Principaux types de pompes hydrauliques volumétriques (introduction) - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Principaux types de pompes hydrauliques volumétriques (introduction)

 Principaux types de pompes hydrauliques volumétriques

Il existe plusieurs types de pompes hydrauliques volumétriques.

A chaque type de pompe correspondent une nature et un agencement particulier des pièces mobiles internes.

Quel qu'en soit le type, une pompe hydraulique remplit essentiellement le même rôle, c'est celui de faire circuler un liquide.

Le fonctionnement de tous les types de pompes repose sur le même principe:

  • Lorsque la pompe est mise en marche par l'intermédiaire de sa source motrice, les pièces mobiles internes se déplacent et attirent l'air qui se trouve dans la canalisation du côté de l'admission de la pompe.
  • Ce mouvement des pièces internes crée un vide partiel.
  • La pression atmosphérique agit alors sur la surface du liquide contenu dans le réservoir en poussant ce fluide vers l'admission de la pompe.
  • Le fluide est ensuite entraîné par les pièces mobiles et finalement refoulé vers le système hydraulique à actionner.

Ce cours porte sur les différents types de pompes hydrauliques volumétriques:

  • Pompes à engrenage,
  • pompes à palettes,
  • pompes à pistons.

Vous verrez quelles sont les pièces mobiles qui caractérisent ces divers types de pompes ainsi que l'interaction de ces composants.

Pompes à engrenage

Les pompes hydrauliques volumétriques à engrenage sont de constitution simple parce qu'elles ne possèdent que peu de pièces mobiles internes.

Ce type de pompe:

  • présente l'avantage d'être celui le moins coûteux.
  • offre un rendement volumétrique  peu élevé.
  • est à cylindrée fixe.

D'une manière générale, les pompes à engrenage présentent deux inconvénients :

  1. lorsqu'elles sont sollicitées à de faibles débits, ceux-ci sont irréguliers avec pour conséquence d'agir sur le niveau sonore.
  2. à cause des fuites internes affectant le rendement volumique, elles ne peuvent être utilisées en cas de hautes pressions, ce qui entraîne des pressions de refoulement n'excédant pas 250 bars.

Ces pompes sont à débit constant de par leur conception.

Comme le nom l'indique, les pompes à engrenage renferment deux roues dentées qui s'engrènent (s'engagent) l'une dans l'autre.

Il existe deux catégories de pompes à engrenage :

  1. les pompes à engrenage externe ;
  2. les pompes à engrenage interne.

Pompes à engrenage externe: principe

Les pompes à engrenage externe tirent leur nom de la position de leurs roues dentées.

Ces roues sont placées l'une à côté de l'autre et s'engagent l'une dans l'autre par leurs dents se trouvant sur leur circonférence (figure 1.9).

Figure 1.9     Principe de fonctionnement d'une pompe à engrenage.

Les pompes à engrenage externe comportent:

  • une roue dentée menée:
  • La roue dentée menante reçoit son mouvement d'un moteur.

Ces roues tournent en sens opposé en s'engrenant l'une dans l'autre.

En face de l'orifice d'admission, les deux roues dentées se séparent en créant un vide partiel comblé par l'huile provenant du réservoir.

L'huile est ensuite transportée par les alvéoles formées par le creux des dents et le corps de la pompe.

Des plaquettes assurent l'étanchéité axiale des alvéoles, c'est-à-dire qu'elles empêchent l'huile de fuir par les côtés des alvéoles.

Au fur et à mesure que les dents se réengagent, l'huile est évacuée vers l'orifice de refoulement.

La figure 1.9 donne le principe de fonctionnement d'une pompe à engrenage. (appuyer sur Marche)

Sous l'effet de la pression existant du côté du refoulement de la pompe, les deux roues dentées sont poussées contre le corps de la pompe à cause de l'espace existant entre la face des dents des roues dentées et le corps de la pompe.

L'engrènement précis des dents assure l'étanchéité entre l'aspiration et le refoulement et réduit les fuites internes à un niveau minimum.

  • L'espace disponible tend à s'amplifier à mesure que la pompe prend de l'âge et s'use.
  • Les pertes volumétriques augmentent donc en fonction de l'usure de la pompe.
  • Il en résulte un faible rendement volumétrique.

 

Pompes à engrenage externe:construction

La figure 1.10 vous montre une vue éclatée d'une pompe à engrenage externe. Vous pouvez y remarquer la plaquette d'étanchéité qui assure l'étanchéité axiale de la pompe.

Figure 1.10   Vue éclatée d'une pompe à engrenage externe.

cliquez sur les éléments pour avoir leur définition.

Parker

La figure 1.11 présente une vue en coupe d'une pompe à engrenage externe.

