Equipements Hydrauliques Et Pneumatiques

QUIPEMENTS

QUIPEMENTS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES

SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ020-FR

Rvision 0.1

Exploration & Productionquipements

quipements hydrauliques et pneumatiques

Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernire Rvision: 01/06/2007 Page 2 de 198

QUIPEMENTS

QUIPEMENTS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES

SOMMAIRE

1. OBJECTIFS .....................................................................................................................7 2. CONSTRUCTION ET THORIE .....................................................................................9

2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................9 2.1.1. Constitution d'un systme hydraulique ..............................................................9 2.1.2. Le fluide hydraulique .......................................................................................11

2.2. PRINCIPES LMENTAIRES DES SYSTMES PNEUMATIQUES......................12 2.2.1. propos du systme d'air/gaz comprim lmentaire ? .................................12 2.2.2. Connaissances de base ..................................................................................13 2.2.3. Rappel sur les units de pression ...................................................................14

2.3. PRINCIPES LMENTAIRES DE L'HYDRAULIQUE.............................................15 2.3.1. Pourquoi utiliser l'hydraulique ?.......................................................................15 2.3.2. Loi de Pascal et pression hydrostatique..........................................................16

2.3.2.1. Premire Loi de Pascal ..............................................................................16 2.3.2.2. Deuxime Loi de Pascal.............................................................................17

2.3.3. Signification du mot hydraulique ?.............................................................19 2.3.4. Fonctionnement du systme hydraulique ........................................................19

2.3.4.1. Puissance hydraulique ...............................................................................19 2.3.4.2. Application de la Loi de Pascal ..................................................................20

2.3.5. Viscosit ..........................................................................................................20 2.3.6. Diffrence entre systme hydraulique et systme pneumatique .....................21

3. ALIMENTATION HYDRAULIQUE .................................................................................22 3.1. LES POMPES HYDRAULIQUES............................................................................22

3.1.1. Applications .....................................................................................................22 3.1.2. Pression hydraulique.......................................................................................24 3.1.3. Fonctionnement de la pompe hydraulique.......................................................26

3.2. TYPES DE POMPES HYDRAULIQUES .................................................................27 3.2.1. Pompes volumtriques et pompes non volumtriques ....................................27 3.2.2. Pompes hydrauliques rotatives .......................................................................27 3.2.3. Pompes engrenage ......................................................................................28 3.2.4. Pompes axiales ...............................................................................................28 3.2.5. Pompes ailettes............................................................................................29 3.2.6. Pompes lobes...............................................................................................30 3.2.7. Pompes pistons............................................................................................30

3.2.7.1. Pompe pistons radiaux............................................................................30 3.2.7.2. Pompe pistons axiaux .............................................................................31

4. COMPOSANTS DES SYSTMES HYDRAULIQUES ...................................................32 4.1. INTRODUCTION SUR LES COMPOSANTS ..........................................................32 4.2. RSERVOIR (RSERVOIR DE PTROLE) ...........................................................33

4.2.1. Reniflard ..........................................................................................................35 4.2.2. Indicateur de niveau de fluide..........................................................................35




4.2.3. Plaque dflecteur ............................................................................................35 4.2.4. Crpine............................................................................................................35 4.2.5. Bouchon de vidange........................................................................................36 4.2.6. Plaque de nettoyage .......................................................................................36

4.3. FILTRES ET CRPINES.........................................................................................37 4.3.1. Crpines ..........................................................................................................37 4.3.2. Filtres...............................................................................................................38

4.4. POMPE HYDRAULIQUE ET ENTRANEMENT......................................................39 4.5. CHANGEURS THERMIQUES DE FLUIDES ........................................................39

4.5.1. Radiateur refroidi par ventilateur et ailettes .....................................................39 4.5.2. Tube ailettes.................................................................................................40 4.5.3. Enveloppe et tube ...........................................................................................40

4.6. INTRUMENTS DE CONTROLE DE PRESSION ET DEBIT ...................................40 4.6.1. Soupape de Scurit .......................................................................................40 4.6.2. Manomtre ......................................................................................................41 4.6.3. Rgulateur de pression ...................................................................................41 4.6.4. Distributeurs ....................................................................................................42 4.6.5. Vanne de rglage de dbit et clapet anti retour...............................................43

4.7. ACCUMULATEURS................................................................................................45 4.7.1. Accumulateurs hydropneumatiques ................................................................46 4.7.2. Type ressort .................................................................................................47 4.7.3. Poids soulev ..................................................................................................47

4.8. FLEXIBLES ET TUYAUX DE RACCORD ...............................................................48 4.8.1. Tuyauterie .......................................................................................................48 4.8.2. Tubes ..............................................................................................................48 4.8.3. Flexibles ..........................................................................................................49

4.9. JOINTS, RACCORDS ET BRANCHEMENTS ........................................................50 4.9.1. Recommandations pour le montage des raccords ..........................................50 4.9.2. Rle des raccords ...........................................................................................50 4.9.3. Diffrentes mthodes dassemblage/d'tanchit ...........................................51

4.9.3.1. Raccords de tuyaux ...................................................................................51 4.9.3.2. Bossage de joint torique.............................................................................52 4.9.3.3. Raccord vasement ................................................................................52 4.9.3.4. Raccord compression .............................................................................52 4.9.3.5. Autres types de montage ...........................................................................56

5. LECTURE DES SCHMAS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES...........................57 5.1. LECTURE DES SCHMAS PNEUMATIQUES.......................................................57

5.1.1. lments de base sur les schmas.................................................................57 5.1.2. Schma fonctionnel et schma de principe (avec symboles) ..........................57 5.1.3. Symboles des systmes pneumatiques ..........................................................59

5.1.3.1. Instruments et accessoires.........................................................................59 5.1.3.2. Vannes / relais pneumatiques ....................................................................60 5.1.3.3. Lignes techniques ......................................................................................62 5.1.3.4. Stockage dnergie et stockage de fluide...................................................63 5.1.3.5. Conditionneur de fluides ............................................................................64 5.1.3.6. Rcepteurs mouvements linaires ..........................................................66

5.1.4. Types de symboles .........................................................................................66 5.1.5. Identification des lments de commande ......................................................67




5.1.6. Cration de symboles de relais/vannes...........................................................69 5.2. LECTURE DES SCHMAS HYDRAULIQUES .......................................................71

5.2.1. Lecture des symboles hydrauliques ................................................................71 5.2.2. Conduites de fluide..........................................................................................72 5.2.3. Restrictions......................................................................................................72 5.2.4. Connexions rapides.........................................................................................72 5.2.5. Pompes hydrauliques......................................................................................73 5.2.6. Moteurs hydrauliques ......................................................................................73 5.2.7. Cylindres .........................................................................................................73 5.2.8. Relais (de distribution) hydrauliques ...............................................................73 5.2.9. Servomoteurs ..................................................................................................74 5.2.10. Soupape de scurit (PSV) ...........................................................................74 5.2.11. Vannes rgulatrices de dbit .........................................................................74 5.2.12. Rservoirs .....................................................................................................74 5.2.13. Divers dispositifs hydrauliques ......................................................................75

5.3. SYMBOLES HYDRAULIQUES POUR SCHMAS DE CIRCUIT............................75 5.3.1. Symboles hydrauliques 1 ................................................................................76

5.3.1.1. Symboles des conduites (lignes) de fluide .................................................76 5.3.1.2. Dispositifs restrictifs ...................................................................................77 5.3.1.3. Raccord rapide...........................................................................................77

