MICROCENTRALE HYDRAULIQUE

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la mise sous pression d'un fluide hydraulique. Elle vise plus précisément une centrale hydraulique à hautes performances et de petites dimensions, nommée ci-après microcentrale.

Etat de la technique

[0002] Dans le domaine de la mise sous pression d'un fluide hydraulique, il est connu d'utiliser principalement des pompes à engrenages ou des pompes à pistons.

[0003] Les pompes à engrenages, qui utilisent le profil combiné de deux roues dentées pour transvaser et augmenter la pression d'un fluide, sont de conception simple et d'entretien facile, et leur prix de revient est relativement faible. Par ailleurs, les pompes à engrenages sont de deux types : pompe à engrenages externes ou pompes à engrenages internes.

[0004] Le premier type de pompes à engrenages est simple d'utilisation mais présente l'inconvénient d'avoir un débit plutôt faible. En effet, l'espace disponible entre la face des dents des roues dentées et le corps de la pompe tend à s'amplifier à mesure que la pompe à engrenages externes s'use ce qui a pour conséquence d'augmenter les pertes volumétriques et d'affaiblir le rendement volumétrique d'une telle pompe.

[0005] Le deuxième type de pompes à engrenages a pour avantage d'être très silencieux et de posséder un meilleur rendement volumétrique, surtout à bas régime de rotation. Toutefois, ce type de pompe à engrenages présente généralement l'inconvénient d'avoir une consommation énergétique plutôt élevée.

[0006] Les pompes à pistons offrent le meilleur rendement volumétrique mais sont toutefois les plus coûteuses.

[0007] Les pompes à engrenages sont avantageusement utilisées pour délivrer un débit élevé alors que les pompes à pistons sont plutôt pour obtenir une pression élevée. Toutefois pour obtenir un débit élevé ou une pression élevée, il est généralement nécessaire de mettre en oeuvre des pompes encombrantes, voir US 6454543 B1 avec l'état de la technique.

[0008] Le document US 6454543 B1 ne divulgue pas la disposition particulière des pompes et du réservoir de la présente invention.

Résumé de l'invention

[0009] Le but de la présente invention est de proposer une centrale hydraulique ayant des hautes performances à savoir : un débit hydraulique le plus élevé possible, une pression la plus élevée possible tout en en consommant le minimum d'énergie, ladite centrale étant de petites dimensions pour pouvoir être facilement mise en oeuvre sur des dispositifs mobiles.

[0010] Conformément à l'invention, il est donc proposé une microcentrale hydraulique pour la mise sous pression d'un fluide comme décrit dans la revendication 1.

[0011] Le moteur est avantageusement soit un moteur électrique associé à un réducteur et des moyens d'inversion du courant électrique pour inverser le sens de rotation dudit moteur, soit un moteur pneumatique associé à des moyens d'inversion du circuit entrée/sortie dudit moteur hydraulique pour inverser le sens de rotation dudit moteur.

[0012] La microcentrale comporte :

• un réservoir contenant le fluide, et
• une plaque de fermeture dudit réservoir, le moteur, les deux pompes à piston, la pompe à engrenages et la roue libre étant alors directement ou indirectement solidaires de ladite plaque de fermeture du réservoir et disposés à l'intérieur de ce dernier.

[0013] La plaque comporte avantageusement une sortie de fluide sous pression, correspondant à la sortie de la microcentrale, et un retour de fluide dans le réservoir.

[0014] La plaque comporte en outre une première canalisation munie d'un clapet anti-retour et mettant en relation le refoulement de la pompe à engrenages et la sortie de fluide sous pression, et une deuxième canalisation mettant en relation le refoulement de l'ensemble des deux pompes à piston et ladite première canalisation en aval dudit clapet anti-retour.

[0015] Le sens de rotation du moteur est de préférence inversé lorsque la microcentrale atteint une valeur de consigne Vc.

[0016] La valeur de consigne Vc est avantageusement un niveau de pression déterminé du fluide à la sortie de la microcentrale ou une absorption du courant déterminé aux bornes du moteur.

Brève description des figures

[0017] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode d'exécution de l'invention en référence aux figures annexées sur lesquelles :

[Fig 1] est une vue en coupe longitudinale de la centrale hydraulique selon l'invention,

[Fig 2] est une vue de dessus de la centrale de la figure 1 sans sa plaque supérieure,

[Fig 3] est une vue en coupe horizontale éclatée de la centrale de la figure 1 sans son réservoir de fluide.

