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Pompes hydrauliques

L. Romdhane et K. Hajlaoui

Les pompes hydrauliques: Généralités - Destinés à transformer une énergie mécanique en énergie hydraulique.

Symbole : SIGNIFICATION

SYMBOLE

Pompe hydraulique à cylindrée fixe 1 – à un sens de flux 2 – à deux sens de flux Pompe hydraulique à cylindrée variable 1 – à un sens de flux 2 – à deux sens de flux

Caractéristiques et calcul des pompes (q (l/mn), V (tr/mn), Pad (bar)) conservation de l’énergie

P = C.w = p.q C : couple sur l’arbre tournant (N.m) w : vitesse angulaire de rotation (radian/s). p : pression de refoulement (Pascal) q : débit du liquide refoulé (m3/s)

q = Cyl.N N : vitesse de rotation en (tr/s)

p.Cyl C= 2π

Rendement ηvol = Qréel/Qthéorique = Rendement

volumétrique

ηt = ηvol. ηm = Puissance de sortie/Puissance d’entrée

P = Q. ∆P/ ηt

Les pompes hydrauliques: Généralités

Trois catégories principales de pompes volumétriques : - Les pompes à engrenages - Les pompes à pistons. - Les pompes à palettes.

Les pompes à engrenages a) Engrenages externes : très courant, dans les circuits très basse pression (graissage, circulation, pilotage,asservissement)

Fonctionnement - se composent d’un pignon menant, d’un pignon mené, réunis dans un même carter par une enveloppe cylindrique et deux flasques latéraux. - Le fluide, entraîné dans les creux des dents, passe de l’entrée (aspiration) à la sortie (refoulement), par l’extérieur des engrenages. Les sommets et les flancs des dents forment une étanchéité relative par rapport au carter

Les pompes à engrenages b) Engrenages internes sans équilibrage

Fonctionnement - l’engrenage menant est plus petit que l’engrenage mené. La zone d’étanchéité sur les extrémités des dentures est réalisée par une pièce en forme de croissant de lune. - L’engrenage mené n’a pas de palier central ; il s’appuie sur le carter par toute sa surface cylindrique. Les pertes par frottement de cet engrenage sont le point faible de ce type de pompe. - relativement compactes, sont utilisées à des pressions situées entre 50 et 100 bar.

Les pompes à engrenages b) à équilibrage radial

Reprend en partie la même disposition (sans équilibrage) - le refoulement se fait par des trous radiaux percés dans l’engrenage extérieur. - la lamelle d’étanchéité est réduite à la longueur minimale. - l’appui de l’engrenage externe sur le carter se fait par l’intermédiaire d’un palier à faible surface frottante et alimenté par la pression de refoulement - l’équilibrage latéral des flasques d’étanchéité est réalisé. - construction plus complexe que la précédente - fonctionnement courant à des pressions de 300bar - rendement mécanique élevé, rendement volumétrique moyen, - bon niveau sonore.

Les pompes à engrenages d) à profils conjugués

- L’engrenage interne n’a qu’une dent de moins que l’engrenage externe. - Les points de contact entre les deux engrenages se font simultanément sur tout le tour de chacun. - Les espaces délimités par deux dents successives sont constamment croissants ou décroissants, ainsi l’aspiration et le refoulement se font sur un demi-tour complet. - Plus compactes de toutes, mais la pression de service et le rendement sont limités. :

Les pompes à engrenages

Calcul de - débit théorique; - coefficient d’irrégularité; - Cylindrée; (voir polycopie)

Les pompes à Pistons Comprennent les pompes à pistons radiaux et les pompes à pistons axiaux : a) Pompes à pistons radiaux Principe : - Un piston est mǔ par un système bielle manivelle, se déplace dans un cylindre. Il est mis en communication avec l’aspiration (par un clapet ou par tout autre système de distribution) pendant la course descendante, et avec le refoulement pendant la course montante. - Un cylindre ne débite donc que pendant la moitié du temps. Le débit instantané ayant la forme voisine d’une sinusoïde Q = QmaxSinθ θ. - Pour régulariser le débit, il faut multiplier le nombre de cylindres (avantage pour le nombre impaire de pistons) .

Les pompes à Pistons ♦ à cylindres fixes et à excentrique intérieur

Fonctionnement - L’arbre d’entrée 5 est de type à excentrique sur lequel vient prendre appui une série de pistons 4 disposés radialement. Des ressorts 6 de faible raideur maintiennent en contact les pistons sur l’excentrique. Chaque piston coulisse dans un alésage exécuté dans un corps 1 muni d’un clapet d’aspiration 3 et d’un clapet de refoulement 2. - Compte tenu de l’excentrique e, Chaque piston aspire et refoule sur un demi tour. -L’excentrique est e étant déterminé une fois pour toutes, la pompe est à cylindré fixe

Les pompes à Pistons b) à pistons radiaux et à bloc cylindre tournant :

Fonctionnement l’arbre d’entrée 6 entraîne le rotor 1. Celui-ci est muni d’alésages radiaux dans les quels coulissent des pistons 5 chaque piston est muni d’un patin 2 en appui sur la périphérique interne de la couronne cylindrique 3 qui est fixe en rotation. Le rotor et la couronne sont excentrés d’une certaine valeur e. l’axe 4 ne tourne pas, il est à la fois l’élément porteur du rotor et le distributeur d’huile. Pendant le déplacement A2 A3 A0 le volume de la chambre de chaque piston augmente c’est la phase aspiration, A0 A1 A2 phase refoulement.

