Pompe À Piston [PDF]

Zitiervorschau

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHES CIENTIFIQUE

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA

FACULTÉ DES HYDROCARBURES, DES ENERGIES RENOUVELABLES, DES SCIENCES DE LA TERRE ET DE L’UNIVERS Département des Hydrocarbures.

Thème Les pompes à piston

Nom et prénom de l’étudiant  : ADDOUDA AYMEN ZAKARIA

Proposé par :

Chemmakh Zakaria

Mr. Bouchiereb

  Zerari Fares

Promotion 2021/2022

Table des matières I.

Introduction...................................................................................................................................2

II. Histoire..........................................................................................................................................2 III. Le rôle de la pompe à pistons........................................................................................................2 IV.

Les types de pompe à piston.......................................................................................................2

Il existe plusieurs types de pompe à pistons :.........................................................................................2 

Pistons axe en ligne (axiaux)..........................................................................................................2



Pistons axe brisé (axiaux)...............................................................................................................2



Pistons radiaux...............................................................................................................................2



Pistons en ligne...............................................................................................................................2

1.

Pompes à pistons radiaux et en ligne............................................................................................2

2.

Pompe à pistons radiaux...............................................................................................................2

3.

Pompes à pistons axiaux...............................................................................................................2

V.

Le choix.........................................................................................................................................2

VI.

Les pannes.................................................................................................................................2

VII.

Fonctionnement.........................................................................................................................2

VIII. Quelques conseils......................................................................................................................2 IX. Avantages.......................................................................................................................................2 X.

Conclusion.....................................................................................................................................2

I.

Introduction

ne pompe est

un dispositif permettant

d'aspirer

et

de

refouler

un liquide (les compresseurs véhiculant des gaz compressibles). La plus ancienne pompe connue est la pompe à godets inventée en Chine au Ier siècle apr. J.-C. Les pompes modernes ont été développées à partir du XVIIIe siècle. Les pompes diesel et électriques, utilisées de nos jours, peuvent avoir des débits de pompage très élevée, en basse pression pour la circulation de l'eau et en haute pression plus de 400 bars pour l'oléohydraulique. Les pompes hydrauliques à pistons axiaux ou aussi pompe oléohydraulique. Les pistons sont situés parallèlement ou inclinés par rapport à l'axe d'entraînement. Le cœur de la pompe est constitué d'un barillet, de glaces de distribution et de pistons. Elle pénètre tous les secteurs : agriculture, industrie, sidérurgie, aéronautique, travaux publics, etc.

II.

Histoire

Le principe de la pompe est apparu dès que l'homme a su construire un habitat artificiel pour se protéger des éléments naturels. Le besoin en eau nécessaire à sa survie l'obligea à trouver un système de transport de cette eau, du puits ou de la rivière à son habitat. Il utilisa d'abord simplement l'énergie développée par ses muscles pour transporter l'eau à l'aide de récipients naturels ou artificiels. Plus la contenance et la distance étaient grandes, plus l'énergie dépensée était importante. Jusqu'au début de l'ère industrielle (fin du XVIIIe siècle), les pompes

ne servirent que pour le transfert de l'eau. L'ancienne pompe à godets fut inventée en Chine au Ier siècle apr. J.-C. Les principes des pompes à piston, des pompes centrifuges et des pompes à vide sont découverts à cette époque. De manière générale, durant la grande époque de la culture grécoromaine, de nombreux principes de physique et d'hydraulique sont découverts, mais pas forcément développés. Ctésibios se heurte notamment à la difficulté de concevoir des cylindres et pistons suffisamment réguliers pour jouer l'un dans l'autre sans accrocs. Toutefois les réalisations mettant en œuvre ces principes ne servent cependant souvent qu'à la démonstration des calculs mathématiques (jeux d'intellectuels) ou aux divertissements (fontaines, jeux d'eau, tours de magie etc.). En 1643, Torricelli explique pourquoi une pompe ne peut pas aspirer d'eau à plus de 10,3 m. On doit aussi à cette époque l'invention des écluses (afin d'éviter les vitesses d'écoulement trop rapide) et les dispositifs anti-béliers sur les conduites fermées, afin d'éviter l'éclatement des conduites.

III.

Le rôle de la pompe à pistons

Le rôle de la pompe à pistons est de générer un débit. Elle transforme l’énergie mécanique du moteur thermique ou électrique en énergie hydraulique.