Description des modes de réalisation

[0018] Sur les figures 1 à 3, on a représenté la centrale 1 hydraulique à hautes performances et de petites dimensions selon l'invention, nommée ci-après microcentrale 1, cette dernière étant apte à mettre sous pression un fluide 2, avantageusement de l'huile.

[0019] Ainsi, la microcentrale 1 comporte avantageusement au moins :

• un réservoir 3 contenant un volume de fluide 2,
• une plaque 4 de fermeture dudit réservoir 3,
• un moteur 5 entrainant en rotation un vilebrequin 6 dans un sens de rotation R ou dans le sens opposé R',
• deux pompes à piston 7 disposées en opposition, mises alternativement en mouvement par la rotation dudit vilebrequin 6 et aptes à aspirer du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et à le mettre sous pression,
• une pompe à engrenages 8 disposée dans le prolongement dudit vilebrequin 6 et apte à aspirer du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et à le mettre sous pression, et
• une roue libre 9 solidaire de l'extrémité libre dudit vilebrequin 6, disposée entre lesdites pompes à pistons 7 et la pompe à engrenages 8, et apte à entraîner en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8 lorsque le vilebrequin 6 tourne dans le sens R et à ne pas entraîner en rotation ledit arbre de sortie 81 lorsque ledit vilebrequin 6 tourne dans le sens R' opposé.

[0020] On comprend ici que l'expression "une pompe à engrenages 8 disposée dans le prolongement dudit vilebrequin 6" définit la position relative de la pompe à engrenages (8) par rapport au vilebrequin (6), c'est-à-dire que la microcentrale (1) comporte les uns à la suite des autres un moteur (5), un vilebrequin (6) puis une pompe à engrenages (8).

[0021] L'ensemble des éléments constitutifs de la microcentrale 1, à savoir : le moteur 5, les deux pompes à piston 7, la pompe à engrenages 8 et la roue libre 9, sont directement ou indirectement solidaires de ladite plaque 4 de fermeture du réservoir 3 et disposés à l'intérieur de ce dernier.

[0022] Dans l'exemple de réalisation décrit, la microcentrale 1 est associée à une installation hydraulique, non représentée, fonctionnant en circuit fermé. Par conséquent, la plaque 4 comporte avantageusement une sortie 41 de fluide 2 sous pression, correspondant à la sortie 10 de fluide 2 sous pression de la microcentrale 1, et un retour 42 de fluide 2 dans le réservoir 3. La plaque 4 comporte en outre une première canalisation 43 munie avantageusement d'un clapet anti-retour 44 et mettant en relation le refoulement de la pompe à engrenages 8 et ladite sortie 41 de fluide 2 sous pression, et une deuxième canalisation 45 mettant en relation le refoulement de l'ensemble des deux pompes à piston 7 et ladite première canalisation 43 en aval dudit clapet anti-retour 44.

[0023] Toutefois, la microcentrale 1 pourra également être associée à un réservoir externe de plus ou moins grande capacité et à une installation hydraulique ne fonctionnant pas en circuit fermé, sans sortir du cadre de la présente invention ; la plaque 4 sera alors modifiée et ne comportera notamment pas de retour de fluide 2.

[0024] Le moteur 5, qui est associé à des moyens d'inversion pour inverser son sens de rotation, est soit un moteur électrique associé à un réducteur 51 et des moyens d'inversion du courant électrique, non représentés sur les figures, pour inverser le sens de rotation dudit moteur 5, soit selon un mode de réalisation non représenté, un moteur pneumatique associé à des moyens d'inversion du circuit entrée/sortie dudit moteur pneumatique pour inverser le sens de rotation dudit moteur 5. Les moyens d'inversion sont donc soit des moyens d'inversion du courant électrique, soit moyens d'inversion du circuit entrée/sortie.

[0025] Ainsi, avec cette configuration de la microcentrale 1, lorsque le moteur 5 entraine le vilebrequin 6 dans le sens de rotation R, la roue libre 9 entraine en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8. Cette dernière aspire alors du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la première canalisation 43 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, le fluide 2 passant au travers d'un clapet anti-retour 44. De manière simultanée, l'ensemble des deux pompes à piston 7 aspire du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la deuxième canalisation 45 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4 via la première canalisation 43. Avec le sens de rotation R, à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, on obtient un débit élevé de fluide 2 à basse pression.