Les pompes à Pistons Animations Animation 1 Assemblage du moteur PH

Animation 2 Hydrobase + circuit 1C

Calcul de - débit théorique; - coefficient d’irrégularité (effet du nombre de pistons) (voir polycopie)

Les pompes à Pistons Les pompes à pistons axiaux :

Fonctionnement L’arbre d’entraînement commande en rotation d’une part le plateau incliné commandant les pistons, et d’autre part le bloc cylindre à barillet. D’où la génération d’une cylindrée à partir de la combinaison des mouvements alternatifs et rotatifs de l’ensemble des pistons.

Les pompes à Pistons Les pompes à pistons en ligne

Les pistons disposés en ligne sont commandés par un système bielle manivelle mis en rotation mettant ces pistons en mouvement alternatif qui provoque l’aspiration et le refoulement du liquide.

Les pompes à Pistons

Pompe Citroën

Pompe Leduc

Les pompes à Pistons

Pompes à barillet

Les pompes à Pistons Pompes à bielles

Pompe à bielles ( Volvo) Pompe à bielles à entraînement central Le barillet contenant les pistons tourne autour d’un axe incliné par rapport à l’axe de l’arbre de la pompe. Les pistons s’appuient sur un plateau fixé sur l’arbre de la pompe. La glace de distribution, plane ou sphérique, équilibre la poussée des pistons sur le barillet

Pompe à bielles à entraînement par les pistons

Les pompes à palettes a) à cylindrée fixe

éléments de fonctionnement - Le fluide est poussé de l’aspiration

vers le refoulement avec des cloisons mobiles appelées palette - Les palettes coulissent dans des fentes et viennent s’appuyer sur un stator circulaire. - Le volume compris entre le rotor, le stator, des flasques et deux palettes successives varie de façon cyclique sur un tour de pompe. - L’appui des palettes sur le stator est obtenu par des ressorts ou par la force centrifuge ou encore par la pression de refoulement admise à la base de la palette. - problèmes de frottement metal/metal sur le stator - relativement fragile et limitée en pression (150 bar). Elle réclame des usinages très précis et une métallurgie bien adaptée.

Les pompes à palettes a) à cylindrée variable - La variation de cylindrée est obtenue par

variations de l’excentration de l’anneau stator par rapport à l’axe du rotor.

- utilisées à 140 bar environ, assez silencieuses

et permettent des circuits complexes

Les pompes à palettes Effet de l’excentricité

En augmentant l’excentricité (en agissant sur le vis de réglage) on augmente le débit refoulé par la pompe tout en chutant la pression et contrairement, le débit sera minimal sous une excentricité faible.

Les pompes à palettes

Calcul de - Cylindrée; (voir polycopie)

Les pompes à palettes Types de palettes Palettes libres : Les palettes glissent à l’intérieur du rotor - limitées aux produits à viscosité faible à moyenne. -

Palettes souples - rotor en élastomère et les palettes se déforment. - Pour des pompes de débits moyens et des pressions faibles.

- Applications : alimentaire (lait, jus de fruits)…

Palettes liées : - La pompe comporte deux palettes qui s’encastrent.

- Vaste domaine de viscosité - Applications : produits pétroliers lourds, peintures,…

Autres types de pompes Les pompes à lobes

-Deux rotors à lobes qui tournent sans se toucher. Cette pompe a un bon tenu à l’abrasion - inefficace pour des liquides peu visqueux. - Destinée à la chimie et à l’alimentaire, il existe des versions particulières pour les pompages de boues d’épuration. - Il existe des versions à lobes recouverts d’élastomères.

Autres types de pompes la pompe à vis :

Pompes à 2,3 ou 5 vis avec contact ou synchronisés (pas de contact entre les vis) large gamme de débit et de pression mais elle est peu utilisées ; réservées à des usages spécifiques.

Autres types de pompes Les pompes à cavité progressive

Le rotor est à pas large et tourne dans un stator (généralement élastomère)

Applications : Industrie vinicole, laiterie, traitement de l’eau,…

Autres types de pompes Les pompes centrifuges

Le liquide arrive dans l'axe de l'appareil par le distributeur et la force centrifuge le projette vers l'extérieur de la turbine. Il acquiert une grande énergie cinétique qui se transforme en énergie de pression dans le collecteur où la section est croissante. L'utilisation d'un diffuseur (roue à aubes fixe) à la périphérie de la roue mobile permet une diminution de la perte d'énergie.