IV.

Les types de pompe à piston

Il existe plusieurs types de pompe à pistons : 

Pistons axe en ligne (axiaux)



Pistons axe brisé (axiaux)



Pistons radiaux



Pistons en ligne

La pompe à pistons axiaux est utilisée sur de nombreuses installations. En fonction de sa conception, la pression peut atteindre 350 bars (série moyenne haute pression), ou 450 bars (série haute pression). Au vu de sa conception, la pompe à pistons peut être à cylindrée fixe ou variable. D’un coût élevé la pompe à pistons est réparable. (Le coût de la réparation est intéressant pour les grosses cylindrées.) Cylindrée : Volume refoulé pour 1 tour d’arbre. Symboles :  Pompe cylindrée fixe : circuit ouvert      Pompe cylindrée variable : circuit ouvert

 

Pompe cylindrée variable : circuit fermé

 

1. Pompes à pistons radiaux et en ligne Ce type de pompes est utilisé lorsque la pression de refoulement peut s'élever au-dessus de 300 bars. Il est bien représenté par la construction POCLAIN HYDRAULICS (cf figure cidessous) qui utilise des pistons s'appuyant sur un excentrique, par l'intermédiaire de patins. La gestion de l'entrée du fluide à l'intérieur des pistons est obtenue pour la phase d'aspiration par la présence d'une lumière taillée dans l'excentrique. Pour la phase de refoulement, le fluide traverse un clapet à portée plane situé dans le carter. En fonction du nombre de blocs-cylindres, il est possible de séparer le débit pour alimenter plusieurs récepteurs (vérins ou moteurs) indépendants. Sur la figure ci-dessous, il y 4 blocs-4 blocs-cylindres permettant de permettant de générer 4 débits séparés.

2. Pompe à pistons radiaux On peut également trouver des pompes à pistons radiaux avec une construction comprenant plusieurs pistons espacés régulièrement sur la circonférence. le mouvement alternatif des pistons peut être obtenu en utilisant : 

Un bloc cylindre fixe : la cylindrée est fixe.



Un bloc cylindre tournant : la cylindrée peut varier. (Voir fig : pompe RPK de MOOG)

3. Pompes à pistons axiaux Ce sont des pompes qui ont en général un meilleur rapport qualité / prix que les produits utilisant la technologie à pistons radiaux pour des pressions de refoulement jusqu'à 500 bars. il existe plusieurs solutions de construction qui permettent la réversibilité ou pas (utilisation en pompe ou moteur).

V.

Le choix

Les pompes à pistons sont onéreuses, mais elles sont réparables. Les pompes à pistons résistent à des pressions jusqu’à 450 bars, mais sont très sensibles à la pollution. Les pompes à pistons sont plus silencieuses que les pompes à engrenages. Les pompes à pistons aspirent mal, il est conseillé de les mettre en charge ou de les gaver.

VI.

Les pannes

Le rendement d’une pompe à pistons neuve est proche de 1 ( 98%) (Varie en fonction des constructeurs). A partir d’un rendement de 90% il est conseillé de la changer car elle arrive en fin de vie. Pour la tester, il faut comparer à l’aide d’un débimètre le débit théorique (ou mesuré sans aucune pression) au débit réel mesuré pompe en charge (pression maximum du circuit). Une fuite au joint d’arbre est souvent due à une pression trop importante dans le carter provoquée par une usure importante de la pompe ou un tuyau de drainage surchargé. La fuite au drain est représentative de l’usure de la pompe.

VII.

Fonctionnement

La figure ci-dessus représente une pompe à pistons axe en ligne. On retrouve : 

Rep 1 : Corps de pompe.



Rep 2 : Arbre de pompe.



Rep 3 : Joint d’arbre.



Rep 4 : Roulements.



Rep 5 : Plateau.



Rep 6 : Patins.



Rep 7 : Pistons.



Rep 8 : Barillet.



Rep 9 : Ressort.



Rep 10 : Glace de distribution.



Rep 11 : Drainage.