5.3.2. Symboles hydrauliques 2 ................................................................................78 5.3.2.1. Cylindres ....................................................................................................78 5.3.2.2. Vannes / Relais hydrauliques.....................................................................79 5.3.2.3. Actionneurs de relais..................................................................................79

5.3.3. Symboles hydrauliques 3 ................................................................................81 5.3.3.1. Symboles de pompes.................................................................................81 5.3.3.2. Symboles des moteurs...............................................................................82

5.3.4. Symboles hydrauliques 4 ................................................................................84 5.3.4.1. Soupapes de scurit ................................................................................84 5.3.4.2. Vannes de conditionnement dcoulement.................................................84 5.3.4.3. Rservoir....................................................................................................85

5.3.5. Symboles hydrauliques 5 ................................................................................86 5.3.5.1. Appareils moteurs ......................................................................................86 5.3.5.2. Indicateurs..................................................................................................86 5.3.5.3. Accumulateurs ...........................................................................................87 5.3.5.4. Conditionneurs de fluides...........................................................................87

6. OPRATIONS SUR LES SYSTMES HYDRAULIQUES .............................................90 6.1. TCHES DE LOPRATEUR..................................................................................90

6.1.1. Actions des oprateurs....................................................................................90 6.1.2. Contrles par loprateur .................................................................................90 6.1.3. Causes de dfaillance du systme..................................................................91

6.2. COULEMENT DU FLUIDE HYDRAULIQUE.........................................................92 6.2.1. Parcours du fluide hydraulique ........................................................................92 6.2.2. Votre voiture est quipe de freins hydrauliques.............................................95

7. COMMANDES DE SYSTMES HYDRAULIQUES ET RECEPTEURS FINAUX ..........96 7.1. COMPOSANTS DE COMMANDE ET DE DIRECTION DU FLUIDE.......................96

7.1.1. Slecteur de circuit ..........................................................................................97 7.1.2. Principe des relais de distribution (distributeur)...............................................97




7.1.3. Fonctionnement des relais de distribution (distributeur) ..................................99 7.1.4. Distributeurs tiroirs des relais de distribution (distributeur) .........................101

7.1.4.1. Distributeurs tiroirs cylindriques ............................................................101 7.1.4.2. Distributeurs tiroir pistons...................................................................103 7.1.4.3. Distributeurs rotatifs .................................................................................104

7.1.5. Actionneurs de relais de distribution (distributeur).........................................104 7.1.5.1. Commande manuelle ...............................................................................104 7.1.5.2. Commande mcanique ............................................................................106 7.1.5.3. Commande lectrique ..............................................................................107 7.1.5.4. Commande pneumatique.........................................................................109 7.1.5.5. Commande combine ..............................................................................112

7.2. RECEPTEURS HYDRAULIQUES.........................................................................113 7.2.1. Cylindres hydrauliques ..................................................................................113

7.2.1.1. Cylindre simple effet..............................................................................114 7.2.1.2. Cylindres double effet ...........................................................................116

7.2.2. Moteurs hydrauliques ....................................................................................118 7.2.2.1. Moteurs engrenage ...............................................................................119 7.2.2.2. Moteurs ailettes (ou palettes) ................................................................119 7.2.2.3. Moteurs pistons.....................................................................................120

7.2.3. Actionneur (servomoteur) rotatif ....................................................................121 7.2.3.1. Dispositifs hydrauliques rotatifs ailettes ................................................121 7.2.3.2. Actionneur pistons.................................................................................123

8. FLUIDES HYDRAULIQUES ........................................................................................125 9. VANNES ACTIONNES PAR UN SYSTME HYDRAULIQUE ET LEURS COMMANDES EN APPLICATIONS SITE .......................................................................126

9.1. FONCTIONNEMENT MANUEL DE L'ACTIONNEUR ROTATIF ...........................126 9.1.1. Squence 1 Vanne compltement ouverte.................................................126 9.1.2. Squence 2 Fermeture de la vanne ...........................................................127 9.1.3. Squence 3 Vanne compltement ferme .................................................128

9.2. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR ROTATIF PAR PILOTE.....................129 9.2.1. Squence 1 Vanne compltement ouverte.................................................130 9.2.2. Squence 2 Fermeture de la vanne ...........................................................130 9.2.3. Squence 3 Vanne compltement ferme .................................................131

9.3. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR LINAIRE..........................................132 9.4. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR ROTATIF PISTON .........................136

9.4.1. Piston rotatif command la main ................................................................138 9.4.2. Piston rotatif command lectriquement .......................................................140 9.4.3. Piston rotatif, scurit automatique ferme par relais pilote ..........................141 9.4.4. Piston rotatif, positionnement de soupape.....................................................143

10. APPLICATION SITE - COMMANDE ET QUIPEMENTS PUITS..............................147 10.1. PANNEAU COMMANDE DE PUITS TYPE.........................................................148

10.1.1. Commande de puits type.............................................................................148 10.1.2. Rgles pour les conditions fonctionnelles requises sur le tableau de commande de puits .................................................................................................150

10.1.2.1. Gnralits.............................................................................................150 10.1.2.2. Fonctions de commande........................................................................152

10.1.3. Conditions requises en termes de construction...........................................154 10.1.3.1. Gnralits.............................................................................................154




10.1.3.2. Dtails de construction...........................................................................155 10.1.3.3. Panneau avant .......................................................................................156 10.1.3.4. Niveau dintgrit de scurit (SIL : Safety Integrity Level))...................156 10.1.3.5. tiquetage et marquage.........................................................................157

10.1.4. Schma de principe de distribution de tableau de commande de puits type................................................................................................................................157

10.2. COMMANDE TYPE DE PUITS VANNES ET ACTIONNEURS........................163 10.2.1. Application en surface pneumatique.........................................................163

10.2.1.1. PneuMaster' ..........................................................................................163 10.2.1.2. Tandem Dia-Flex....................................................................................164 10.2.1.3. Type piston..........................................................................................166

10.2.2. Application en surface hydraulique...........................................................167 10.2.2.1. GateMaster ............................................................................................167 10.2.2.2. Actionneur modle E..............................................................................169 10.2.2.3. Actionneur modle C..............................................................................171 10.2.2.4. Actionneur modle CSWC Coil Spring Wire-Cutting ...........................172 10.2.2.5. Actionneur modle RV ...........................................................................173 10.2.2.6. Actionneur modle LPO avec modle C ................................................175

10.3. COMMANDE GNRALE TYPE DE PUITS.......................................................177 11. AUTRES UNITS ET CIRCUITS HYDRAULIQUES..................................................181

11.1. DMARREUR HYDRAULIQUE POUR MOTEUR DIESEL/GAZ, OU TURBINE.181 11.2. SYSTME D'INJECTION DE PRODUITS CHIMIQUES .....................................182

11.2.1. Skid dinjection de produits chimiques avec cuve de 4 500 litres ................182 11.2.2. Systme d'injection chimique multipoint ......................................................182 11.2.3. Injection inhibiteur de paraffine....................................................................183

11.3. BANC DESSAI DE SOUPAPE ...........................................................................183 11.4. APPAREIL DE CONTRLE POIDS MORT.....................................................184 11.5. POMPES MAIN HYDRAULIQUES ..................................................................184 11.6. APPLICATIONS DALIMENTATION HYDRAULIQUE.........................................185

12. EXERCICES ..............................................................................................................186 13. GLOSSAIRE ..............................................................................................................192 14. TABLE DES FIGURES ..............................................................................................193 15. TABLE DES TABLEAUX ...........................................................................................198




1. OBJECTIFS Ce document a pour objectif d'expliquer, par une prsentation des bases fondamentales, les principes lmentaires de maintenance et de fonctionnement des diffrents types d'quipements hydrauliques, hydropneumatiques et lectropneumatiques que l'on rencontre sur un site ptrolier industriel. Il porte principalement sur les systmes de commande des soupapes de l'arbre de nol des ttes de puits, les soupapes d'arrt et d'urgence (SDV, ESDV), toutes les vannes de procd quipes de actionneurs hydrauliques, les skids d'injection de produits chimiques (utilisant des pompes hydrauliques). Ce systme ne pouvant pas tre dissoci des systmes hydrauliques, nous tudions galement la commande pneumatique. Dans toutes les applications du site, les contrles et les commandes des soupapes sont souvent pneumatiques. A voir aussi le contrle lectrique, pour avoir en fait des systmes lectro-pneumato-hydrauliques .. Le stagiaire sera en mesure de :

Dfinir les principes hydrauliques et dcrire la faon dont la pression hydraulique serait utilise.

