Contrôle de pression (2) - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Contrôle de pression (2)

1. Soupape de réduction de pression à action pilotée

La soupape de réduction de pression à tiroir auxiliaire ou à action pilotée (figure suivante) fonctionne différemment de la soupape précédente.

Soupape de réduction de pression à action pilotée :

En état de repos, la pression dans l'entrée n'a pas atteint le tarage du ressort (2) et le tiroir (4) se maintient en bas ; donc, l'orifice (C) est complètement ouvert.

Lorsque la pression de travail atteint le tarage du ressort (2), le clapet (1) recule et laisse circuler le fluide vers la purge, donc le dessus du tiroir (4) est dépressurisé. Maintenant, la pression à la sortie en passant par la conduite (D) peut soulever le tiroir (4) et refermer graduellement l'orifice (C). Les déplacements du tiroir (4) et du clapet (1) finissent par restreindre l'orifice (C) et réduire la pression par perte de charge (∆P).

Les soupapes de réduction de pression sont représentées différemment par les symboles Cetop de la compagnie Vickers (figure ci-dessous) et par la norme DIN-ISO de Rexroth (figure ci-après).

Symboles Cetop de soupapes de réduction de pression :

Symboles DIN-ISO de soupapes de réduction de pression :

Sélection d'une soupape de réduction de pression :

Les deux principaux facteurs qui déterminent l'emploi des soupapes de réduction de pression à action directe et à action pilotée sont :

  1. le débit qui va y circuler ;
  2. la réduction de pression désirée.

Voici l'équipement, les caractéristiques et le schéma d'implantation du circuit hydraulique (figure suivante) dans lequel on doit installer une soupape de réduction de pression sachant que :

- la pompe (3) débite 270 l/min ;

- la soupape de sécurité (4) est réglée à 200 bars ;

- la soupape de séquence (6) est réglée à 150 bars ;

- la soupape de réduction (8) est réglée pour 50 bars ;

- la soupape de réduction doit réduire la pression de 150 bars.

Sélection d'une soupape de réduction de pression :

Quelle soupape va répondre à ces besoins ?

Le symbole 8 représente une soupape de réduction de pression à action pilotée avec clapet incorporé ayant le symbole DIN-ISO. Il convient cependant de faire la recherche dans les catalogues appropriés.

2. Soupape d'équilibrage

On utilise la soupape d'équilibrage pour créer une résistance permettant de maintenir une charge ou de contrôler le moment du départ de la descente du vérin.

La figure suivante vous montre un schéma de contrôle de descente d'un vérin.

Soupape d'équilibrage :

Le tarage de la soupape permet de maintenir le piston en équilibre tant que la pression créée dans la chambre annulaire est plus faible que la pression préréglée par le mécanisme de tarage de la soupape.

Le fonctionnement de cette soupape est identique à celui de la soupape de séquence.

Voici les symboles utilisés selon les normes Cetop et DIN-ISO pour représenter des soupapes d'équilibrage (figures suivantes).

Symboles Cetop pour soupapes d'équilibrage :

Symboles DIN-ISO pour soupapes d'équilibrage :

Sélection d'une soupape d'équilibrage :

Lors de l'installation d'une soupape d'équilibrage, il faut connaître la valeur de la pression qui est générée à l'intérieur du récepteur (vérin ou moteur).

Cette pression est générée par la charge qui agit sur la surface effective du récepteur (figure suivante).

Circuit d'équilibrage 1 :

Lors de la sélection d'une soupape d'équilibrage, il est très important de contrôler la capacité de tarage de cette composante si l'on veut obtenir un résultat satisfaisant.

Or, comment procéder pour sélectionner la bonne soupape d'équilibrage à installer dans un circuit hydraulique dans lequel on veut contrôler la descente de la charge ?

Pour bien saisir la procédure, prenez le cas du circuit suivant (figure suivante).

Circuit d'équilibrage 2 :

Rappelez-vous que les deux critères de base pour le choix de la soupape sont :

  • la pression ;
  • le débit.

Premier critère : la pression de tarage

Trouvons la pression générée par la charge dans la chambre du vérin côté tige.

Formule :

Deuxième critère : le débit de circulation

Trouvons le débit qui circulera dans la soupape d'équilibrage pour que la charge puisse descendre à la vitesse de 18 mm/s.