Figure 1.11   Vue en coupe d'une pompe à engrenage externe.

Il existe également des pompes à engrenage externe double.

Une pompe à engrenage double est en fait l'union de deux pompes à engrenage, lesquelles sont entraînées par le même arbre d'accouplement.

La figure 1.12 vous montre une vue en coupe d'une pompe à engrenage externe double.

Figure 1.12   Pompe à engrenage externe double.

Bosch

Les pompes à engrenage externe double ont les mêmes caractéristiques de fonctionnement qu'une pompe à engrenage externe simple:

  • Elles possèdent un seul orifice d'admission commun aux deux pompes.
  • Chacune des pompes fournit son propre débit par son propre orifice de refoulement.

Une pompe à engrenage externe double peut alimenter deux circuits hydrauliques indépendants ou fournir un plus grand débit à un seul circuit.

Le montage d'une pompe triple est également possible.

Vous pouvez voir à la figure 1.13 les symboles utilisés pour représenter les pompes simples, doubles et triples.

Notez que ces symboles concernent tous les types de pompes.

Figure 1.13   Symboles standards des pompes.

Axcom

Pompes à engrenage interne

Les pompes à engrenage interne tirent leur nom du fait qu'elles possèdent comme pièce mobile une roue à denture interne (figure 1.14).

Figure 1.14   Roue à denture interne.

Il existe deux principaux types de pompes à engrenage interne :

  1. les pompes à engrenage interne à croissant ;
  2. les pompes à engrenage interne à gérotor.

Pompes à engrenage interne à croissant

La pompe à engrenage interne à croissant comprend deux roues à denture:

  • une roue à denture interne
  • une roue à denture externe,

Ces roues sont séparées par un croissant fixe.

  • La roue à denture externe entraîne la roue à denture interne.
  • la roue à denture externe est excentrique par rapport à la roue à denture interne;
  • les deux roues dentées tournent dans le même sens.

La figure 1.15 représente le principe de fonctionnement d'une pompe à engrenage interne à croissant.

Figure 1.15   Principe de fonctionnement d'une pompe à engrenage interne à croissant.

Vickers

Il existe des pompes double ou triple à engrenage interne à croissant.

Pompes à engrenage interne à gérotor

Le fonctionnement des pompes à engrenage interne à gérotor ressemble beaucoup à celui des pompes à engrenage interne à croissant.

La figure 1.16 vous présente le cycle de fonctionnement.

Figure 1.16   Cycle de fonctionnement d'une pompe à engrenage interne à gérotor.

Sur cette figure:

  • le lobe en pointillé de gauche représente l'orifice de refoulement,
  • tandis que celui de droite représente l'orifice d'admission (partie A de la figure 1.16).

Fonctionnement:

  1. La rotation des deux roues dentées se fait dans le sens des aiguilles d'une montre (sens horaire).
  2. Le fluide hydraulique est aspiré par la cavité créée lors du désengagement des deux roues dentées.
  3. Le désengagement s'effectue vis-à-vis de l'orifice d'admission (parties B et C de la figure 1.16).
  4. Le fluide devient prisonnier dans l'alvéole créée entre les roues à denture externe et interne (partie D de la figure 1.16).
  5. Lors du réengagement des deux roues à denture (parties E, F et G de la figure 1.16), le fluide est refoulé vers l'orifice de refoulement.
  6. Le cycle, ainsi complété, recommence.

La figure 1.17 vous présente une vue en coupe d'une pompe à engrenage interne à gérotor.

Figure 1.17   Vue en coupe d'une pompe à engrenage interne à gérotor.

Il existe également des pompes doubles à engrenage interne à gérotor.

Certaines de ces pompes possèdent deux orifices d'admission indépendants et deux orifices de refoulement indépendants. figure 1.18

Figure 1.18   Pompe double à engrenage interne à gérotor (orifices indépendants).

D'autres pompes du même type possèdent un seul orifice d'admission et un seul orifice de refoulement. figure 1.19.

Figure 1.19   Pompe double à engrenage interne à gérotor (orifices communs).

Dans le cas des pompes doubles à un seul orifice d'admission et un seul orifice de refoulement, l'admission et le refoulement se divisent en deux à l'intérieur du carter de la pompe.

Pompes à palettes

Les pompes hydrauliques volumétriques à palettes sont fréquemment utilisées parce qu'elles ont un bon rendement volumétrique :

  • Elles offrent généralement un meilleur rendement volumétrique que les pompes à engrenage.
  • Elles sont toutefois plus coûteuses que ces dernières.

Les pompes à palettes renferment des palettes:

  • Celles-ci sont de forme rectangulaire;
  • et sont introduites à l'intérieur du rotor par l'entremise de rainures radiales (figure 1.23). Les palettes peuvent donc se déplacer radialement.

