Comprendre les accumulateurs : Types, fonctions et structures

I. Principe de fonctionnement de l'accumulateur

Dans les systèmes hydrauliques, un accumulateur est un dispositif qui utilise le principe de l'équilibre des forces pour modifier le volume de l'huile de travail, stockant et libérant ainsi l'énergie hydraulique.

Comme le montre la figure 1, l'accumulateur est essentiellement composé de quatre parties : l'enveloppe, le piston, l'azote gazeux de haute pureté (ou éventuellement un ressort) au-dessus du piston, et l'huile de travail connectée au système sous le piston. Le processus de fonctionnement peut être divisé en deux étapes : le stockage et la libération de l'énergie.

1-coquille
2 pistons
3 - Azote gazeux de haute pureté (ou éventuellement une source)
4-Huile de travail

1. Phase de stockage de l'énergie

Comme le montre la figure 1a, l'accumulateur est dans un état de pré-accumulation d'énergie, où l'huile de travail et l'azote gazeux de haute pureté (ou la force du ressort) au-dessus et au-dessous du piston sont dans un état d'équilibre. L'azote gazeux de haute pureté est préchargé (ou le ressort est pré-comprimé), et le volume de l'huile de travail est V₁ .

Lorsque la pression du système augmente, la pression de l'huile de travail augmente également, poussant le piston vers le haut, et l'huile de travail du système entre dans l'accumulateur (le volume augmente jusqu'à V₂ ) jusqu'à ce qu'un état d'équilibre soit atteint, comme le montre la figure 1b.

A ce moment, le volume d'huile de travail (V₂ - V₁ ) entre dans l'accumulateur pour y être stockée. Cette phase est appelée phase de stockage de l'énergie. Au cours de cette phase, l'accumulateur stocke une certaine pression et un certain volume (V₂ - V₁ ) d'huile de travail.

2. Phase de libération

Lorsque le système hydraulique Lors des opérations d'ouverture ou de fermeture, la pression du système est inférieure à la pression de l'huile de travail dans l'accumulateur. Sous la pression du gaz (ou de la force du ressort), le piston est poussé vers le bas et l'huile de travail est déchargée dans le système jusqu'à ce qu'un état d'équilibre soit atteint, comme le montre la figure 1c. Cette étape est appelée l'étape de libération. Au cours de cette étape, une partie de l'huile de travail stockée dans l'étape de stockage de l'énergie est déversée dans le système.

Il ressort de ce qui précède que tant que la pression du système varie, la pression de l'huile de travail dans l'accumulateur varie en conséquence. Selon le principe de l'équilibre des forces, le piston se déplace et le volume de l'huile de travail change en conséquence. Ce stockage et cette libération répétés de l'énergie permettent d'atteindre l'objectif de l'accumulateur.

II. Classification des accumulateurs

En systèmes hydrauliquesLes accumulateurs sont généralement divisés en deux catégories : les accumulateurs à gaz et les accumulateurs à ressort, en fonction de la substance qui agit sur l'huile de travail. Chaque type d'accumulateur a des formes différentes en fonction de sa structure. Les classifications spécifiques sont les suivantes :

III. Structure des accumulateurs typiques

1. Accumulateur chargé de gaz

Le principe de fonctionnement de l'accumulateur à gaz est d'utiliser de l'azote gazeux de haute pureté préchargé dans l'accumulateur pour équilibrer l'huile sous pression chargée dans l'accumulateur par la pompe hydraulique. Lorsque le système a besoin d'huile, celle-ci est évacuée sous la pression du gaz. Les accumulateurs chargés de gaz sont divisés en deux types : les accumulateurs isolés et les accumulateurs à contact direct.

Accumulateur isolé : Un accumulateur isolé est un accumulateur dans lequel il y a un séparateur entre le gaz et le liquide à l'intérieur de l'accumulateur, ce qui empêche le gaz de se mélanger facilement avec le liquide. Ce type d'accumulateur utilise efficacement la compressibilité du gaz et est donc largement utilisé. En fonction de la forme du séparateur, on distingue les accumulateurs flexibles et les accumulateurs non flexibles.