Dmontrer la connaissance de la dynamique des fluides et dcrire les diffrences

entre la pneumatique et l'hydraulique.

Dfinir la loi de Pascal et montrer une comprhension des forces dans les systmes hydrauliques contenant des pistons de diffrentes tailles.

Dfinir la thorie du fonctionnement de l'unit d'alimentation hydraulique.

Nommer et dfinir les diffrents types d'units d'alimentation hydraulique et

dcrire leur utilisation.

Dcrire la faon dont le systme hydraulique cre la pression hydraulique, fonctionne et renvoie le fluide dans le rservoir.

Nommer, dcrire et fournir des utilisations pour les diffrents composants de

distribution hydrauliques sur la conduite entre le rservoir hydraulique et les points de distribution.

Dfinir et dcrire les mesures prendre et les quipements utiliser pour que le

systme hydraulique fonctionne correctement.

Identifier et dfinir l'utilisation des types des soupapes de commande de fluide hydraulique et identifier leur symbole.

Nommer et dcrire la fonction et les utilisations des diffrents types de dispositifs

hydrauliques finaux utiliss pour effectuer le travail.




Identifier les symboles utiliss sur les dessins et les schmas de circulation hydraulique.

Identifier les composants reprsents par les symboles et expliquer le

fonctionnement du circuit hydraulique reprsent.

Identifier les symboles utiliss sur les dessins et les schmas de circulation pneumatique.

Identifier les composants reprsents par les symboles et expliquer le

fonctionnement du circuit pneumatique reprsent.

Expliquer et interprter un diagramme hydropneumatique




2. CONSTRUCTION ET THORIE

2.1. INTRODUCTION Les systmes hydrauliques selon leur dnomination courante permettent l'nergie de se dplacer d'un point un autre. Ces systmes utiliss sur nos sites industriels, sont amliors de manire continue et sont largement prfrs n'importe quelle solution mcanique. En particulier, lorsque le mouvement doit tre prcis.

2.1.1. Constitution d'un systme hydraulique

Figure 1 : Principe de base d'une unit et d'un circuit hydraulique




Un circuit hydraulique fonctionne sous une certaine pression. L'nergie ncessaire est dlivre par une des sources suivantes :

Un moteur lectrique ou thermique

Un moteur entranement pneumatique actionn par du gaz ou de l'air

Par la main Et assist par un systme pneumatique avec une source d'nergie Associe une de ces sources d'nergie, nous trouvons une pompe qui est cense pousser le fluide contenu dans un rservoir et envoy vers des dispositifs finaux, en traversant des accessoires tels que des filtres, un rgulateur de pression, un accumulateur, des relais, un systme de distribution (rseau), etc., avant de revenir dans le rservoir de fluide. On obtient alors un circuit de distribution. Par exemple celui (simple...) reprsent ci-dessous.

B C

F

A

D

E

A: Oil TankB: PumpC: Pressure RegulatorD: DistributorE: Receptor (Piston)F: Filter

Figure 2 : Schma d'un circuit hydraulique lmentaire




Ou celui d'une application sur site, comme ci-aprs :

Figure 3 : Schma hydraulique d'un riser infrieur (Girassol) Si les mouvements des rcepteurs finaux sont linaires, ceux-ci doivent tre des actionneurs piston ; pour les autres rcepteurs finaux, ils doivent tourner, agissant comme des moteurs hydrauliques ou des actionneurs piston rotatif. Ajoutez les tuyauteries, les conduites entre les lments hydrauliques, capables de rsister la pression de service, rigides, flexibles, mtalliques, etc., et ajoutez les circuits de tuyauterie pour les commandes et les contrles (pneumatiques ou lectriques), pour obtenir votre installation me hydrauliquement. Cela suffit-il pour l'hydraulique ? Il manque seulement llment lmentaire et 'essentiel' :

2.1.2. Le fluide hydraulique la liste prcdente, nous devons ajouter llment essentiel : le fluide hydraulique, dont la fonction est de transmettre l'nergie.




Si lon considre une installation hydraulique, quels sont les avantages d'une telle solution, sachant que les systmes hydrauliques sont onreux par rapport aux autres types d'nergie.

Dans la version tournante, elle autorise une variation de vitesse, un mouvement bidirectionnel (vers l'avant et vers larrire),

Elle permet un contrle prcis des efforts

Elle rsiste l'adversit ambiante

Elle supporte les hautes puissances

Elle sassocie bien aux dispositifs de contrle

Son fonctionnement est flexible

Nous prsenterons en dtail, les diffrents composants d'une installation ou dun rseau hydraulique avec ses dispositifs de contrle, mais nous allons commencer par passer en revue quelques principes et technologies lmentaires.

2.2. PRINCIPES LMENTAIRES DES SYSTMES PNEUMATIQUES Nous devons savoir comment fonctionne le systme pneumatique de base puisque nous lutiliserons lorsque nous travaillerons avec le systme hydraulique. Contrairement au contrle lectrique, il n'y a pas de cours spcifique au systme pneumatique. Naturellement, chacun sait que l'air ou les gaz sont comprims et les liquides pomps. Mais quen est-il pour ltat solide ? Les lments ltat solide sont ports ou soulevs pour augmenter leur nergie .tudions quelques faits lmentaires sur les systmes pneumatiques, pour pouvoir les comparer aux systmes hydrauliques.

2.2.1. propos du systme d'air/gaz comprim lmentaire ? Le systme d'air comprim doit fabriquer de l'air comprim partir de l'air qui nous

entoure. On doit alors s'assurer que l'air qu'il a comprim est :

propre

sec (mais avec un minimum dhuile)

la bonne pression dutilisation pour effectuer le travail,

la bonne temprature dutilisation,

suffisant pour les dispositifs qu'il actionnera pour effectuer le travail.




2.2.2. Connaissances de base

La pression de lair est la force de l'air qui pousse contre un objet. Au niveau de la mer, l'air appuie contre tout ce qui lentoure une pression de 101,5 kPa ou 1015 hPa ou 1015 mbar en units SI, le Pascal tant l'unit officielle (voir paragraphe suivant). Cette pression vaut 14,7 livres par pouce carr (psi) en units impriales. Il sagit de la valeur de rfrence de la pression atmosphrique au niveau de la mer. Cette valeur varie avec les conditions atmosphriques.

Quand de l'air (ou tout autre gaz) est comprim, sa temprature augmente et son

volume diminue.

Quand de l'air (ou tout autre gaz) peut se dtendre, sa temprature diminue et son volume augmente.

Le dbit est une mesure de la quantit de fluide qui traverse le systme ou un

tuyau par unit de temps (en seconde ou en minute). Rappel : lair est un gaz et un gaz est un fluide.