Formule :

Qv = VS

Avec V = 18 mm/s = 18  10-3 m/s ;

D1 = 190 mm = 0,19 m ;

D2 = 90 mm = 0,09 m et,

Qv = 0,3958  10-3 m3/s soit 0,3958 l/s correspondant à 23,75 l/min

Qv = 23,75 l/min

Dans les catalogues des fabricants, vous trouverez donc la soupape correspondante.

3. Soupape de décharge

La soupape de décharge sert à libérer le fluide hydraulique dans le réservoir grâce à un pilote externe.

Le schéma suivant (figure 3.85) met en évidence un montage de deux pompes qui peut fournir :

  • soit un gros débit à faible pression ;
  • soit un petit débit à haute pression.

Dans le cas classique, c'est le débit de la grosse pompe qui est déversé au réservoir. Le fonctionnement du tiroir principal est identique à celui de la soupape de séquence.

Soupape de décharge :

Quelques recommandations lors de l'utilisation d'une soupape de décharge.

- La soupape de sécurité doit être réglée à au moins 10 bars de plus que la soupape de décharge.

- Pour éviter le problème de la contre pression dans la canalisation de retour de la soupape, il faut installer un drain externe.

- Il faut s'assurer que la soupape de sécurité ait un calibre suffisant pour supporter les deux débits simultanément.

Les symboles des soupapes de décharge utilisés en normes CETOP et DIN-ISO sont présentés ci-dessous (figures suivantes).

Symboles CETOP de soupapes de décharge :

Symboles DIN-ISO de soupapes de décharge :

 

Sélection d'une soupape de décharge :

Prenons une situation concrète (figure suivante).

L'unité de puissance hydraulique d'une presse est composée de deux pompes hydrauliques fonctionnant en action simultanée.

Les deux pompes sont de calibres volumétriques très différents ; la grosse débite 230 litres par minute tandis que la petite débite seulement 20 litres par minute. La soupape de sécurité est tarée à 140 bars.

Circuit de décharge :

Le schéma d'implantation montre que (230 litres par minute devront passer par la soupape de décharge pour se rendre au réservoir au moment choisi par le réglage du tarage de la soupape.Vous savez que le tarage d'une soupape de décharge devrait être, en principe, de 10 bars au moins au-dessous du tarage de la soupape de sécurité. Donc, en vous basant sur ces données 230 litres par minute et 140 bars de sécurité), vous trouverez chez les fabricants les modèles de soupapes de décharge appropriés.

Pour clore la présentation de la soupape de décharge, voici un exemple d'application industrielle avec un accumulateur (figure suivante).

Décharge et accumulateur :

 

4. Soupape de freinage

Les soupapes de freinage sont essentiellement du même type que les soupapes de sécurité ou les soupapes de séquence auxquelles on a apporté des modifications (figure suivante).

Soupape de freinage :

Remarquez bien les changements :

le tiroir principal ne comporte pas de passage interne comme les tiroirs de type standard ;

un orifice supplémentaire (F) donne accès au fluide dans la cavité située entre le tiroir principal et le piston piloté. Notez que la pression nécessaire pour soulever le tiroir principal est 16 fois plus élevée si on utilise l'orifice (D) au lieu de l'orifice (F).

Quand la charge s'oppose à la rotation du moteur hydraulique (E), la pression de travail agit sous le tiroir de la soupape (G) et la maintient en position ouverte.

Le fluide en provenance du moteur retourne au réservoir en passant par la soupape de freinage ouverte et le distributeur (C). Si on place le distributeur (C) dans sa position centrale, la pression branchée sur l'orifice (F) devient nulle, ce qui permet la descente et la fermeture du tiroir principal.

Dans la position centrale du distributeur (C), le moteur devient une pompe hydraulique car l'inertie de la charge continue à faire tourner le moteur. Le fluide, poussé dans la canalisation (G), crée une contre pression. Il agit alors sous le tiroir pilote et maintient le tiroir de la soupape dans une position intermédiaire qui permet au fluide de circuler jusqu'au réservoir en passant par le distributeur (C).

Quand la charge agit dans le même sens que la rotation du moteur hydraulique, on remarque une diminution de pression dans la canalisation d'admission du moteur hydraulique. Du même coup, elle entraîne une diminution de la pression dans la conduite (F). On assiste alors à la fermeture partielle de la soupape de freinage. Cette fermeture partielle réduit le débit retour du moteur et cause une augmentation de la contre pression dans la canalisation (G). La somme des pressions dans (F) et dans (G) maintient le tiroir dans une position permettant le contrôle de la charge liée au moteur.