Les accumulateurs flexibles, tels que les accumulateurs à vessie, sont utilisés dans les systèmes hydrauliques, tandis que les accumulateurs non flexibles, tels que les accumulateurs à piston et à piston différentiel, sont le plus souvent utilisés dans les systèmes hydrauliques.

(1) Accumulateur de vessie

Le principe de fonctionnement de l'accumulateur à vessie est basé sur la loi de Boyle, et sa structure typique est illustrée à la figure 2.

1-Soupape de gonflage
2-coquilles
3-volets
4-Valve de chambre à coucher
5- Assemblage du corps de vanne
6 - Pince demi-ronde
7-Nut
8-Joint
Anneau 9-O
10-Serrage de l'écrou

Avant l'utilisation, la vessie 3 de l'accumulateur est d'abord remplie d'azote à une pression prédéterminée, puis l'accumulateur est rempli d'huile à l'aide d'une pompe hydraulique. Sous l'action de l'huile sous pression, la vanne champignon 4 est ouverte et l'huile pénètre dans le réservoir, comprimant la vessie. Lorsque la pression dans la chambre à gaz et la chambre à huile est égale, la vessie est en équilibre et la pression dans l'accumulateur est la pression de la pompe. Lorsque le système a besoin d'huile, la vessie se dilate sous l'action de la pression du gaz, ce qui permet d'extraire progressivement l'huile.

Les avantages de ce type d'accumulateur sont les suivants : la chambre à gaz et la chambre à huile sont séparées par une vessie, ce qui garantit une étanchéité fiable sans fuite entre les deux ; la vessie a une faible inertie, est réactive, de structure compacte, de petite taille, de poids léger, facile à entretenir, et est souvent utilisée dans les systèmes hydrauliques avec des accumulateurs à vessie de petit volume pour absorber les pulsations de pression ou en tant que tampons. Il est également utilisé dans des situations où la puissance et la pression de fonctionnement sont faibles pour stocker de l'énergie dans les systèmes hydrauliques.

La structure typique d'un accumulateur à vessie est illustrée à la figure 2a. Il se compose d'une soupape de gonflage 1, d'une enveloppe 2, d'une vessie 3 et d'une soupape champignon 4. L'enveloppe 2 est un récipient sous pression avec une ouverture au sommet pour accueillir la valve de gonflage 1. La vessie 3, entièrement fermée et fabriquée en caoutchouc synthétique, est pressée contre la tige de la valve, formant ainsi un espace étanche.

Une fois la vessie insérée dans l'ouverture située à l'extrémité inférieure de la coque, elle est fixée à la partie supérieure de la coque à l'aide d'un écrou de serrage 10. L'assemblage du corps de valve 5 est serré par une paire de pinces demi-rondes 6 installées à l'intérieur de l'ouverture de la coque, fixant l'épaulement du corps de valve 5. Il est installé dans la partie inférieure de la coquille et, avec le joint torique 9 et le joint d'étanchéité 8, il est serré à l'aide d'un écrou 7.

La fonction de la soupape champignon 4 dans l'ensemble du corps de soupape 5 est d'empêcher la vessie de se dilater hors de l'enveloppe lorsque toute l'huile est déchargée. Ce type d'accumulateur est doté d'un joint torique à l'ouverture de l'enveloppe. Lorsque la pression interne de l'enveloppe augmente jusqu'à la pression d'éclatement, l'ouverture de l'enveloppe se dilate en premier, ce qui provoque l'expulsion du joint torique et libère la pression d'huile en toute sécurité.

Ce qui précède décrit l'accumulateur à vessie avec une structure de type A. Ce type d'accumulateur n'est pas pratique pour le remplacement de la vessie. Ce type d'accumulateur n'est pas pratique pour le remplacement de la vessie. C'est pourquoi la partie supérieure de l'enveloppe et de la vessie est conçue avec une structure "ouverte", comme le montre la figure 2b, appelée accumulateur à vessie de type B.