 Rep 12 : Débattement plateau (uniquement pour les pompes à cylindrée variable)

Les pistons coulissent dans le barillet. De manière générale ils sont de nombre impairs (9 par exemple) ce qui limite le phénomène de pulsation. Une glace de distribution assure l’étanchéité entre les pistons. Lorsque la pompe est entraînée en rotation par un moteur thermique ou électrique, l’arbre de pompe entraîne l’ensemble plateau, barillet, pistons. En fonction du degré d’inclinaison du plateau, les pistons ont un mouvement de va et vient qui crée une aspiration côté (S) et un refoulement côté (P). Si la pompe est à cylindrée variable, le plateau pourra s’orienter à l’aide d’un servo piston (non représenté sur la figure). L’inclinaison du plateau change la course des pistons et par conséquent la cylindrée de la pompe.

 

Sur la figure (A) apparait une glace de distribution d’une pompe circuit ouvert. On distingue un grand « haricot » qui se situe côté aspiration pour faciliter l’entrée de l’huile dans la pompe et éviter les phénomènes de cavitation. Sur l’autre demi partie de la glace apparait 3 « haricots » qui sont côté refoulement. Ces renforts sont indispensables pour résister aux pressions importantes. Sur la figure (B) apparait une glace de distribution d’une pompe circuit fermé ou d’un moteur hydraulique. On distingue plusieurs « haricots » de chaque côté. Les pompes circuit fermé ont un débit réversible, il est donc indispensable de renforcer chaque côté de la glace. Cela implique qu’il faut impérativement gaver les pompes circuit fermé.

VIII.

Quelques conseils

La conduite d’aspiration doit être réalisée de façon à obtenir une vitesse de circulation maximum de fluide de 2,5 m/s. (À réduire si possible, surtout pour les gros débits). Ci-après, quelques indications de débits en fonction des dimensions des tuyauteries : 1 / 4 "   8 x 13 = 8 l / min 3 / 8 "   12 x 17 = 17 l / min 1 / 2 "   15 x 21 = 27 l / min 3 / 4 "   21 x 27 = 52 l/ min 1 "   26 x 34 = 80 l / min 1 "   1 / 4 33 x 42 = 130 l / min 1 "   1 / 2 40 x 49 = 190 l / min

2 "   50 x 60 = 295 l / min 2 "   1 / 2 66 x 76 = 513 l / min 3 "   80 x 90 = 750 l / min Il est conseillé de placer le réservoir en charge, c'est à dire au - dessus de la pompe. (L’huile par gravité gavera celle-ci). Ne pas utiliser de matériaux souples pour confectionner la tuyauterie, la dépression et la température ayant tendance à rapprocher les parois et à réduire la surface de passage. Veiller au bon serrage des raccordements pour éviter les prises d’air. La température de l’huile dans le réservoir ne doit pas dépasser 60°C maximum. Le réservoir doit tenir compte de la quantité d’huile pouvant être prélevée pour assurer les différents cycles afin d’éviter le déjaugeage de la pompe. Le réservoir doit permettre au fluide de se décanter des émulsions éventuelles. Toutes les tuyauteries retournant au réservoir doivent obligatoirement être retour plongeant. Le réservoir doit être parfaitement propre et étanche aux impuretés extérieures. Il doit être réalisé de forme simple, soit rectangulaire ou cylindrique. Le circuit hydraulique doit être muni d’un système de filtration efficace.

IX.

Avantages



Excellent rapport poids / puissance



Régime de rotation élevée, grâce à la faible inertie des masses tournantes



Cylindrée élevée et le régime rapide permet de très grosse puissance



Pression plus de 6 000 psi (420 bars)



Le bon rapport qualité prix en fait une des pompes les plus courantes après les pompes à engrenages



Distribution par glace sans clapets, ce qui les rend auto amorçante



La technologie est souvent réversible en moteur



Cylindrée fixe ou variable



Rendements mécaniques et volumétriques corrects

X.

Conclusion

La pompe à piston est composée de plusieurs parties telles que la crépine, la soupape d’aspiration, le piston, la tringle, le tuyau de refoulement ou la superstructure5. Ce type de pompe utilise un piston coulissant de manière étanche dans un cylindre pour repousser un fluide, admis précédemment dans le cylindre par l'intermédiaire d'un clapet, d'une soupape ou d'une lumière, grâce à l'aspiration provoquée par le recul du piston. Les performances sont élevées : 

pression de plusieurs milliers de bar, notamment pour le découpage jet d'eau ;



débit jusqu'à 500 L/min ;



Rendement > 0,951.