Voici une application d'une soupape de freinage ainsi que le symbole utilisé par le fabricant Vickers (figure suivante).

Symbole CETOP pour soupape de freinage :

Sélection d'une soupape de freinage :

Lors de la sélection d'une soupape de freinage, il faut considérer la différence de pression qui existe entre la sortie et l'entrée d'un actionneur quand il sera soumis à une charge négative.

La quantité de fluide qui y circule détermine la taille des orifices et de la composante.

5. Conjoncteur - disjoncteur

Les conjoncteurs-disjoncteurs sont des soupapes de pression normalement fermées qui sont utilisées dans les circuits hydrauliques comportant un accumulateur :

  • La conjonction s'effectue lorsque le circuit hydraulique permet la circulation du fluide au réservoir ;
  • La disjonction s'effectue au même moment que la conjonction et sert à bloquer le circuit reliant l'accumulateur à la pompe.

Le principe d'un conjoncteur-disjoncteur illustré ci-après (figure suivante) suit le processus suivant:

Le fluide venant de l'orifice de pression se dirige d'abord dans la chambre (A), circule par l'orifice (X) pour passer dans la chambre (B). De là, il équilibre le tiroir principal (H) qui demeure fermé à l'orifice du réservoir.

Le fluide atteint le clapet de tarage (D) de la soupape en passant par (Y). En même temps, le fluide fait reculer le clapet de dérivation (C), remplit l'accumulateur et exerce une pression sur le poussoir (P). Lorsque la pression de tarage réglée par M est atteinte, le clapet (D) recule et laisse du fluide circuler vers le réservoir par l'orifice (Z).

Ainsi, la chambre (B) est dépressurisée et le tiroir (H) se soulève pour décharger complètement la pompe (pression) au réservoir.

A ce moment-là, le clapet (C) se referme et l'accumulateur fournit du fluide au système. L'accumulateur continue de fournir du fluide au système jusqu'à ce que la pression baisse aux environs de 80 % de celle réglée par le tarage (M) ; ce pourcentage est assujetti aux surfaces différentes du poussoir (P).

Circuit de conjoncteur-disjoncteur :

Le poussoir à action différentielle du conjoncteur-disjoncteur (figure suivante) a été agrandi pour vous permettre de mieux le visualiser.

Poussoir différentiel à action différentielle :

Il est important de remarquer la différence de surface entre le piston principal (R) du poussoir et la surface de l'orifice du clapet (D) qui est d'environ 80 % celle du piston (R).

Symbole et application des conjonteurs - disjoncteurs

La figure suivante décrit une application du conjoncteur-disjoncteur avec un accumulateur (symbole CETOP de Vickers) et la figure 3.97 représente la symbolisation DIN-ISO.

Symbole Cetop du conjoncteur-disjoncteur :

Symbole DIN-ISO du conjoncteur-disjoncteur :

En résumé sur le contrôle de pression :

A la suite de cette étude, vous devriez être en mesure de retenir plus particulièrement les points suivants :

Les soupapes (ou valves) de pression sont des composants qui agissent sous l'effet de la pression.

- Il existe quatre grandes familles de soupapes de pression :

  • les limiteurs de pression ;
  • les soupapes de séquence ;
  • les soupapes de réduction de pression ;
  • les soupapes de pression à fonctions multiples.

Les limiteurs de pression sont utilisés surtout comme soupapes de sécurité afin de protéger les composants d'un circuit hydraulique d'éventuelles surcharges.

Les soupapes de séquence permettent l'alimentation d'un circuit secondaire lorsque la pression déterminée est atteinte dans un circuit primaire.

Les soupapes de réduction de pression sont conçues pour assurer une baisse de pression dans un circuit secondaire.

La soupape de réduction de pression est normalement ouverte contrairement aux autres soupapes de pression.

D'autres soupapes de pression sont utilisées pour des fonctions différentes : certaines pour leur effet d'équilibrage, d'autres pour contrôler la descente d'un vérin, d'autres enfin pour provoquer une décharge dans un système à deux pompes afin de contrôler des approches et des fins de courses des vérins.

La soupape de freinage est utilisée surtout dans les moteurs hydrauliques quand on veut contrôler la décélération progressive ou lorsque le moteur hydraulique se retrouve en charge négative.

La soupape de pression conjoncteur-disjoncteur provoque aussi une décharge mais dans un système pompe-accumulateur.

Vous avez donc maintenant une vue d'ensemble des différentes soupapes de pression.

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