L'humidit est la quantit de vapeur d'eau dans lair.

Le point de rose est la temprature laquelle la vapeur dans lair commence se condenser. Lorsque lair est comprim, il se rchauffe. Lorsque lair se dtend (dcomprim), il se refroidit. Par consquent, quand l'air se dtend, la vapeur d'eau dans lair se condense en eau. L'eau dans un systme pneumatique sera lorigine de corrosion et d'rosion des tuyaux et d'autres composants. Dans toute distribution d'air, l'eau n'est pas la bien venue. On trouve des scheurs dair et filtres air (avec changement automatique) l'origine de la distribution d'air. Une des tches de routine effectue par loprateur est le contrle de la qualit de l'air dans les instruments et les rseaux d'air de service. On trouve des units de service diffrents emplacements o l'air comprim est utilis. Ces units ont deux composants principaux :

Un filtre air pour nettoyer toutes les salets ou dbris restants dans l'air.

Un rgulateur de pression pour garantir une pression d'air comprim correcte pour l'unit fonctionnant l'air comprim.

Un huileur (graisseur)




2.2.3. Rappel sur les units de pression Dans le Systme International d'units (SI), la pression sexprime en Pascal. Le

Pascal dont le symbole abrg est Pa est dfini comme la pression rsultant dune force d'un newton applique uniformment sur une surface dun mtre carr :

1 Pa = 1 N / 1 m

Un Pascal reprsente une trs faible pression et on utilise souvent une unit plus

approprie dans lindustrie ptrolire et gazire : le bar, qui vaut 100 000 Pascal :

1 bar = 105 Pa = 100 kPa (kilopascal) = 1 000 hPa (hectopascal) On utilise galement le millibar qui reprsente une bonne unit de mesure

intermdiaire entre le Pascal (souvent trop petit) et le bar (parfois trop grand) : 1 bar = 1 000 mbar

Le choix de la bonne unit ou de lunit qui convient le mieux dpend gnralement de

l'application : le nombre ne doit pas tre dpasser quatre chiffres (cest dire quelques milliers ou quelques millimes de l'unit choisie).

Par exemple : 78 455 Pa peut tre remplac par 785 mbar (puisque les deux derniers des cinq chiffres sont gnralement bien en de de la prcision des instruments, le troisime chiffre peut tre arrondi la valeur suprieure)

Une autre unit de pression est toujours trs rpandue dans l'industrie ptrolire et

gazire : les livres par pouce carr, lbf/in2 ou psi :

1 psi = 6 894 Pa 69 mbar 1 bar = 14,5 psi




2.3. PRINCIPES LMENTAIRES DE L'HYDRAULIQUE

2.3.1. Pourquoi utiliser l'hydraulique ? Comme le montre le paragraphe prcdent, nous pouvons utiliser l'air (ou le gaz) pour effectuer le travail en stockant de l'nergie. Cette nergie est stocke dans les molcules et les atomes qui composent ces molcules en les poussant les uns contre les autres dans un processus que nous appelons la compression. Quand l'nergie dans cet air comprim est libre, sa force peut effectuer le travail. Figure 4 : Dans un gaz les atomes sont loigns les uns

des autres Les liquides ne peuvent pas stocker d'nergie.

Un fluide hydraulique n'est pas compressible. Il ne peut donc pas stocker dnergie. Un fluide hydraulique peut seulement transmettre l'nergie. L'nergie vient de la pompe dans le systme hydraulique. Cette nergie peut effectuer le travail. Figure 5 : Dans un liquide les atomes sont proches les uns des autres

Cette proprit importante des liquides permet de contrler avec une grande prcision les systmes hydrauliques. Elle permet galement au systme de fonctionner uniformment. La figure ci-dessous montre combien il est facile et rapide de transfrer l'nergie en comprimant un fluide.

Les molcules du fluide poussent galement dans toutes les directions (voir paragraphe et figure suivants). La force du marteau transfre l'nergie dans les molcules du fluide. Le fluide ne peut pas tre comprim, et donc lnergie est transmise au rcipient.

Figure 6 : Lnergie se transfre facilement par un fluide

Le rcipient ne peut pas se dilater suffisamment pour absorber l'nergie (pas autant que l'air ou un gaz), de telle sorte que la force rsultante casse le rcipient.




C'est un bon exemple de la manire dont les fluides peuvent effectuer le travail. Dans ce cas, la rupture du rcipient est le travail effectu. Cet exemple montre galement la facilit avec laquelle l'nergie peut tre transmise par les molcules du fluide. Cette nergie est transmise avec trs peu de pertes lies l'expansion ou aux frottements. Par consquent, elle convient bien pour effectuer un travail qui ncessite plus d'nergie quune pression pneumatique ne peut en fournir

2.3.2. Loi de Pascal et pression hydrostatique La pression hydrostatique au niveau de la mer est cre par le poids de l'eau exerc vers le bas (auquel sajoute le poids de l'atmosphre situ au-dessus). La base des systmes hydrauliques et pneumatiques modernes a t dveloppe en 1653 par Blaise Pascal. Pascal a dcouvert que la pression exerce sur un fluide agit de la mme manire dans toutes les directions. Ce phnomne s'appelle la Loi de Pascal.

2.3.2.1. Premire Loi de Pascal Puisque les liquides ne sont pas compressibles (les molcules sont aussi prs que possible les unes des autres et ne peuvent pas tre rapproches davantage), la pression en tout point dans un liquide agit galement dans toutes les directions et perpendiculairement toutes les surfaces.

Figure 7 : L'eau jaillit de la bouteille perpendiculairement la surface

S'il n'en tait pas ainsi, chaque goutte de liquide serait pousse davantage dans une direction, et elle serait par consquent en mouvement permanent (l'quilibre ncessite que toutes les forces se contrebalancent)

Figure 8 : La pression tout point dans le fluide agit galement dans toutes les directions




2.3.2.2. Deuxime Loi de Pascal Dans un liquide au repos, la pression hydrostatique est la mme en tout point dun mme plan horizontal.

Pression au point A = Pression au point B Pression au point C = Pression au point D

(Mais suprieure la Pression au point A et la Pression au point B) Le cric hydraulique est une application directe de ceci :

Figure 9 : Principe du cric hydraulique l'quilibre (cest dire sans mouvement) : pression en E = pression en F. Mais lnergie produite est gale lnergie rcolte. Piston E doit descendre 1000 cm (1000 fois plus de mouvement) quand piston F ne monte que de 1 cm

(FE / Aire E) = (FF / Aire F) ou FE x Aire F = Aire E x FF




Et pour l'exemple (1 kg = 9,81 N) FE/ Aire E = 1 kg / 1cm = (9,81 x 1) N / (10-4) m = 98 100 Pa FF/ Aire F = 1 000 kg / 1 000 cm = 9 810 N / 10-1 m = 98 100 Pa = 981 hPa = 981 mbar avec une pression identique au niveau des deux points 'E' et 'F' mais les forces appliques sont diffrentes.

En conclusion : la pression du fluide hydraulique peut soulever ou pousser des choses bien plus lourdes que la pression pneumatique et produit une force telle que cela est reprsent sur la figure ci-dessous systme de freinage hydraulique .

Figure 10 : Systme de freinage hydraulique




2.3.3. Signification du mot hydraulique ? La science de l'hydraulique inclut les proprits physiques des fluides ainsi que lcoulement des fluides. Certains des systmes hydrauliques utiliss dans les centrales sont :

Les ascenseurs hydrauliques qui incluent des cylindres. Les actionneurs de vannes. Les systmes de commande. Les outils de frappe et de serrage. Les balances poids mort pour talonner les instruments de mesure de pression.