Figure 1.23   Rotor d'une pompe hydraulique volumétrique à palettes.

Vickers

Il existe deux catégories de pompes à palettes :

  1. les pompes à palettes à cylindrée fixe;
  2. les pompes à palettes à cylindrée variable.

Pompes à palettes à cylindrée fixe

 

Les pompes à palettes à cylindrée fixe se divisent en deux groupes :

  1. les pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor non balancé;
  2. les pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor balancé.

Pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor non balancé

Les pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor non balancé La figure 1.24 ont un principe de fonctionnement relativement simple:

  • Le rotor dans lequel sont introduites les palettes, est installé dans le carter de la pompe.

  • Il est excentrique par rapport au centre du corps de la pompe.

Figure 1.24   Principe de fonctionnement d'une pompe à palettes à cylindrée fixe à rotor non balancé.

Fonctionnement:

Le rotor est entraîné dans un mouvement de rotation grâce à l'arbre d'accouplement relié à la source motrice de la pompe.

La force centrifuge, ainsi créée, pousse les palettes contre une couronne circulaire. Lorsque le rotor tourne, les palettes suivent le contour de la couronne. Il est à noter que le chanfrein de la palette suit toujours le sens de rotation. Il en est ainsi pour tous les types de pompes à palettes.

A cause de l'excentricité du rotor par rapport à la couronne, les palettes divisent l'espace compris entre le rotor et la couronne en une série d'alvéoles. L'aspiration de la pompe se fait à l'endroit où les alvéoles augmentent de volume. Il se crée ainsi un vide partiel qui sera comblé par l'huile hydraulique poussée dans ces alvéoles par la pression atmosphérique agissant dans le réservoir.

L'huile emprisonnée dans les alvéoles est ensuite acheminée vers l'orifice de refoulement de la pompe. Par la suite, la diminution du volume des alvéoles force l'expulsion de l'huile vers l'orifice de refoulement.

Une force de poussée est appliquée sur le rotor de la pompe puisque la pression existant du côté du refoulement est exercée d'un seul côté.

A cause de ce déséquilibre de force ainsi créé sur le rotor, ce type de pompe est appelé pompe à palettes à rotor non balancé. Il est à noter que ce déséquilibre de force entraîne une réduction de la longévité de la pompe.

Or, pour remédier au déséquilibre de force existant dans un pompe à palettes à rotor non balancé, on a recours à une pompe à palettes de construction légèrement différente:

  • la pompe à palettes à rotor balancé.

Pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor balancé

Dans une pompe à palettes à cylindrée fixe à rotor balancé, la pression exerce une force sur deux côtés opposés (180°) du rotor.

Ainsi, l'opposition des forces créées par la pression permet d'annuler l'effet de déséquilibre néfaste au roulement (figure 1.25).

Figure 1.25   Opposition des forces créées par la pression.

Le principe de fonctionnement des pompes à palettes à rotor balancé est le même que celui des pompes à palettes à rotor non balancé.

La seule distinction se trouve au niveau de la forme de la couronne. En effet, cette dernière est de forme ovale.

En fonctionnement, cela se traduit par deux admissions et deux refoulements par tour du rotor. Les deux orifices de refoulement sont opposés (180°), tout comme ceux d'admission, ce qui permet d'équilibrer les roulements et autres pièces internes en rotation.

Les pompes à palettes à rotor balancé résistent mieux aux montées de la pression du côté du refoulement. De plus, leur durée de vie est généralement plus longue que celle des pompes à palettes à rotor non balancé.

Il est possible d'inverser le sens de rotation du rotor d'une pompe à palettes à rotor balancé tout en conservant les mêmes fonctions données pour chaque orifice d'admission et de refoulement. Pour ce faire, il suffit d'inverser la couronne en lui faisant faire une rotation de 90°.

En examinant la partie A de la figure 1.26, on remarque que le sens de rotation du rotor est antihoraire. Par contre, à la partie B, la couronne est inversée de 90°, amenant la rotation en sens horaire. Il est à noter que les orifices d'admission et de refoulement ont conservé leur fonction.

Figure 1.26   Inversion du sens de rotation du rotor.

Afin d'augmenter l'étanchéité au point de contact entre les palettes et la couronne, une pression d'huile ou un ressort est appliqué sous les palettes afin que la force centrifuge pousse les palettes contre la couronne ou le corps de la pompe.

La figure 1.27 vous montre une vue en coupe d'une pompe à palettes à rotor balancé.

Figure 1.27   Vue en coupe d'une pompe à palettes à rotor balancé.

