Appareil de débit

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Définition : Les appareils de débit permettent le réglage de la vitesse de déplacement des récepteurs hydrauliques. Ils sont tous construits sur le principe à étranglement. Il faut rappeler l’équation qui gère le débit qui s’écoule au travers d’une section est de la forme :

PcSQ PcS 2 Q = l/min S = cm² ρ = Kg/m3 masse volumique du fluide ∆P=bar ; différence de pression aux bornes de la section calibrée C = 0.72 ; coefficient de contraction du jet il est déterminé expérimentalement et varie en fonction de la forme de l’orifice. Comme le montre la formule le débit réglé dépend principalement de la racine de la -∆P-. Puisque les autres thermes ne change pas ; la variation de -ρ- est peu sensible en fonction de la pression. Pour obtenir un débit constant à l’aide d’un étranglement il faut maintenir la différence de pression entre l’entrée et la sortie de l’étrangleur constante. Si la charge varie, la -∆P- varie et le débit évolue suivant la loi parabolique

P1 est réglée par le limiteur de pression P2 est liée à la charge a déplacée ∆P = P1 - P2 Si la charge augmente -P2- croit la -∆P- diminue la vitesse chute et inversement si -P2- diminue la -∆P- augmente et la vitesse croit.

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Régulateur de débit à 2 voies

Principe de fonctionnement : La figure ci-dessus montre le principe de fonctionnement de cet appareil. Il est composé essentiellement de deux éléments monté en série : -d’un tiroir -BP- appelé, balance de pression -et d’un étrangleur -E- qui ajuste la section de passage du fluide. Le rôle de la balance de pression est de créer de différence de pression constante aux bornes de l’étrangleur -E- quelle que soit la pression -P3- engendrée par la charge à déplacer. Le principe consiste, d’une part à diriger la pression -P2- en amont de l’étrangleur et de l’amener par le canal -x- sur la section -S2- de la balance de

20l/min

QA=10l/min

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pression, d’autre part de diriger la pression -P3- en aval de l’étrangleur et de la diriger via le canal -y- sur la section -S1- de la balance de pression. On compare en permanence les forces créées aux extrémités du tiroir -BP- de la balance afin qu’elle s’immobilise dans une position pour garantir une perte de charge constante aux bornes de l’étrangleur -E- A l’équilibre on a :

2231 PSFrPS PSFP Comme S1=S2=S

FrPSPS FPSP 32 SFrPP SFP32

PPP PP32 Et PrPSFr CtP CP Pr

La perte de charge aux bornes de l’étrangleur est donc constante définie par la raideur du ressort -Fr- de la balance de pression elle varie selon les constructeurs en moyenne elle se situe au alentour de 10bar Méthode intuitive : Examinons le fonctionnement de la balance de pression -BP- Elle est en position ouverte au repos, le pilotage de la fermeture du tiroir est capter sur l’orifice de sortie son fonctionnement est donc identique à celui d’un réducteur de pression Imaginons que la charge engendre une pression -P3- de 100bar. Le réglage de la pression de fermeture du tiroir de la balance de pression sera lié à la pression -P3- plus celle du ressort ; en équilibre, on lira sur les manomètres -P3- 100bar et -P2- = P3+Pr = 110bar La course -z- de la position d’équilibre de la -BP- détermine une section de passage qui engendre la -∆P- de 90bar nécessaire pour atteindre 200bar du réglage du limiteur de pression afin d’évacuer le débit excédentaire au réservoir. Que se passe t-il si la charge augmente à 140bar : La balance de pression n’est plus équilibrée ; son réglage est maintenant égal P3 + Pr = 150bar son tiroir se déplace vers la droite se mouvement provoque l’accroissement de la cote -z- afin de retrouver un nouvel équilibre la nouvelle -∆P- réglée par la course de la balance de pression est maintenant de 50bar.

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Remarque : L’excédant de débit est évacué par le limiteur de pression et transformé en calories. Le bilant énergétique est d’autant plus catastrophique que le débit consommé et la charge à déplacer par le récepteur sont faible. Construction origine Rexroth

HUUUhttp://www.boschrexroth. U Par construction le débit de se type d’appareil est limité à environ 150l/min. Pour des débits plus importants la technologie employée sera des constructions à clapet logique.

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Régulateur de débit 2 voies à cartouche (clapet logique)

Régulateur de débit 2voies à cartouche La conception de l’appareil est rigoureusement identique à celle décrite précédemment. On reconnaît la fonction balance de pression -BP- réalisée par une cartouche de réduction de pression ; constituée des éléments -1- ;-2- ;-3- Et la fonction étrangleur -E- réalisée par une cartouche de débit ; constituée des éléments -4- ; -5- ; -6- ; -7- La pression définie par la charge à l’orifice -B2- est amenée par le canal -x1- de pilotage dans le logement -Ax1- coté du ressort -2- du clapet -3- de la balance de pression. Elle représente la pression de sortie de l’étranglement -E- la pression

BP E

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d’entrée de l’étranglement agit directement dans le logement opposé -A1- du clapet -3- de la balance de pression. Lorsque la balance de pression est en équilibre la -∆P- est constante aux bornes de l’étrangleur -E- Conditions d’équilibre :