(2) Accumulateur à piston

L'accumulateur à piston utilise un piston pour séparer l'huile et l'azote, comme le montre la figure 3. Les avantages de ce type d'accumulateur sont : une structure simple et une longue durée de vie. Cependant, le piston présente une forte inertie et une résistance au frottement d'étanchéité, ce qui se traduit par une faible réactivité ; il nécessite une grande précision d'usinage et est difficile à étanchéifier, ce qui le rend inadapté pour absorber les pulsations et les chocs hydrauliques.

1 piston
2 cylindres
3-Cylindre de gonflage

Dans les systèmes hydrauliques, cette structure est couramment utilisée pour le stockage de l'énergie. L'accumulateur à piston couramment utilisé pour le stockage de l'énergie dans les systèmes hydrauliques est illustré à la figure 4.

2. Accumulateur à ressort

Ce type d'accumulateur utilise la force d'un ressort agissant sur le piston pour équilibrer la pression de l'huile, en stockant l'énergie de la pression. La pression générée par l'accumulateur dépend de la rigidité et de la compression du ressort.

Les types les plus courants sont les ressorts de compression hélicoïdaux et les ressorts à disque. L'accumulateur à ressort de compression hélicoïdal est illustré à la figure 5. Ce type d'accumulateur a une structure simple et est relativement réactif, sa durée de vie dépendant de la durée de vie du ressort.

1-coquille
2-Spring
3-Piston
Chambre à huile 4
5-Couverture

Il est utilisé pour le stockage et l'amortissement de l'énergie dans les systèmes de petite capacité, à basse pression et à faible fréquence de cycle, et n'est généralement pas utilisé dans les systèmes hydrauliques. Dans les systèmes hydrauliques, les accumulateurs à disque et à ressort sont couramment utilisés, comme le montre la figure 6.

1-Piston de stockage d'énergie
Trou de positionnement à 2 positions
3. Anneau de support
4-Logement
5-Ressort du disque de support
Jeu de ressorts à 6 disques

3. Fonction de l'accumulateur

L'accumulateur est un dispositif utilisé pour stocker l'énergie de pression du fluide hydraulique, qui peut libérer cette énergie pour effectuer un travail utile en cas de besoin. Ses principales fonctions dans un système hydraulique sont les suivantes :

(1) Stocker l'énergie hydraulique

La principale utilisation de l'accumulateur dans les mécanismes hydrauliques. Lorsque le débit requis varie fortement à différents stades du cycle de travail d'un système hydraulique, un accumulateur est souvent utilisé en conjonction avec une pompe plus petite pour former la source d'huile. Si le système nécessite un faible débit, l'accumulateur stocke le débit excédentaire de la pompe hydraulique ; si le système nécessite un débit important pendant une courte période, l'accumulateur libère le fluide hydraulique stocké pour alimenter le système en huile en même temps que la pompe hydraulique.

En outre, lorsque la pompe hydraulique cesse de fournir de l'huile au système, l'accumulateur fournit l'huile sous pression stockée au système pour compenser les fuites du système ou maintenir une pression constante dans le système. Il peut également être utilisé comme source d'énergie de secours en cas de défaillance de la pompe hydraulique.

(2) Absorber les chocs de pression et les pulsations

L'utilisation secondaire de l'accumulateur dans les mécanismes hydrauliques. Dans un système hydraulique, l'accumulateur est utilisé pour absorber les chocs de pression générés par des changements soudains de la vitesse d'écoulement du fluide (comme lorsqu'un distributeur se déplace soudainement ou que la charge d'un vérin hydraulique s'arrête soudainement), réduisant ainsi la valeur de crête des chocs de pression.

Les pulsations de débit de la pompe hydraulique peuvent entraîner une vitesse de déplacement inégale de la charge et des pulsations de pression. Par conséquent, les systèmes qui nécessitent une vitesse de charge relativement uniforme doivent installer un accumulateur correspondant à la sortie de la pompe afin d'améliorer la stabilité du fonctionnement du système.