorporé (viseur d'huile) permet un contrôle permanent du niveau minimal et maximal.

Réservoir :

Source : Vickers.

En examinant le schéma ci-dessus (figure ci-dessus), vous remarquerez que diverses pièces peuvent être montées ou insérées sur le couvercle du réservoir.

Il s'agit d' :

1-un tuyau d'aspiration et, si la construction le permet, une pompe et un moteur électrique accouplés ;

2- un tuyau de refoulement, éloigné le plus possible de la canalisation d'aspiration ;

3- un filtre pour la purification du fluide ;

4- un bouchon de remplissage et reniflard.

Voici les symboles utilisés pour les différents types de réservoirs (figure suivante).

Symboles du réservoir :

Les figures suivantes vous montrent, quant à elles, deux façons de représenter schématiquement un réservoir dans une installation hydraulique.

Symbolisation du réservoir :

Symbole unique :

2. Filtres

La qualité d'une installation hydraulique dépend de celle du filtre qui y est inséré.

Pour assurer le fonctionnement sécuritaire d'une installation hydraulique de haute sensibilité, il faut que l'huile soit exempte d'impuretés (particules d'acier, fibres, écailles, particules provenant de l'usure, etc.).

Les souillures doivent donc être enlevées de l'huile ; cela se fait en la faisant passer à travers un filtre.

Les filtres pour installations hydrauliques sont gradués selon la grosseur des particules qu'ils sont capables de retenir.

Par exemple, un filtre de 10 µm (micromètres) est un filtre pouvant retenir des particules supérieures à 10 µm (10/1 000 000 m ou 1/100 mm).

Filtres et tamis :

Les tamis sont différents des filtres.

Ils retiennent les particules assez grossières tandis que les filtres retiennent les plus petites. Habituellement, les tamis sont dotés d'une toile métallique s'opposant aux particules qui se meuvent dans un seul sens, cette toile ayant normalement une largeur de mailles de 75, 150 et 240 µm.

Les tamis sont utilisés sur la conduite d'aspiration de la pompe hydraulique immergée dans l'huile du réservoir.

Les filtres des installations hydrauliques ordinaires ont généralement un degré de filtrage situé entre 6 et 60 µm.

Plus l'installation est perfectionnée, plus elle exige un filtrage fin. L'élément filtrant peut être constitué, entre autres, en fibres, en métal poreux ou en filaments.

Ces éléments s'opposent aux particules circulant dans plusieurs sens. Les éléments filtrants peuvent être pourvus d'une cartouche magnétique leur permettant de retenir des particules inférieures au degré de filtrage nominal du filtre.

Filtres de plein débit et de débit partiel :

Il y a deux façons de grouper les filtres :

- selon la première on les divise en filtres de plein débit filtrant le débit total d'huile,et en filtres de débit partiel qui, eux, ne filtrent qu'une partie de l'huile.

- L'autre classement distingue les filtres d'aspiration, des filtres de pression et des filtres de retour, selon leur situation dans le système hydraulique.

D'une façon générale, on peut dire que les filtres de pression assurent la meilleure protection du système hydraulique ; en revanche, ils sont plus chers que les autres

Dans la plupart des installations hydrauliques, il suffit pourtant de filtrer l'huile de retour, en ayant recours en même temps à un filtre d'aspiration.

Si on utilise un filtre d'aspiration, il faut en choisir un ayant une ample capacité de passage de l'huile. Cela évite une perte de charge trop élevée lors du passage de l'huile dans l'élément filtrant sans affecter la capacité d'aspiration de la pompe.

Si la pression d'aspiration dépasse la valeur maximale admissible, il se produit une cavitation et après peu de temps de fonctionnement, la pompe sera endommagée.

Lorsque la pression dépasse la valeur réglée de la soupape (pression "by-pass"), on peut incorporer une soupape faisant passer l'huile en dérivation afin d'éviter une perte de charge trop élevée si le filtre est encrassé. Souvent, on équipe alors le filtre d'un indicateur renseignant à tout moment sur le degré d'encrassement du filtre, et ce, à la température de régime de l'huile.

Sélection d'un filtre :

Le choix du filtre et de ses dimensions dépend des considérations techniques suivantes :

- du type d'installation ;

- de la pression de l'installation ;

- du débit d'huile au passage par l'installation.

Il est important de considérer également les coûts. Rappelez-vous à ce sujet que :

- Si l'on ne filtre qu'une partie du fluide, on dépense moins d'énergie ;

- Les diverses positions du filtre (aspiration, pression, retour) demandent une dépense d'énergie différente pour la même qualité de filtration.

- Le filtrage fin demande plus d'énergie que le filtrage moyen ou gros pour une même quantité de fluide filtré.

Il existe des installations hydrauliques assez simples et assez robustes pour pouvoir fonctionner pendant longtemps sans aucune forme de filtrage. Toutefois ce procédé est à déconseiller.

Nettoyage et remplacement :

Dans le cas où le délai de remplacement du filtre n'est pas indiqué, il faut prévoir son changement ou son nettoyage après 50 heures dans une nouvelle installation.

Après 500 heures de marche, le filtre sera de nouveau nettoyé ou remplacé ; ensuite, il le sera à intervalles de 1 000 heures.