Les avantages des systmes hydrauliques sont la facilit pour les commander, ainsi que la cration et la transmission de grandes forces et puissances laide de petites units. Les cylindres et les moteurs hydrauliques peuvent tre dmarrs partir d'une position de repos avec une puissance maximum. Ils peuvent galement changer rapidement de direction laide dune tlcommande. Les quipements hydrauliques sont autolubrifiants (par le fluide hydraulique) et leur dure de vie est longue.

2.3.4. Fonctionnement du systme hydraulique 2.3.4.1. Puissance hydraulique La puissance hydraulique est la capacit du fluide se dplacer pour effectuer un travail. Le travail est effectu en appliquant une pression au fluide en un point dans un systme et en transmettant la pression par le fluide en un autre point. Les diffrentes parties d'un systme hydraulique peuvent tre places dans des zones trs loignes. Les forces hydrauliques peuvent tre transmises vers le haut, vers le bas ou dans les angles avec de faibles pertes. De trs grandes forces de sortie peuvent tre produites par des forces dentre bien plus petites, mais avec le mme dplacement de volume. Un systme hydraulique correctement rgl produit une action rgulire. Il n'est pas perturb par des variations de charge. Des conditions de surpression sont faciles contrler avec les dispositifs de libration de pression automatique. Les systmes hydrauliques peuvent fournir une transmission de puissance linaire ou circulaire.




Il sagit de systmes ferms et donc conomiques utiliser. Dans un systme ferm, le fluide ne s'chappe pas comme l'air dans un systme pneumatique. Il est quasiment inutile dajouter du fluide hydraulique.

2.3.4.2. Application de la Loi de Pascal C'est l'application sur nos sites : les actionneurs de vanne

Figure 11 : Force dans un systme hydraulique Cette figure reprsente un systme hydraulique avec la force applique par une pompe. La pompe applique une force sur le fluide hydraulique. Le fluide transfre la force au piston dans le cylindre. La tige du piston applique la force au levier. Le travail est effectu dans le mouvement du levier.

2.3.5. Viscosit Une des plus importantes proprits physiques d'un fluide hydraulique est sa viscosit. La viscosit est la rsistance lcoulement. Cest une mesure de lpaisseur dun fluide. Lessence qui scoule facilement a une faible viscosit.

Figure 12 : La viscosit diminue lorsque la temprature augmente




Le goudron qui scoule lentement a une viscosit leve. La viscosit est affecte par les variations de temprature. Lorsque la temprature dun liquide slve, la viscosit diminue. Un liquide chaud scoule plus facilement quun liquide froid.

Il est important que la viscosit du fluide hydraulique reste aussi constante que possible sur la plage de temprature de fonctionnement du systme. Un fluide hydraulique qui scoule trop facilement fuira autour des pistons et des pompes. Les pices de raccord ajust dans les dispositifs hydrauliques dpendent du fluide pour sceller/jointer ces mmes pices. Si le fluide fuit autour de la pice sans faire joint, il y a une perte de pression et une perte de la force de travail. Si la viscosit du fluide est trop leve, les pices en mouvement seront lentes. Dans ce cas, on dit du systme quil est paresseux. La puissance ncessaire pour effectuer le travail augmentera. Lefficacit du systme diminuera. Lefficacit est une comparaison entre la quantit de travail effectue et la quantit de puissance dentre ncessaire.

2.3.6. Diffrence entre systme hydraulique et systme pneumatique

PNEUMATIQUE HYDRAULIQUE Utilise de lair (du gaz) pour transfrer lnergie. Utilise de lhuile pour transfrer lnergie.

Le refroidissement de lair pose problme. Le chauffage et le refroidissement du fluide hydraulique posent problme. Utilise un compresseur pour crer la pression. Utilise une pompe pour crer la pression.

Le gaz (lair) utilis est compressible. Le liquide (fluide hydraulique) utilis est incompressible. Utilise des lments filtrants complexes. Utilise des lments filtrants simples. Le systme est bruyant. Le systme est (un peu plus) silencieux. Il sagit dun systme ouvert. Il sagit dun systme ferm. Transmet de petites forces. Transmet de grandes forces.




3. ALIMENTATION HYDRAULIQUE 3.1. LES POMPES HYDRAULIQUES 3.1.1. Applications

Figure 13 : Unit dalimentation hydraulique pour distribution gnrale

Figure 14 : Pompes lectriques alimentant les circuits hydrauliques lintrieur dun

tableau de commande de puits (Thalande)




Figure 15 : Pompes lectriques alimentant une unit de dmarrage hydraulique de moteurs thermiques (production dlectricit)

Les trois figures ci-dessus reprsentent les applications principales que nous pouvons rencontrer sur les sites.

Unit hydraulique centralise pour la commande des vannes

Alimentations de circuits de distribution hydraulique du tableau des commandes des puits

Unit de dmarrage des gnrateurs

Il existe bien sr dautres applications comme une unit dalimentation individuelle pour vannes, un skid dinjection de produits chimiques liquides haute pression etc. Tous ont en commun la pompe hydraulique, llment principal. Comme dans le systme pneumatique, le systme hydraulique doit transmettre lnergie au fluide hydraulique. Dans le systme pneumatique, le compresseur ajoute lnergie. Dans le systme hydraulique, cest une pompe qui fournit lnergie.




Cest lunit dalimentation hydraulique. La pompe hydraulique effectue le mme travail que le compresseur dair. Elle pousse les molcules du fluide dans le systme de telle sorte que le fluide puisse tre utilis pour effectuer le travail. Cependant, il existe dimportantes diffrences entre le compresseur pneumatique et la pompe hydraulique Il existe un cours spcifique aux pompes. Veuillez vous rfrer ce cours pour plus dinformations. Nous allons toutefois tudier des applications spcifiques notre domaine : obtenir la pression hydraulique.

3.1.2. Pression hydraulique Notez quune pompe hydraulique naugmente pas la pression. La pression augmente seulement si lcoulement du fluide est limit par une rsistance lcoulement. Une pompe sans tuyauterie ou tout autre dispositif plac sur la sortie pompera les fluides sans interruption sans jamais augmenter la pression. Lorsquune pompe fait circuler un fluide, elle lui transmet une force. Lcoulement et la force sont ncessaires pour tablir une pression dans un systme. Cette pression apparat lorsque lcoulement subit une rsistance. La rsistance lcoulement est cause par les conduites, les raccords et tout autre dispositif plac dans le systme. La pression est commande par la charge (rsistance) du systme. Ce phnomne est la diffrence de base entre un systme pneumatique et un systme hydraulique. Il ny a pas de pression dans le systme hydraulique jusqu ce que lcoulement du fluide rencontre une rsistance cre par quelque chose qui doit tre dplac pour effectuer le travail. Ceci constitue un principe lmentaire de lhydraulique. Ce principe est assez compliqu comprendre la premire fois quil est expliqu. Prenez le temps de bien assimiler ce principe en vous aidant de la figure ci-dessous disposition dun systme hydraulique . Le fluide hydraulique quitte le rservoir du haut et traverse la pompe situe sur le ct gauche du schma. Quand il quitte la pompe, sa pression est quasiment nulle (au premier dmarrage, les lignes tant vides par la suite, circuits remplis, la raction est pratiquement instantane du fait de la non compressibilit des liquides). Le fluide circule librement avec seulement la rsistance des parois des tuyaux et de la soupape de commande qui sopposent lui, jusqu ce quil entre dans le cylindre (mcanisme de commande) situ droite et rencontre le piston. cet endroit, la rsistance augmente fortement parce que le piston pousse contre un objet lourd ou rsistant .