Vickers

La pression qui existe du côté du refoulement est appliquée sous les palettes par l'intermédiaire d'une rainure dans la plaque de poussée. Cette dernière sert à maintenir l'étanchéité latérale des alvéoles. Cette plaque de poussée est maintenue entre la couronne et les palettes par l'entremise d'un ressort et de la pression existant du côté du refoulement.

Pompes à palettes à rotor balancé pour haute pression

Il existe sur le marché des pompes à palettes à rotor balancé pouvant fonctionner sous de hautes pressions (170 bars) et à grande vitesse (1 800 tr/min).

Ces pompes ont toujours le même principe de fonctionnement. Toutefois, elles ont subi quelques modifications.

Les pompes à palettes à rotor balancé à haute pression sont conçues pour fonctionner à des pressions de 170 bars et plus.

Sous de telles pressions, une pompe à palettes à rotor balancé avec palettes rectangulaires appliquerait une telle force sous les palettes qu'il en résulterait une usure très rapide des palettes et de la couronne. C'est pourquoi, pour prévenir cette usure prématurée, des trous sont percés dans le rotor.

Ceci permet à la pression existant du côté du refoulement de s'appliquer en dessous de toute la surface de la palette, et ce, uniquement dans le quadrant de haute pression. En effet, le quadrant de haute pression est celui qui requiert l'étanchéité maximale entre les palettes et la couronne afin de limiter les fuites.

La figure 1.28 vous montre une pompe à palettes à rotor balancé pour haute pression.

Figure 1.28   Pompe à palettes à rotor balancé pour haute pression.

Axcom

Dans le quadrant de basse pression, la pression sous la palette devient alors nulle puisque c'est la pression existant à l'orifice d'admission qui s'y applique. La poussée de la palette contre la couronne est assurée par la pression de l'orifice de refoulement qui est emprisonnée dans la chambre centrale évidée de la palette. La pression qui est dans la chambre centrale évidée de la palette est acheminée par la plaque de support du côté du refoulement.

En cas de bris, pour assurer le remplacement rapide des pièces mobiles internes d'une pompe à palettes à rotor balancé pour haute pression, on utilise une cartouche pré-assemblée par le fabricant. Une cartouche est constituée de la couronne, du rotor, des palettes et des plaques de support du côté de l'admission et de celui du refoulement.

La figure 1.29 vous montre une cartouche pré-assemblée. Cette cartouche renferme tous les éléments rotatifs.

Figure 1.29   Cartouche pré-assemblée.

Vickers

A la figure 1.30 apparaît une cartouche pré-assemblée dont la plaque de support du côté de l'admission a été retirée.

Figure 1.30   Intérieur d'une cartouche pré-assemblée.

Vickers

La figure 1.31 vous montre une vue en coupe d'une pompe à palettes à rotor balancé pour haute pression.

Figure 1.31   Vue en coupe d'une pompe à palettes à rotor balancé pour haute pression.

Vickers

Pompes à palettes à cylindrée variable

Les pompes à palettes à débit fixe, qu'elles soient à rotor balancé ou non balancé, présentent un inconvénient majeur :

  • leur cylindrée et, par conséquent, leur débit sont fixes.

Dans un circuit hydraulique, le volume d'huile nécessaire pour alimenter les composants est rarement constant. Lorsque le circuit requiert moins d'huile, l'excédent fourni par une pompe à cylindrée fixe est évacué par la valve de sûreté.

Il en résulte une perte de débit et nécessairement un gaspillage d'énergie. Pour remédier à cette situation, on a recours à une pompe à cylindrée variable.

Les pompes à palettes à cylindrée variable permettent de fournir un débit variable qui s'ajuste à la demande du circuit hydraulique.

Principe de fonctionnement de base de ce type de pompe:

  • La pompe à débit variable fournit un débit maximal.
  • Lorsque le circuit hydraulique requiert moins d'huile, le débit excédentaire fait augmenter la pression du côté du refoulement de la pompe, cette augmentation de pression réduit la cylindrée de la pompe.

On trouve des pompes à palettes à cylindrée variable avec rotor non balancé ou balancé.

Pompes à palettes à cylindrée variable à rotor non balancé

Le principe de fonctionnement de base d'une pompe à palettes à cylindrée variable à rotor non balancé est le même que celui d'une pompe à palettes à cylindrée fixe à rotor non balancé.

Dans une pompe à palettes à cylindrée variable, il existe toutefois une distinction :

  • la couronne est mobile.

Le déplacement de la couronne mobile modifie l'excentricité de celle-ci par rapport au rotor, ce qui entraîne la variation de la cylindrée de la pompe.