FrPbAxPaA FPAP 21 AxA A1 Et PPbPa PP 2 et PrPAxFr

AxFrPbPa AFP 1 CteP CP Pr

Symbole complet L’adjonction du limiteur de pression -LP- dans la chambre -Ax- du clapet logique assure le pilotage de la balance de pression. Se montage permet de limiter la pression sur la branche -B2- qui correspond à l’orifice de sortie. Exemple : Le limiteur de pression -LP- est réglé à 100bar La pression en -B2- agit par l’intermédiaire du canal -x- dans la chambre -Ax- du clapet logique de la balance de pression. Lorsque la pression dans la chambre -Ax- atteint la valeur de réglage du limiteur de pression de pilotage ; celle de la chambre -A1- à l’opposé aura pour valeur PA1 =100 + Pr soit 100 + 10=110bar. Provoquant la fermeture de la balance de

Ax

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pression un léger écoulement d’huile subsiste de -B1- vers -A1- qui sert à la consommation de la tète de pilotage. Régulateur de débit à commande proportionnelle 2 voies à cartouche (clapet logique)

Origine Hydrolux HUhttp://www.moog.com UH. La fonction balance de pression est réalisée au moyen d’un réducteur pression fermé au repos (le fonctionnement du composant est décrit au chapitre appareil de pression). La fonction étrangleur pour sa part est réalisée par étrangleur à commande proportionnelle de fabrication UHydrolux U. Il est composé d’un clapet logique dont le tenon d’amortissement est de forme conique il découvre une section de passage qui varie en fonction de la course de levée du clapet.

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Fonctionnement : Le solénoïde proportionnel -1- reçoit un courant d’alimentation venant de la carte électronique qu’il transforme en force électromagnétique puis à son tour elle est transformée en pression. Cette pression est dirigée via l’orifice -A- du réducteur de pression sous le tiroir de pilotage -3- . La force créée par la pression de pilotage agit contre le ressort de rétroaction -2- La course du piston de pilotage est directement liée à la pression de pilotage et à la raideur du ressort de rétroaction. Lorsque la force électromagnétique est égale à celle du ressort le piston s’immobilise. Équilibre du clapet limiteur -5- Un canal latéral percé dans le clapet limiteur -5- dirige la pression qui règne à l’orifice -B2- dans la chambre supérieure -SX- du clapet. Lorsque le piston de pilotage -3- obture le canal central du clapet limiteur -5- les forces de fermeture qui agissent sur le clapet -5- sont supérieures à celles d’ouvertures. Lorsque le piston de pilotage reçoit une pression pilote il ouvre le canal central du clapet -5- la pression de la chambre -SX- chute provoquant un déséquilibre des forces d’ouvertures / fermetures. Le clapet limiteur se déplace vers le haut et découvre une section de passage pour le fluide hydraulique. Lorsqu’il rattrape le piston de pilotage le canal central s’obture partiellement afin de provoquer un nouvel équilibre des forces d’ouvertures/fermetures. Le clapet -5- s’immobilise.

Affichage V

Carte élec mA

Solénoïde Propor -1-

Fmag N

Pression de pilotage

Déplacement Tiroir- 3-

Ressort Rétroaction -2-

Déplacement Clapet -6-

Section de Passage Q

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Régulateur de débit 2 voies : Variante de construction avec la balance de pression placée en aval de l’étrangleur de réglage.

Origine Atos HUhttp://www.Atos.com/ U

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Régulateur de débit 3 voies

Position repos : La figure ci-dessus représente le principe de fonctionnement d’un régulateur de débit 3 voies. Le fonctionnement est similaire à celui étudié précédemment avec pour différence que le branchement de la balance de pression -BP- et de l’étranglement -E- est en parallèle et non en série. Et que la fonction de la -BP- est celle d’un limiteur de pression et non celle d’un réducteur de pression. La loi de régulation obéit toujours au même principe d’équilibre de la balance de pression -BP-

PaSBFrPbSB PSFP FrPbSBPaSB FPSP

SBFrPbPa SFP PPbPa PP Et PrPSBFr

CtP CP Pr Par contre avec ce type de régulateur de débit, l’excédant de fluide non consommé par le récepteur n’est plus évacué au travers du limiteur de pression mais par la troisième voies-T-; le laminage s’effectue à la valeur de charge -Pb- plus la pression du ressort de la balance de pression -Pr- Le bilan énergétique s’améliore comparé au système à deux voies.

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Position régulation origine SUN hydraulics HUSun hydraulicsU

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Régulateur de débit 3 voies à cartouche (clapet logique)

Régulateur de débit 3voies à cartouche : Le principe du régulateur est similaire à celui représenté au paragraphe régulateur de débit 3 voies. La balance de pression raccordée en parallèle est composée d’un système à cartouche de limitation de pression composé des éléments -1- ; -2- ; -3- ; Et la fonction étrangleur -E- est réalisée par une cartouche de débit ; constituée des éléments -4- ; -5- ; -6- ; -7-

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Symbole complet Comme pour le régulateur de débit à 2 voies l’adjonction du limiteur de pression de pilotage -LP- dans la chambre -Ax- de la balance de pression sert à la limitation de pression en -B2- Avec pour différance qu’il provoque l’ouverture du clapet logique permettant l’écoulement du fluide hydraulique de A1 vers B1 vers T.