[0026] On désigne ici par "basse pression" une pression de fluide 2 inférieure à 70 bars et par "haute pression" une pression de fluide 2 supérieure à 300 bars. De même, on désigne ici par "débit faible" un débit de fluide 2 inférieur à 0,5 l/mn (litre par minute) et par "débit élevé" un débit de fluide 2 supérieur à 2 l/mn.

[0027] Lorsque la microcentrale 1 atteint une valeur de consigne Vc, le sens de rotation du moteur 5 est inversé et ce dernier entraine alors le vilebrequin 6 dans le sens de rotation R', la roue libre 9 n'entraine plus en rotation l'arbre de sortie 81 de ladite pompe à engrenages 8 qui n'aspire plus de fluide 2 contenu dans le réservoir 3. Toutefois, l'ensemble des deux pompes à piston 7 aspire toujours du fluide 2 contenu dans le réservoir 3 et le refoule dans la deuxième canalisation 45 jusqu'à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4 via la première canalisation 43. Cependant, afin d'éviter que le fluide 2 sous pression fourni par l'ensemble des deux pompes à piston 7 rentre dans la pompe à engrenage 8, un clapet anti retour 44 bloque l'accès à cette dernière. Avec le sens de rotation R', à la sortie 41 de fluide 2 de la plaque 4, on obtient un faible débit de fluide 2 à haute pression.

[0028] La valeur de consigne Vc peut être, par exemple, à un niveau de pression déterminé du fluide 2 à la sortie 10 de la microcentrale 1 ou une absorption du courant déterminé aux bornes du moteur 5 électrique.

[0029] On comprend donc bien que, dans la microcentrale hydraulique selon l'invention, la roue libre 9 spécifique et l'inversion du sens de rotation permettent au moteur 5, selon son sens de rotation, d'entrainer soit les pompes à piston 7 seules, soit les pompes à piston 7 et la pompe à engrenage 8 afin notamment d'avoir un débit important.

[0030] Ainsi, à un couple moteur déterminé, on va débrayer la pompe à engrenage 8 par l'inversion du sens de rotation du moteur 5, les pompes à piston 7 n'ayant pas de sens de rotation pour leur fonctionnement, le débit de fluide délivré par la microcentrale hydraulique 1 selon l'invention passe alors d'un haut élevé à basse pression à un débit faible, celui des pompes à piston 7 seules, une haute pression, et ce pour le même couple moteur que dans le premier sens de rotation.

[0031] La microcentrale 1 pourra comporter plus de deux pompes à pistons 7 sans sortir du cadre de la présente invention.

[0032] L'homme du Métier n'aura aucune difficulté à mettre en oeuvre et à dimensionner les éléments nécessaires au bon fonctionnement de la microcentrale 1 tels que, par exemple, des crépines pour aspirer le fluide 2 contenu dans le réservoir 3, des tuyaux pour raccorder le refoulement des différentes pompes aux première et deuxième canalisations 43,45 ou encore des roulements à billes ou aiguilles et des supports.

[0033] On comprend qu'ainsi configurée la microcentrale 1 selon l'invention permet d'obtenir des performances élevées tout en étant particulièrement compacte.

[0034] Selon un exemple de dimensionnement non limitatif, une microcentrale 1 munie d'un moteur 5 à double sens de rotation soit pneumatique de 360 W à 6 bars d'air, soit électrique de 400 W en 24 V, permet d'obtenir les caractéristiques suivantes :

• un débit de fluide 2 à 70 bars de l'ordre de 2,5 l/mn, lorsque le moteur tourne dans le sens R,
• un débit de fluide 2 à 500 bars de l'ordre de 0,5 l/mn, lorsque le moteur tourne dans le sens R'.

[0035] La microcentrale 1 selon l'invention trouve une application particulière dans le verrouillage ou le bridage de pièces à usiner par des vérins hydrauliques où l'on a besoin d'une approche rapide à basse pression et d'un blocage à haute pression.

[0036] Enfin, il va de soi que les exemples de microcentrale 1 conformes à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention.