Lorsque la couronne mobile est centrée par rapport au rotor:

  • la cylindrée de la pompe est alors nulle, puisque les alvéoles ne subissent aucune variation de leur volume.

Par contre, lorsque l'excentricité de la couronne mobile est maximale:

  • la cylindrée de la pompe est maximale.

La figure 1.32 vous montre une vue en coupe d'une pompe à palettes à cylindrée variable à rotor non balancé.

Figure 1.32   Pompe à palettes à cylindrée variable à rotor non balancé.

En examinant la figure 1.32, vous remarquerez que l'excentricité maximale de la couronne mobile par rapport au rotor est ajustable au moyen d'une vis. La modification de la cylindrée de la pompe s'effectue en fonction de la pression au refoulement.

La cylindrée maximale et, par le fait même le débit maximal (Qv), est ajustée à l'aide de la vis d'ajustement de la cylindrée.

Au fur et à mesure que la pression du système augmente, le débit diminue légèrement à cause des fuites internes de la pompe.

Lorsque la pression du système est suffisante pour vaincre la force du ressort, la couronne mobile se centre par rapport au rotor, puis le débit chute rapidement à zéro.

La précontrainte du ressort est plus ou moins élevée selon l'ajustement effectué à l'aide de la vis du compensateur.

La pression d'ajustement du compensateur est toujours légèrement plus haute que la pression requise dans le circuit pour déplacer les charges.

Il existe également des dispositifs de réglage de la cylindrée adaptés à l'automatisation. Ces dispositifs peuvent être:

  • mécaniques,
  • hydrauliques,
  • pneumatiques,
  • électriques.

En voici quelques exemples :

- cylindrée variable à contrôle de débit (flow control) ;

- cylindrée variable à pression pilote (remote pressure control) ;

- cylindrée variable à pression et à puissance contrôlées (pressure and horse-power control) ;

- cylindrée variable à pression et à débit contrôlés (pressure control and flow control ; load sensing) ;

- cylindrée variable à pression, à puissance et à débit contrôlés (pressure, horse-power and flow control).

Le comportement d'une pompe à palettes à cylindrée variable à rotor non balancé est représenté à la figure 1.33. Vous pouvez y voir une courbe de débit en fonction de la pression.

Figure 1.33   Le débit en fonction de la pression.

Axcom

 

Pompes à palettes à cylindrée variable à rotor balancé

Les pompes à palettes à cylindrée variable à rotor balancé ont le même principe de fonctionnement que les pompes à palettes à cylindrée fixe à rotor balancé.

Il y a deux admissions et deux refoulements par tour afin d'annuler les forces engendrées par la pression au refoulement.

  • Toutefois, on remarque une distinction au niveau du rotor. Il y a deux palettes installées côte à côte dans la même rainure.

La figure 1.34 vous montre le rotor d'une pompe à palettes à cylindrée variable.

Figure 1.34   Rotor d'une pompe à palettes à cylindrée variable.

Vickers

Les deux étages de palettes ainsi créés possèdent leur propre couronne. Il y a deux pompes dans la même cartouche.

Sur la figure 1.34, vous pouvez remarquer des dents sur la couronne. Ces dents servent à faire tourner les couronnes l'une par rapport à l'autre. Lorsque les deux couronnes mobiles sont alignées, la cylindrée de la pompe est alors maximale. Le déplacement des couronnes s'effectue en fonction de la pression au refoulement de la pompe.

La figure 1.35 vous montre une pompe à palettes à cylindrée variable à rotor balancé ainsi que sa cartouche.

Figure 1.35   Pompe à palettes à cylindrée variable à rotor balancé.

Vickers

Pompes à pistons

Les pompes hydrauliques volumétriques à pistons fonctionnent toutes selon le même principe.

fonctionnement:

Les pistons sont animés d'un mouvement de va-et-vient.

Ces pompes sont donc quelquefois appelées "pompes alternatives" à cause du mouvement alternatif des pistons à l'intérieur de son cylindre pour créer une chambre à volume variable.

Les pompes à pistons offrent le meilleur rendement volumétrique  et sont toutefois les plus coûteuses.

Dans ce type de pompe, le fluide peut se trouver à des pressions élevées, de l'ordre de 420 bars.

Le mouvement alternatif des pistons implique une phase de refoulement de durée t, à laquelle succédera une phase d'aspiration de même durée.

Bien que le principe général de fonctionnement en est identique, les différentes pompes actuellement commercialisées se distinguent essentiellement par la disposition des pistons.

Il existe deux principes de montage des pistons dans le carter de la pompe :

  • le montage radial,
  • le montage axial.

Pompes à pistons radiaux

Les pistons sont disposés selon un rayon.

Les pompes à pistons radiaux se divisent en deux groupes :

  1. les pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant ;
  2. les pompes à pistons radiaux à bloc cylindre fixe.

Pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant à cylindrée fixe

Les pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant et à cylindrée fixe contiennent des pistons qui sont disposés radialement dans le bloc cylindre par l'intermédiaire d'alésage.

La figure 1.38 représente le principe de fonctionnement d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre tournant.

Fonctionnement:

  • En tournant, le bloc cylindre crée une force centrifuge qui force les pistons à suivre la couronne.
  • La couronne est excentrique par rapport au bloc cylindre, ce qui engendre un mouvement de va-et-vient des pistons dans leur alésage.
  • En sortant du bloc cylindre, les pistons créent un vide partiel qui sera comblé par l'huile hydraulique poussée par la pression atmosphérique agissant dans le réservoir.
  • L'huile est acheminée aux pistons par l'intermédiaire d'un boisseau (tuyau s'emboîtant dans un autre) central fixe.
  • la partie inférieure du boisseau correspond à l'orifice d'admission lorsque la rotation est dans le sens horaire puisque les pistons sont forcés de sortir de leur alésage vis-à-vis cet orifice.
  • L'huile emprisonnée dans l'alésage du piston est ensuite transportée vers l'orifice de refoulement qui correspond à la partie supérieure du boisseau central.
  • A cause de l'excentricité de la couronne par rapport au bloc cylindre, les pistons entrent dans leur alésage et refoulent ainsi l'huile vers l'orifice de refoulement.

Figure 1.38   Principe de fonctionnement d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre tournant.

Pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant à cylindrée variable

On trouve également des pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant avec cylindrée variable.

La figure 1.39 vous montre une vue en coupe d'une pompe de ce type.

Figure 1.39   Vue en coupe d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre tournant à cylindrée variable.

Bosch

Dans ce type de pompe, la cylindrée est modifiée en réduisant l'excentricité de la couronne par rapport au bloc cylindre.

Le déplacement de la couronne est réglé à l'aide d'un compensateur de pression qui réagit selon la pression existante au refoulement.

Pompes à pistons radiaux à bloc cylindre fixe

Les pompes à pistons radiaux à bloc cylindre fixe contiennent des pistons qui sont disposés radialement dans un bloc cylindre fixe.

Les pistons sont introduits dans le bloc cylindre par l'intermédiaire d'alésages.

La figure 1.40 représente le principe de fonctionnement d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre fixe.

Figure 1.40   Principe de fonctionnement d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre fixe.

Le mécanisme d'entraînement consiste en un bloc poussoir raccordé à un vilebrequin.

Le mouvement excentrique du bloc poussoir vient ainsi engendrer un mouvement alternatif à chacun des pistons.

Lorsqu'un piston sort de son alésage, son clapet d'admission s'ouvre pendant que son clapet de refoulement se ferme. L'alésage du piston se remplit ainsi d'huile qui passe par le centre du piston. L'huile provient de la chambre centrale.

Lorsqu'un piston entre dans son alésage, son clapet d'admission se ferme tandis que son clapet de refoulement s'ouvre. L'huile contenue dans l'alésage du piston est alors expulsée dans la chambre de refoulement, puis vers l'orifice de refoulement.

Pompes à pistons axiaux

Les pompes à pistons axiaux se divisent en deux catégories :

  1. les pompes à pistons axiaux à axe droit ;
  2. les pompes à pistons axiaux à axe brisé.

Pompes à pistons axiaux à axe droit à cylindrée fixe

Les pompes à pistons axiaux à axe droit contiennent des pistons qui sont disposés axialement dans le bloc cylindre.

La figure 1.41 vous montre le principe de fonctionnement d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

Figure 1.41   Principe de fonctionnement d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

Vickers

Les pistons sont introduits dans les alésages du bloc cylindre. L'autre extrémité des pistons, appelée patin, est retenue à l'aide de la plaque de retenue.

L'arbre d'accouplement relié au bloc cylindre donne un mouvement de rotation au bloc cylindre, aux pistons et à la plaque de retenue. En tournant, la plaque de retenue fait glisser les patins des pistons sur la plaque de poussée qui est fixée dans le corps de la pompe. La plaque de poussée, en plus d'être fixe, est inclinée. En tournant sur la plaque de poussée, les pistons suivent l'angle d'inclinaison de cette dernière. Ils sont ainsi animés d'un mouvement alternatif dans leur alésage.

Pendant la sortie des pistons des alésages, un vide partiel est créé, ce qui concorde avec le passage des pistons vis-à-vis de l'orifice d'admission de la pompe. L'huile contenue dans le réservoir est ainsi poussée par la pression atmosphérique dans les alésages du bloc cylindre.