L'air pénétrant dans le réservoir y est déjà naturellement filtré. Le filtrage est simultanément conçu comme bouchon de remplissage pour le fluide.

Les différents types de filtres :

La filtration est d'une grande importance pour le maintien du bon fonctionnement d'une installation et pour sa durée de vie.

Des particules métalliques et des déchets produits par le frottement sur les éléments d'étanchéité de même que des poussières et des impuretés provenant de l'air peuvent se déposer dans le fluide, particulièrement pendant la mise en œuvre.

Ces particules sont retenues par les filtres. Sinon, elles bouchent ou endommagent peu à peu les voyants de commande essentiels et les taraudages de l'installation. Les perturbations en résultant peuvent être très importantes.

De plus, les particules tels que poussières, sables, etc, provoquent une forte usure sur les parties mobiles. Il existe différentes dispositions de filtres dans un circuit, qui sont dimensionnées selon leur point d'insertion.

Filtre de compensation d'air :

Lorsque le niveau de fluide varie dans le réservoir à la suite d'une fluctuation (besoin inégal) dans le circuit, le filtre d'air assure la compensation d'air entre le réservoir et l'environnement. On dit alors que le réservoir "respire".

Filtre d'aspiration :

Le montage du filtre se fait dans la canalisation d'aspiration pour protéger la pompe des dommages causés par des corps étrangers.

Filtre de pression :

Le filtre de pression est monté, comme son nom l'indique, dans le débit du fluide. On pose le filtre, le plus souvent directement avant l'appareil de pilotage ou avant l'appareil de régulation.

Filtre de retour :

Le filtre de retour (figure suivante) est composé de différentes rondelles de filtration, empilées les unes sur les autres et maintenues en place par des boulons de fixation.

Les rondelles sont munies des deux côtés de grandes gorges tracées en biais, correspondant au degré de filtration. Les gorges de deux rondelles voisines sont tracées en croix pour maintenir la grandeur des gorges et un labyrinthe de fentes de filtration, lors du serrage des rondelles de filtration.

Filtre de retour :

Source : Vickers.

Ce filtre peut être muni d'un indicateur électrique de colmatage.

Avec un colmatage croissant, la pression monte et soulève une tige chargée d'un ressort, qui actionne un micro-contact avec lequel on peut, par exemple, commander électriquement des signaux optiques ou acoustiques. De plus, une lampe témoin est insérée et utilisée pour l'indication optique sur l'appareil lui-même.

Le montage du filtre de retour se fait évidemment dans la canalisation de refoulement. C'est ce type de montage de filtre qui est le plus souvent prévu. On utilise les symbolisations suivantes pour illustrer les différents types de filtres (figure suivante).

Symboles graphiques des filtres :

Source : CEMEQ.

3. Manomètres

Les manomètres (figure suivante) sont des appareils servant à mesurer la pression du fluide à l'intérieur du circuit hydraulique ou le vide.

Manomètre :

Il existe deux types de manomètres, les manomètres secs et les manomètres à bain :

Les manomètres secs sont utilisés pour la mesure des pressions statiques ou variant lentement. Si les manomètres sont soumis à des vibrations, il est nécessaire d'utiliser des manomètres à bain.

Les manomètres à bain sont remplis d'un fluide (généralement de la glycérine) qui amortit les mouvements du tube de mesure et contribue ainsi à la lubrification du mécanisme.

La gamme de manomètres normalisés est la suivante (figure suivante). Les pressions mesurées sont relatives, c'est-à-dire que le zéro du cadran correspond à la pression atmosphérique.

Gamme de pression de manomètres :

Source : Eurotecmedia.

On représente graphiquement le manomètre de la façon suivante (figure suivante).

Symbolisation du manomètre :

Source : CEMEQ.

Le manomètre à indication de vide (aussi appelé vacuomètre) est identique à un manomètre à pression, mais il est calibré pour indiquer la pression barométrique (environ 1 bar ou 105 pascals…).

La variation de la pression atmosphérique sera indiquée par l'indicateur de vide. Le même symbole est utilisé sur un schéma, mais il faut le noter sur le plan de montage.

Il est préférable d'utiliser un manomètre qui permet de relever des lectures situées dans le tiers central de l'échelle du manomètre. La pression recommandée se situe entre 20 et 30 bars.

Indicateurs numériques :

Ils permettent de fournir une information manométrique au moyen d'affichage numérique.

La gamme de pression mesurée est de 0 à 999 bars et 0 à 1999 bars. La figure suivante montre un indicateur numérique.

Indicateur numérique :

Source : Citec.

4. Les capteurs

Ils sont utilisés quand les valeurs manométriques doivent êtres exploitées à distance, ou par des ordinateurs ou par des automates (microprocesseurs) à l'entrée analogique.

Ils permettent la mesure de la pression absolue, différentielle, relative, etc. La figure ci-dessous montre la présentation d'un capteur et la figure ci-après son symbole.

Capteurs de pression relative :

Source : Citec.

Symbole de capteur :

Source : Eurotecmedia.

5. Thermomètre 

Le thermomètre est un appareil qui sert uniquement à relever une mesure de température.

La figure suivante illustre la représentation schématique du thermomètre.

 

 

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