Revendications

1. Microcentrale (1) hydraulique pour la mise sous pression d'un fluide (2), comportant au moins :

- un moteur (5) associé à des moyens d'inversion pour inverser le sens de rotation dudit moteur (5) et entrainant en rotation un vilebrequin (6) dans un sens de rotation R ou dans le sens opposé R',

- deux pompes à piston (7) disposées en opposition, mises alternativement en mouvement par la rotation dudit vilebrequin (6) et aptes à aspirer du fluide (2) et à le refouler sous pression vers la sortie (10) de la microcentrale (1),

- une pompe à engrenages (8) disposée dans le prolongement dudit vilebrequin (6) et apte à aspirer du fluide (2) et à le refouler sous pression vers la sortie (10) de la microcentrale (1), et

- une roue libre (9) solidaire de l'extrémité libre dudit vilebrequin (6), disposée entre lesdites pompes à pistons (7) et la pompe à engrenages (8), et apte à entraîner en rotation l'arbre de sortie (81) de ladite pompe à engrenages (8) lorsque le vilebrequin (6) tourne dans le sens R et à ne pas entraîner en rotation ledit arbre de sortie (81) lorsque ledit vilebrequin (6) tourne dans le sens R' opposé,

- un réservoir (3) contenant le fluide (2), et

- une plaque (4) de fermeture dudit réservoir (3), le moteur (5), les deux pompes à piston (7), la pompe à engrenages (8) et la roue libre (9) étant alors directement ou indirectement solidaires de ladite plaque (4) de fermeture du réservoir (3) et disposés à l'intérieur de ce dernier.

2. Microcentrale (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le moteur (5) est soit un moteur électrique associé à un réducteur (51) et des moyens d'inversion du courant électrique pour inverser le sens de rotation dudit moteur (5), soit un moteur pneumatique associé à des moyens d'inversion du circuit entrée/sortie dudit moteur hydraulique pour inverser le sens de rotation dudit moteur (5).

3. Microcentrale (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la plaque (4) comporte une sortie (41) de fluide (2) sous pression, correspondant à la sortie (10) de la microcentrale (1), et un retour (42) de fluide (2) dans le réservoir (3).

4. Microcentrale (1) selon la revendication 3 caractérisée en ce que la plaque (4) comporte une première canalisation (43) munie d'un clapet anti-retour (44) et mettant en relation le refoulement de la pompe à engrenages (8) et la sortie (41) de fluide (2) sous pression, et une deuxième canalisation (45) mettant en relation le refoulement de l'ensemble des deux pompes à piston (7) et ladite première canalisation (43) en aval dudit clapet anti-retour (44).

5. Microcentrale (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le sens de rotation du moteur (5) est inversé lorsque la microcentrale (1) atteint une valeur de consigne Vc.

6. Microcentrale (1) selon la revendication 5 caractérisée en ce que la valeur de consigne Vc est un niveau de pression déterminé du fluide (2) à la sortie (10) de la microcentrale (1) ou une absorption du courant déterminé aux bornes du moteur (5).

Ansprüche

1. Mikro-Wasserkraftwerk (1) zum Druckbeaufschlagen einer Flüssigkeit (2), mindestens Folgendes beinhaltend:

- einen Motor (5), der mit Umkehrmitteln verknüpft ist, um die Drehrichtung des Motors (5) umzukehren, und eine Kurbelwelle (6) in einer Drehrichtung R oder in der entgegengesetzten Richtung R' zum Drehen antreibt,

- zwei Kolbenpumpen (7), die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, durch die Drehung der Kurbelwelle (6) abwechselnd in Bewegung gesetzt werden, und imstande sind, Flüssigkeit (2) anzusaugen, und unter Druck zum Ausgang (10) des Mikro-Wasserkraftwerks (1) zu fördern,

- eine Zahnradpumpe (8), die in der Verlängerung der Kurbelwelle (6) angeordnet ist, und imstande ist, Flüssigkeit (2) anzusaugen, und unter Druck zum Ausgang (10) des Mikro-Wasserkraftwerks (1) zu fördern, und

- einen Freilauf (9), der fest mit dem freien Ende der Kurbelwelle (6) verbunden ist, zwischen den Kolbenpumpen (7) und der Zahnradpumpe (8) angeordnet ist, und imstande ist, die Ausgangswelle (81) der Zahnradpumpe (8) in Drehung anzutreiben, wenn sich die Kurbelwelle (6) in die Richtung R dreht, und die Ausgangswelle (81) nicht in Drehung anzutreiben, wenn sich die Kurbelwelle (6) in die entgegengesetzte Richtung R' dreht,

- einen Behälter (3), der die Flüssigkeit (2) enthält, und

- eine Verschlussplatte (4) des Behälters (3), wobei der Motor (5), die beiden Kolbenpumpen (7), die Zahnradpumpe (8) und der Freilauf (9) somit direkt oder indirekt fest mit der Verschlussplatte (4) des Behälters (3) verbunden sind, und im Inneren von diesem letzteren angeordnet sind.