Figure 16 : Disposition dun systme hydraulique ce moment, la pompe doit fonctionner davantage pour maintenir lcoulement du fluide et pousser le piston et le poids. Sur site, on entend le bruit de la pompe changer. Si la pompe est petite et la charge (travail) lourde, le bruit de la pompe augmente davantage. Le bruit ressemble celui de la sortie ou de la rentre du train datterrissage dun avion. La pompe hydraulique est suivie dautres lments qui compltent le systme. Ces lments sont :

Un rservoir pour stocker le fluide avant son utilisation. Cette unit effectue le mme travail que le rcepteur dans le systme pneumatique.

Un distributeur (ou relais de distribution) qui dirige la pression du fluide vers les

mcanismes finaux, comme dans le systme pneumatique.

Des actionneurs et autres dispositifs finaux qui ragissent la pression du fluide et effectuent le travail.

Des conduites hydrauliques (tuyauteries) qui font circuler le fluide et raccordent

toutes les parties du systme.




3.1.3. Fonctionnement de la pompe hydraulique Une pompe hydraulique change le mouvement et la force mcanique en nergie hydraulique. Comme on la tudi ci-dessus, la force mcanique requise pour entraner la pompe peut provenir de plusieurs sources :

Des moteurs lectriques.

Des moteurs pneumatiques.

Des moteurs diesel.

Une ressource manuelle. Si une pompe doit faire circuler un fluide jusqu' la sortie de la pompe, une alimentation en fluide doit tre disponible lentre. Une alimentation de fluide est stocke dans un rservoir. La pompe doit extraire le fluide du rservoir et vers la pompe. Si le rservoir est plus haut que la pompe, la pesanteur fournira le fluide la pompe. Mais la plupart des rservoirs sont situs sous la pompe. La pression atmosphrique peut constituer une force importante dans le fonctionnement dune pompe. Latmosphre a un poids. Ce poids appuie sur tous les lments, y compris sur le fluide dans un rservoir hydraulique. Figure 17 : Latmosphre a un poids. La force exerce par le poids de latmosphre sur une surface est la pression atmosphrique. Le vide est un espace sans pression. Si le vide peut tre cr prs du rservoir, dans la figure ci-dessus, avec une conduite partant du fluide et allant vers le vide, le fluide scoulera dans le vide. La pression atmosphrique pousse le fluide vers le vide jusqu ce que la pression dans lespace soit gale la pression atmosphrique.




3.2. TYPES DE POMPES HYDRAULIQUES

3.2.1. Pompes volumtriques et pompes non volumtriques Les pompes peuvent tre classes en pompes volumtriques ou pompes non volumtriques. Une pompe non volumtrique prlve mcaniquement une quantit de fluide un endroit et la dlivre un autre endroit. Il ny a pas de joint pour empcher que le fluide ne retourne vers la source du fluide. Une roue hydraulique est un exemple de pompe non volumtrique. Une pompe volumtrique cre un espace de vide ou de basse pression quand les lments qui dplacent le fluide tournent dans le corps de pompe. Comme cela est reprsent sur la figure ci-dessous, la pression atmosphrique tentera de pousser le fluide dans le vide. Quand le fluide atteint la pompe, les lments qui dplacent le fluide prennent le relais pour produire lcoulement.

Figure 18 : Le fluide scoule dans le vide

3.2.2. Pompes hydrauliques rotatives Les pompes hydrauliques rotatives sont quipes de parties internes en rotation qui emprisonnent le fluide au niveau de lorifice dentre et le chassent au niveau de lorifice de sortie. Voir la figure ci-dessous Action des pompes rotatives .

Figure 19 : Action des pompes rotatives




3.2.3. Pompes engrenage Une pompe engrenage a deux ou trois roues engrenes tournant dans un carter. La roue dentranement est attache un arbre dentranement qui est connect une source dnergie externe. Pompe engrenage: elles sont trs rpandues et peu coteuses parce quelles sont simples et conomiques utiliser.

Figure 20 : Pompe engrenage externe

3.2.4. Pompes axiales On appelle souvent les pompes axiales des pompes vis. Elles sont comme les pompes engrenage externe. Elles ont au moins deux vis tournantes qui emprisonnent le fluide entre les ailettes de vis et le corps de la pompe.

Figure 21 : Pompe axiale Les vis sont conues pour prendre le fluide lextrmit de larbre de vis et pour le dplacer vers lorifice de sortie proche du centre de larbre. (Voir figure pompe axiale ).




3.2.5. Pompes ailettes La pompe ailettes (ou aubes) est souvent utilise dans les systmes hydrauliques. Des ailettes mobiles sont montes dans des fentes situes sur le rotor. Lorsque le rotor tourne, les ailettes sont forces vers lextrieur par force centrifuge (et/ou par la force de ressorts) et appuient contre le corps de la pompe. Lorsque les ailettes passent devant lorifice dentre, le fluide est emprisonn dans les espaces entre les ailettes et le corps de la pompe. Quand le fluide atteint lorifice de sortie, il est transmis ct coulement du systme hydraulique.

Figure 22 : Pompes ailettes

1. corps

2. rotor

3. soupape

piston

4. ressort

Figure 23: Principe de la pompe ailettes




3.2.6. Pompes lobes Le fonctionnement dune pompe lobes est semblable celui dune pompe engrenage externe. Les lobes sont bien plus grands que des dents dengrenage. Il y a deux ou trois lobes par rotor. Le fluide est emprisonn entre les lobes et le corps de la pompe et il est transmis de lorifice dentre vers lorifice de sortie. Les pompes lobes patinent plus que les pompes engrenages. Elles sont utilises pour dplacer de grands volumes de fluide hydraulique basse pression.

Figure 24 : Pompe lobes

3.2.7. Pompes pistons Les pompes pistons sont utilises dans les systmes hydrauliques haute pression. Elles sont trs efficaces. Une pompe pistons a une basse capacit par cycle, mais haute vitesse, le flux peut tre lev. Les pompes pistons sont plus complexes et coteuses que dautres types de pompes hydrauliques. Pour ces raisons, elles sont gnralement utilises seulement sur des systmes haute pression.

3.2.7.1. Pompe pistons radiaux

Les pompes pistons radiaux sont normalement utilises pour des faibles flux trs haute pression.

Figure 25 : Pompe pistons

radiaux




3.2.7.2. Pompe pistons axiaux Une pompe pistons axiaux a un certain nombre de pistons (gnralement un nombre impair) placs dans un rseau circulaire dans un carter que lon appelle gnralement bloc-cylindres, rotor ou tambour.

Figure 26 : Principe de la pompe pistons axiaux Ce bloc-cylindres est entran en rotation autour de son axe de symtrie par un arbre intgral, cest--dire plus ou moins align avec les pistons de pompage (gnralement parallles, mais pas ncessairement). Pompes pistons axiaux : certaines sont conus avec un mcanisme de dplacement variable pour faire varier le flux de sortie afin de commander automatiquement la pression.

Figure 27 : Pompe pistons axiaux

Il existe diffrentes architectures de pompes pistons axiaux, par exemple les pompes plateau oscillant (que lon appelle parfois pompe plateau rotatif inclin) et les pompes clapet-bille (que lon appelle parfois pompe plateau-vanne) . Les plus courantes sont les pompes plateau oscillant. Un plateau oscillant angle variable dplace les pistons dans un mouvement de va-et-vient.