Lorsque les pistons entrent dans leur alésage, ils forcent l'huile emprisonnée dans les alésages à passer au travers l'orifice de refoulement de la plaque de distribution, puis à se diriger vers l'orifice de refoulement de la pompe.

La figure 1.42 vous montre une vue en coupe d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

Figure 1.42   Vue en coupe d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

Vickers

Pompes à pistons axiaux à axe droit à cylindrée variable

Dans ce type de pompe, la plaque de poussée est toujours fixe mais son inclinaison peut varier.

La plaque de poussée est maintenue à son angle maximal grâce à un ressort qui pousse sur une plaque pivotante.La pompe fournit ainsi un débit maximal.

Figure 1.43   Pompe à pistons axiaux à axe droit à cylindrée variable.

Vickers

Lorsque la pression augmente du côté de l'orifice du refoulement, l'inclinaison de la plaque de poussée est réduite, ce qui diminue la cylindrée.

La figure 1.44 vous montre trois inclinaisons différentes de la plaque de poussée ainsi que les trois cylindrées correspondantes.

Figure 1.44   Variation de la cylindrée d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

Vickers

Lorsque la plaque de poussée est à un angle maximal d'inclinaison, la cylindrée est alors maximale. Lorsque l'angle d'inclinaison est nul, la cylindrée de la pompe est nulle. L'inclinaison de la plaque de poussée est contrôlée par un compensateur de pression et un servopiston.

La figure 1.45 vous montre une vue en coupe d'une pompe à pistons axiaux à axe droit à cylindrée variable.

Figure 1.45   Vue en coupe d'une pompe à pistons axiaux à axe droit à cylindrée variable.

Parker

Sur cette figure, l'admission se situe en bas puisque les pistons sortent de leur alésage à cet endroit. Le refoulement est situé en haut.

Dans le conduit de refoulement, un canal permet de transmettre la pression du côté du refoulement sur le tiroir du compensateur de pression. Sur la figure 1.44, le tiroir du compensateur est maintenu vers la gauche à l'aide d'un ressort. La force de ce ressort détermine la pression à laquelle la cylindrée de la pompe sera réduite.

Lorsque la pression du côté du refoulement devient suffisamment grande, le tiroir du compensateur est déplacé vers la droite. La pression peut donc ainsi se bâtir à l'intérieur du servopiston. Ce dernier se déplace vers la droite et vient alors réduire l'inclinaison de la plaque de poussée et la cylindrée de la pompe.

Lorsque la pression du côté du refoulement diminue, le tiroir du compensateur est repoussé vers la gauche. Le servopiston se déplace vers la gauche en libérant son surplus d'huile dans le carter de la pompe. La cylindrée de la pompe redevient ainsi maximale.

La cylindrée des pompes à pistons axiaux à axe droit peut être contrôlée par différentes commandes de réglage automatique de types mécaniques, hydrauliques, pneumatiques ou électriques.

Pompes à pistons axiaux à axe brisé à cylindrée fixe

Le fonctionnement d'une pompe à pistons axiaux à axe brisé est sensiblement le même que celui d'une pompe à pistons axiaux à axe droit.

La seule distinction réside dans le fait que l'arbre d'accouplement et le bloc cylindre sont disposés selon un axe brisé.

La figure 1.46 vous montre l'agencement de l'arbre d'accouplement et du bloc cylindre d'une pompe à pistons axiaux à axe brisé.

Figure 1.46   Agencement de l'arbre d'accouplement et du bloc cylindre.

Vickers

Dans ce type de pompe, la plaque de retenue est fixée sur l'arbre d'accouplement. Le bloc cylindre est relié à l'arbre d'accouplement par l'entremise d'un joint universel. L'angle ainsi créé force le mouvement alternatif des pistons dans leur alésage lors de la rotation de l'arbre d'accouplement.

Pompes à pistons à axe brisé à cylindrée variable

La variation de la cylindrée est obtenue en modifiant, à l'aide d'un volant, l'angle d'inclinaison du bloc cylindre par rapport à l'arbre d'accouplement.

La figure 1.47 vous montre la variation de cylindrée d'une pompe à pistons axiaux à axe brisé à cylindrée variable.

Figure 1.47   Variation de la cylindrée d'une pompe à pistons axiaux à axe brisé.

Vickers

En résumé sur les principaux types de pompes hydrauliques volumétriques

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

• Il existe plusieurs types de pompes hydrauliques volumétriques. A chaque type correspond un agencement particulier des parties mobiles internes.

• Les pompes à engrenage ont un rendement volumétrique faible.

• Les pompes à engrenage sont celles les moins coûteuses à l'achat.