2. Mikro-Kraftwerk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (5) entweder ein Elektromotor ist, der mit einem Getriebe (51) und Umkehrmitteln für den elektrischen Strom verknüpft ist, um die Drehrichtung des Motors (5) umzukehren, oder ein Pneumatik-Motor, der mit Umkehrmitteln des Eingangs-/Ausgangskreislaufs des Hydraulikmotors verknüpft ist, um die Drehrichtung des Motors (5) umzukehren.

3. Mikro-Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) einen Ausgang (41) für unter Druck stehende Flüssigkeit (2) beinhaltet, welcher dem Ausgang (10) des Mikro-Kraftwerks (1) entspricht, und eine Rückführung (42) der Flüssigkeit (2) in den Behälter (3).

4. Mikro-Kraftwerk (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) eine erste Kanalisation (43) beinhaltet, die mit einem Rückschlagventil (44) versehen ist, und die Förderung der Zahnradpumpe (8) und den Ausgang (41) für unter Druck stehende Flüssigkeit (2) in Verbindung bringt, und eine zweite Kanalisation (45), die die Förderung der Anordnung der beiden Kolbenpumpen (7) und die erste Kanalisation (43) stromabwärts des Rückschlagventils (44) gelegen in Verbindung bringt.

5. Mikro-Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Motors (5) umgekehrt wird, wenn das Mikro-Kraftwerk (1) einen Sollwert Vc erreicht.

6. Mikro-Kraftwerk (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert Vc eine bestimmte Druckstufe der Flüssigkeit (2) am Ausgang (10) des Mikro-Kraftwerks (1), oder eine bestimmte Stromaufnahme an den Anschlussklemmen des Motors (5) ist.

Claims

1. A micro-hydro generation plant (1) for pressurising a fluid (2), including at least:

- one motor (5) associated with reversing means for reversing the direction of rotation of said motor (5) and driving in rotation a crankshaft (6) in a direction of rotation R or in the opposite direction R',

- two piston pumps (7) arranged opposite to each other, alternately moved by the rotation of said crankshaft (6) and capable of drawing fluid (2) and discharging it under pressure towards the outlet (10) of the micro-generation plant (1),

- a gear pump (8) arranged in the extension of said crankshaft (6) and capable of drawing fluid (2) and discharging it under pressure towards the outlet (10) of the micro-generation plant (1), and

- a free wheel (9) secured to the free end of said crankshaft (6), arranged between said piston pumps (7) and the gear pump (8), and capable of driving in rotation the output shaft (81) of said gear pump (8) when the crankshaft (6) rotates in the direction R and of not driving in rotation said output shaft (81) when said crankshaft (6) rotates in the opposite direction R',

- a reservoir (3) containing the fluid (2), and

- a plate (4) for closing said reservoir (3),

the motor (5), the two piston pumps (7), the gear pump (8) and the free wheel (9) then being directly or indirectly secured to said plate (4) for closing the reservoir (3) and arranged inside the latter.

2. The micro-generation plant (1) according to claim 1, characterised in that the motor (5) is either an electric motor associated with a reduction gear (51) and means for reversing the electric current to reverse the direction of rotation of said motor (5), or a pneumatic motor associated with means for reversing the input/output circuit of said hydraulic motor to reverse the direction of rotation of said motor (5).

3. The micro-generation plant (1) according to any one of claims 1 or 2, characterised in that the plate (4) includes an outlet (41) of pressurised fluid (2), corresponding to the outlet (10) of the micro-generation plant (1), and a return (42) of fluid (2) into the reservoir (3).

4. The micro-generation plant (1) according to claim 3, characterised in that the plate (4) includes a first pipe (43) provided with a check valve (44) and linking the discharge of the gear pump (8) and the outlet (41) of pressurised fluid (2), and a second pipe (45) linking the discharge of all two piston pumps (7) and said first pipe (43) downstream of said check valve (44).

5. The micro-generation plant (1) according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the direction of rotation of the motor (5) is reversed when the micro-generation plant (1) reaches a setpoint value Vc.

6. The micro-generation plant (1) according to claim 5, characterised in that the setpoint value Vc is a determined pressure level of the fluid (2) at the outlet (10) of the micro-generation plant (1) or an absorption of the current determined at the terminals of the motor (5).

Dessins