4. COMPOSANTS DES SYSTMES HYDRAULIQUES

4.1. INTRODUCTION SUR LES COMPOSANTS Pour transmettre et contrler lnergie par des fluides hydrauliques, un systme de composants hydrauliques est ncessaire. Avant de comprendre le fonctionnement dun systme, la fonction et le fonctionnement de toutes les parties du systme doivent tre assimiles. Ce chapitre couvre les composants hydrauliques suivants :

Rservoirs.

Filtres et crpines.

changeurs thermiques de fluides.

Instruments de contrle de pression et de dbit

Accumulateurs.

Flexibles et tuyaux de raccord.

Joints, garnitures et raccords. Lemplacement des composants hydrauliques dans un systme type est reprsent sur la figure ci-dessous.




Figure 28 : Disposition dun systme hydraulique Le chapitre suivant : Commandes hydrauliques et rcepteurs finaux, passe en revue les cylindres, les moteurs hydrauliques, les mcanismes finaux et les composants qui commandent et rgulent le fonctionnement du procd.

4.2. RSERVOIR (RSERVOIR DE PTROLE) Les principales fonctions dun rservoir dans un systme hydraulique sont :

Stocker une alimentation de fluide hydraulique.

Supprimer la mousse en sparant lair dissout dans le fluide.

Dcanter les grandes particules deau et de poussire.

Maintenir la temprature du fluide dans sa plage de fonctionnement. Un rservoir hydraulique type est reprsent sur la figure ci-dessous dans le prsent paragraphe. Cependant, tous les rservoirs ne disposent pas de toutes les fonctionnalits prsentes sur cette figure. Le rservoir de fluide hydraulique contient lexcs de fluide hydraulique pour sadapter aux variations de volume causes par : lexpansion et la contraction du cylindre, la contraction et la dilatation thermique ou les fuites.




Le rservoir est galement conu pour aider sparer lair du fluide. Il fonctionne galement comme un accumulateur de chaleur pour couvrir les pertes dans le systme quand la puissance maximale est utilise.

Figure 29 : Rservoir non pressuris

Les ingnieurs concepteurs sont toujours sont toujours sollicits pour rduire lencombrement des rservoirs hydrauliques, alors que les oprateurs dquipement prfrent utiliser de plus grands rservoirs. Une disposition interne type de rservoir est prsente sur la figure ci-dessous. Le rservoir doit tre assez grand pour dlivrer le fluide ncessaire au fonctionnement du systme. Si le niveau de fluide chute trop, de lair entrera dans le systme et de la mousse se forme dans le rservoir. Le rservoir doit aussi tre assez grand pour contenir tout le fluide si le systme doit tre vidang pour maintenance.




Figure 30 : Disposition interne du rservoir

4.2.1. Reniflard Le reniflard et le bouchon de remplissage sont parfois combins dans un dispositif unique. Le reniflard filtre lair entrant dans le rservoir. Le filtre du reniflard doit toujours tre propre. Sil est obstru par de la poussire, une dpression se forme dans le rservoir. Ce phnomne rduit lcoulement du fluide.

4.2.2. Indicateur de niveau de fluide Lindicateur de niveau de fluide peut tre un niveau glace comme cela est reprsent sur la figure.

4.2.3. Plaque dflecteur La plaque du dflecteur spare le fluide en retour de celui dalimentation vers la pompe. Ceci constitue un chemin pour le fluide et laisse plus de temps pour sparer la poussire, lair et leau du fluide hydraulique. Il aide liminer lexcs de chaleur du fluide avant quil soit recycl.

4.2.4. Crpine La crpine sur la conduite dalimentation de la pompe maintient les impurets hors de la pompe.




4.2.5. Bouchon de vidange Un bouchon de vidange dans la partie la plus basse du rservoir est utilis pour retirer le fluide du systme. Leau et les poussires peuvent tre vacues par le bouchon de vidange.

4.2.6. Plaque de nettoyage Une plaque de nettoyage peut tre ajoute un rservoir pour faciliter le retrait des impurets et particules dposes. Un nouveau joint dtanchit doit tre utilis chaque fois que la plaque est remplace.




4.3. FILTRES ET CRPINES La plupart des problmes rencontrs dans des systmes hydrauliques sont causs par des impurets prsentes dans le fluide. On appelle impuret nimporte quel matriau qui nappartient pas au fluide. Les filtres et les crpines sont des dispositifs mcaniques ajouts aux systmes hydrauliques pour retirer les impurets du fluide. Les crpines sont gnralement une couche de treillis mtallique ou une feuille mtallique perce de petits trous. Ils servent retirer les plus grandes particules du fluide. Ils sont en acier inoxydable ou en laiton. Les filtres retirent des particules bien plus petites du fluide. Les filtres peuvent avoir plusieurs couches. Les lments filtrants peuvent tre des fibres de tissu, des fibres de mtal, des fibres de verre, de la poudre mtallique, de la poudre non mtallique, du papier ou du verre. Un dflecteur spare la conduite dentre dun rservoir de la conduite de sortie. Voir la figure crpine et dflecteur de rservoir . Ceci permet dviter que les particules ne retournent dans le systme par la conduite de sortie du rservoir. Les particules accumules doivent tre retires rgulirement du fond du rservoir. Leau dans un systme de fluide hydraulique se dposera dans un rservoir. Elle peut tre vidange par un bouchon ou une soupape de vidange.

Figure 31 : Crpine et dflecteur de

rservoir

4.3.1. Crpines Les crpines retirent des particules tout comme les filtres, mais la rsistance l'coulement du fluide est plus petite dans une crpine. Pour cette raison, on place des crpines sur les conduites daspiration de la pompe o la pression est basse. Si laspiration sur une conduite basse pression est limite, elle peut sous-alimenter la pompe et crer des cavitations. La cavitation est un tat dans lequel il ny a pas assez de fluide disponible lentre pour maintenir le corps de la pompe plein. Voir la figure crpine dun systme hydraulique .

Figure 32 : Crpine dun systme hydraulique




4.3.2. Filtres Des filtres peuvent tre installs dans un systme hydraulique lorsquil est ncessaire de protger un dispositif contre les impurets (voir figure). Un filtre peut tre considr comme une crpine plusieurs couches. Plus on se rapproche du centre du filtre, plus les ouvertures sont petites.

Figure 33 : Filtre hydraulique passage intgral (en ligne)

Figure 34 : Types de filtres

Les filtres arrtent les particules indsirables transportes par le fluide hydraulique ; leur rfrence correspond la taille les particules quils peuvent arrter. Pour les fluides hydrauliques, un diamtre typique de filtre est compris en 3 et 15 m.




4.4. POMPE HYDRAULIQUE ET ENTRANEMENT La pompe pour but de faire circuler le fluide hydraulique. Elle change le mouvement et la force mcanique en nergie hydraulique. Toutes les pompes utilises dans des systmes hydrauliques sont de type volumtrique. Nous avons tudi les pompes hydrauliques et leurs entranements dans un chapitre prcdent : alimentation hydraulique.

4.5. CHANGEURS THERMIQUES DE FLUIDES Les systmes hydrauliques fonctionnent mieux quand le fluide est dans une certaine plage de tempratures. Cependant, la plupart des problmes lis la temprature dans les systmes hydrauliques surviennent quand le fluide est trop chaud. Lorsque la temprature slve, la capacit de lubrification du fluide est rduite. Les tempratures leves rduisent la viscosit du fluide et le rendement de la pompe. Le refroidissement normal dun rservoir est souvent la seule solution pour maintenir le fluide dans la plage de fonctionnement. Les systmes hydrauliques ont besoin dun changeur de chaleur, mais le refroidissement normal dun rservoir ne peut pas toujours refroidir suffisamment le fluide. Une autre mthode de refroidissement du fluide doit tre ajoute et un changeur de chaleur effectue le travail. Il existe trois types de base dchangeurs de chaleur :

Radiateur refroidi par ventilateur et ailettes.