• Les principales pompes à engrenage sont les suivantes :

- pompes à engrenage externe ;

- pompes à engrenage interne ;

- pompes à engrenage interne à croissant ;

- pompes à engrenage interne à gérotor.

• Malgré de légères particularités, le principe de fonctionnement demeure le même pour toutes les pompes à engrenage.

• Le principe de fonctionnement des pompes à engrenage est le suivant :

- Lorsque deux roues dentées de désengagent, un vide partiel est créé, ce qui correspond à l'admission. Lorsque deux roues dentées s'engrènent, l'huile emprisonnée entre les dents est poussée vers l'orifice de refoulement.

• Il existe des pompes à engrenage externe double.

• Il existe des pompes à engrenage interne double à croissant et à gérotor.

• La cylindrée des pompes à engrenage externe, interne à croissant et interne à gérotor est toujours fixe.

• Les pompes à palettes ont généralement un rendement volumétrique supérieur à celui des pompes à engrenage.

• Les pompes à palettes sont généralement plus coûteuses à l'achat que les pompes à engrenage.

• Les principales pompes à palettes sont les suivantes :

- pompes à palettes à rotor non balancé à cylindrée fixe ;

- pompes à palettes à rotor balancé à cylindrée fixe ;

- pompes à palettes à rotor non balancé à cylindrée variable ;

- pompes à palettes à rotor balancé à cylindrée variable.

• Malgré de légères particularités, le principe de fonctionnement demeure le même pour toutes les pompes à palettes.

• Le principe de fonctionnement des pompes à palettes est le suivant : Un rotor dans lequel des palettes sont disposées radialement tourne à l'intérieur d'une couronne. Les palettes divisent l'espace entre le rotor et la couronne en une série d'alvéoles. La couronne est excentrée par rapport au rotor, ce qui occasionne une augmentation et une diminution de volume des alvéoles. L'augmentation de volume des alvéoles crée un vide partiel, ce qui correspond à l'admission de la pompe. Lorsque le volume des alvéoles diminue, l'huile qui y est emprisonnée est poussée vers l'orifice de refoulement.

• Les pompes à palettes à rotor balancé possèdent une couronne de forme ovale.

• La variation de la cylindrée d'une pompe à palettes s'effectue en modifiant l'excentricité de la couronne par rapport au rotor. L'excentricité maximale correspond à la cylindrée maximale.

• La modification de l'excentricité de la couronne s'effectue par une compensation de pression.

• Les pompes à pistons ont généralement un rendement volumétrique supérieur à ceux des pompes à engrenage et des pompes à palettes.

• Les pompes à pistons sont généralement plus coûteuses à l'achat que les pompes à engrenage et les pompes à palettes.

• Les principales pompes à pistons sont les suivantes :

- pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant à cylindrée fixe ;

- pompes à pistons radiaux à bloc cylindre tournant à cylindrée variable ;

- pompes à pistons radiaux à bloc cylindre fixe ;

- pompes à pistons axiaux à axe droit à cylindrée fixe ;

- pompes à pistons axiaux à axe droit à cylindrée variable ;

- pompes à pistons axiaux à axe brisé à cylindrée fixe ;

- pompes à pistons axiaux à axe brisé à cylindrée variable.

• Malgré de légères particularités, le principe de fonctionnement demeure le même pour toutes les pompes à pistons.

• Le principe de fonctionnement des pompes à pistons est le suivant : Un bloc cylindre contient des pistons qui sont disposés radialement ou axialement à l'intérieur d'alésages. Les pistons sont animés d'un mouvement de va-et-vient. Lorsque les pistons sortent de leur alésage, un vide partiel est créé, ce qui correspond à l'admission. Lors du retour des pistons dans leur alésage, l'huile emprisonnée dans l'alésage est poussée vers l'orifice de refoulement.

• La variation de la cylindrée d'une pompe à pistons radiaux à bloc cylindre tournant s'effectue en modifiant l'excentricité de la couronne par rapport au rotor.

• La variation de la cylindrée d'une pompe à pistons axiaux à axe droit s'effectue en modifiant l'angle d'inclinaison de la plaque de poussée. L'angle maximal correspond à la cylindrée maximale.

• La variation de la cylindrée d'une pompe à pistons axiaux à axe brisé s'effectue en modifiant l'angle entre le bloc cylindre et l'arbre d'accouplement. L'angle maximal correspond à la cylindrée maximale.

• La modification de la cylindrée des pompes à pistons radiaux et axiaux s'effectue par un compensateur. Il y a cependant une exception : la variation de la cylindrée des pompes à pistons axiaux à axe brisé se fait à l'aide d'un volant.

Voilà qui complète le résumé des principales notions portant sur les types de pompes hydrauliques volumétriques.

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