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Régulateur de débit 3 voies à commande proportionnelle de débit et de pression. Fabrication(ATOS)

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Principe de fonctionnement d’un régulateur de débit à commande proportionnelle (fabrication Bosch, Atos) Régulateur de débit 2 voies :

Position repos :

Position régulation :

Consigne V Section Passage

cartemA

Fm Q ΔP Cte

Force Ressort

Déplacement Du tiroir

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Fonctionnement : Le solénoïde reçoit un courant d’alimentation venant de la carte électronique suite à l’affichage d’une consigne donnée par l’opérateur. La force électromagnétique (proportionnelle au courant d’alimentation) déplace le noyau vers la droite et comprime le ressort de rétroaction -Fr2- pour atteindre une position d’équilibre lorsque Fmag = Fr2 Le tiroir étrangleur -E- s’est déplacé d’une course -w- découvrant ainsi une section de passage proportionnelle au courant d’alimentation du solénoïde. Le débit s’écoule de l’orifice -A- traverse l’étrangleur -E- et arrive dans la chambre du canal -y- qui met en communication la section -SB- de la balance de pression équipée du ressort afin de palper la pression en aval de l’étrangleur. Conditions d’équilibre :

FrPySBPaSB FPSP SBFrPyPa SFP

PrPP Exemple : Si la pression d’alimentation Pa =200bar, et la pression créée par la charge Pb=100bar les conditions d’équilibre sont :

Pr200 P2 SBPySBSB barPy 19010200 112

La balance de pression se déplacera vers la droite pour régler la section -sr2- de telle manière qu’elle crée une -ΔP- de Py – Pb =90bar

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Régulateur de débit3 voies :

Position repos : En reliant l’orifice -P- au réservoir (orifice normalement fermé lorsque l’appareil est utilisé en 2 voies) le fonctionnement de l’appareil est similaire d’un régulateur de débit 3 voies.

Position régulation : Les conditions d’équilibre de la balance de pression sont identiques à celles du raccordement de l’appareil en régulateur de débit à 2 voies.

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La différence comme pour un composant traditionnel réside dans l’évacuation du débit excédentaire au réservoir par l’orifice -P-.

Régulateur de débit 3voies à double commande proportionnelle EV1 contrôle le débit EV2 contrôle la pression dans le circuit aval.

EV1 EV2

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Limiteur de débit à commande proportionnelle :

L’appareil, représenté ci-dessus, a été conçu pour des débits importants. Il peut être utilisé pour une fonction de limitation de débit (étrangleur) ou pour une fonction régulation de débit en combinaison avec une balance de pression. Cet appareil est implanté dans un bloc foré Le limiteur de débit 2 voies est un étrangleur dont la course d’ouverture est déterminé par une consigne électrique.

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L’étrangleur est un élément en cartouche. Le couvercle -1- comporte le corps de cartouche -2-, le tiroir d’étranglement -3-, le capteur de recopie -7-, le système de pilotage -4-, et le solénoïde à effet proportionnel -5-. Le sens du débit est de -A- vers -B-. L’orifice de pilotage -x- est relié à l’orifice -A-. Le drainage du pilotage est évacué par l’orifice -y- il doit autant que possible s’effectuer sans retenue vers le réservoir. Pour une valeur de consigne égale à zéro, le solénoïde à effet proportionnel -5- n’est pas excité, la pression de l’orifice -A- agit, à travers le conduit de pilotage -x- et le tiroir de commande -4-, dans la chambre du ressort -10-, il s’établit un équilibre de pression de part et d’autre du clapet d’étranglement -3-, la force du ressort -10- situé dans le logement supérieur maintient le clapet sur son siège en position fermée. A un signal électrique d’entrée (valeur de consigne) correspond une position définie du clapet principal d’étranglement. Cette position est saisie par le capteur de position -7- (valeur réelle de la position du clapet d’étranglement). La régulation de la boucle d’asservissement sur l’amplificateur -6- compare la valeur réelle à la valeur de consigne et détermine un signal d’erreur de position. S’il y a erreur : a) UClapet de réglage insuffisamment ouvert Le solénoïde à effet proportionnel -5- reçoit un signal d’entrée corrigé et modifie la position du tiroir de commande -4- vers le bas en comprimant le ressort -11-. Les effets combinés des sections d’étranglements -8- et -9- engendrent une pression dans le logement du ressort -10- qui détermine la position du clapet d’étranglement -3- en fonction de la consigne affichée. b) UClapet de réglage trop ouvert Le solénoïde à effet proportionnel -5- reçoit un signal d’entrée corrigé et modifie la position du tiroir de commande -4- vers le haut en libérant le ressort -11-. Les effets combinés des sections d’étranglements -8- et -9- engendrent une pression dans le logement du ressort -10- qui détermine la position du clapet d’étranglement -3- en fonction de la consigne affichée.

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