Tube ailettes.

Enveloppe et tube.

4.5.1. Radiateur refroidi par ventilateur et ailettes Il est semblable un radiateur utilis dans une voiture. Les tubes transportant le fluide chaud traversent un noyau ailettes. Un ventilateur envoie de lair plus frais dans le noyau et enlve la chaleur des ailettes. Voir figure.

Figure 35 : changeur de chaleur de fluide refroidi par ventilateur




4.5.2. Tube ailettes Si seule une faible quantit de chaleur doit tre enleve ou si la quantit de fluide est petite, un changeur de chaleur tube ailettes peut tre utilis. Il est semblable au radiateur refroidi par ventilateur et ailettes, sans le ventilateur.

4.5.3. Enveloppe et tube Cet changeur de chaleur est fait dun foyer externe en mtal. Un faisceau de tubes est mont lintrieur du foyer. Un raccord dentre et un raccord de sortie forment le tube. Ce type dchangeur de chaleur existe galement dans le systme pneumatique.

4.6. INTRUMENTS DE CONTROLE DE PRESSION ET DEBIT

4.6.1. Soupape de Scurit Tous les systmes pressuriss ont une faon de faire tomber la pression trop leve (surpression). Une soupape de scurit est utilise pour corriger les tats de surpression. Le fluide est vacu vers le rservoir.

Figure 36 : Soupape de scurit commande pilote

Les soupapes de scurit souvrent quand la pression dans la conduite devient trop haute. Certaines soupapes de scurit ont des pilotes internes qui dtectent la pression de la conduite. On les appelle des soupapes de scurit commande pilote. Si la pression dpasse un point de consigne, le pilote ouvre la soupape.




Cette soupape de scurit angle droit est quilibre par la pression de manire interne et la pression de rfrence est latmosphre. Ceci produit une insensibilit la pression aval et permet dutiliser la soupape comme un rgulateur prcis de contre-pression

Figure 37 : Soupape de scurit pour le circuit de commande

4.6.2. Manomtre Des manomtres sont utiliss pour mesurer la pression dans le systme o ils sont installs.

Figure 38 : Manomtre hydraulique

4.6.3. Rgulateur de pression Le rgulateur de pression rduit la pression dentre nimporte quelle pression de sortie souhaite. La pression souhaite est rgle sur la soupape en ajustant le bouton de commande sur le corps de vanne. Connect en aval de la pompe, le rgulateur de pression maintient, une valeur rduite, une pression constante sur un circuit de distribution hydraulique.




Si comme dans le tableau de commande de tte de puits, plusieurs circuits de distribution existent ( une pression diffrente), plusieurs rgulateurs sont ncessaires.

Figure 39 : Rgulateurs de pression manuels

4.6.4. Distributeurs Ils distribuent lnergie en envoyant le fluide hydraulique dans la direction souhaite. Selon le type de distribution, les dispositifs peuvent tre mono ou multi directionnels, rguls ou non, pour correspondre la position ou la vitesse du rcepteur.

Figure 40 : Principe dun distributeur

1 Solnode doigts de gants 2 Corps du distributeur 3 Ressort de rappel 4 Tiroir




Figure 41 : Exemple de distributeurs Le chapitre suivant prsente le fonctionnement de ces dispositifs, avec des rcepteurs finaux et des actionneurs (relais de distribution et actionneurs de vanne).

4.6.5. Vanne de rglage de dbit et clapet anti retour Le clapet anti retour du systme hydraulique est construit et fonctionne comme le clapet anti retour du systme pneumatique.

Figure 42 : Clapet anti retour

Figure 43 : Symbole du clapet anti retour La vanne de rglage de dbit fonctionne suivant le mme principe que le clapet anti retour sauf quau lieu darrter compltement lcoulement elle laisse une partie du fluide

traverser la vanne. La quantit de fluide qui peut traverser est commande par la molette de rglage situe sur le corps de vanne.

Figure 44 : Vanne de rglage de dbit




Les soupapes de scurit sont tanches la bulle mme sans contre-pression et laissent passer le flux en douceur en opposant une rsistance minimum lcoulement lorsquelles sont ouvertes. Le clapet est maintenu par un ressort pour fonctionner dans nimporte quelle position. Le ressort appuie sur une bute mtallique, plutt que sur un support souple, pour garantir une dure de vie plus longue et moins dentretien.

Figure 45 : Clapet anti retour : attention au sens dcoulement




4.7. ACCUMULATEURS Des rservoirs stockent le fluide hydraulique pour tout le systme. Une alimentation de fluide est parfois ncessaire pour un seul dispositif hydraulique ou une petite partie dun systme. Un accumulateur peut tre utilis ce titre.

Figure 46 : Fonctions des accumulateurs Tous les systmes hydrauliques nont pas besoin daccumulateurs. Ils servent uniquement lorsque les conditions de fonctionnement le ncessitent. Un accumulateur hydraulique est un dispositif de stockage dnergie. Cest un rservoir de stockage de pression dans lequel un fluide hydraulique incompressible est maintenu sous pression par une source extrieure. Cette source extrieure peut tre

un ressort,

un poids soulev,




un gaz comprim, (de lazote sur les plateformes) Lutilisation dun accumulateur dans un systme hydraulique permet de rduire la taille de la pompe pour rpondre aux besoins, de sorte que le circuit dalimentation puisse rpondre plus rapidement nimporte quel besoin temporaire et aux pulsations douces . Les accumulateurs gaz comprim sont de loin le type le plus commun. On les appelle aussi des accumulateurs hydropneumatiques. Les quatre principales fonctions des accumulateurs sont : (comme sur la figure 46)

Stocker de lnergie.

Absorber les chocs.

tablir une pression progressive du fluide.

Maintenir une pression constante du fluide. Puisquun accumulateur peut stocker de lnergie, il est possible dutiliser une pompe plus petite pour tout le systme hydraulique concern sauf quand la pompe est en fonctionnement permanent. Composants dun systme hydraulique

4.7.1. Accumulateurs hydropneumatiques On les appelle souvent accumulateurs hydropneumatiques. Le coussin de pression est souvent constitu dazote ou dair comprim. Les accumulateurs hydropneumatiques sont de type sparateur ou sans sparateur. Les accumulateurs de type sparateur utilisent un systme de sparation entre le gaz amortisseur et le fluide hydraulique. Le systme de sparation peut tre un piston, une vessie ou un diaphragme.

Figure 47 : Accumulateur de type vessie




Gaz charg

Monte en pression

avec fluide hydraulique

Le gaz libre son

nergie

Figure 48 : Accumulateur gaz comprim

Un accumulateur gaz comprim est constitu dun cylindre avec deux chambres qui sont spares par un diaphragme lastique (vessie) ou par un piston flottant. Une chambre contient le fluide hydraulique et est relie la conduite hydraulique. Lautre ct contient un gaz inerte sous pression qui applique la force de compression sur le fluide hydraulique. On utilise un gaz inerte parce que loxygne et le ptrole peuvent former un mlange explosif lorsquils sont combins sous haute pression. Lorsque le volume du gaz comprim change, la pression du gaz et la pression sur le fluide changent inversement.

4.7.2. Type ressort Le fonctionnement dun accumulateur de type ressort est semblable celui dun accumulateur hydropneumatique prsent ci-dessus, sauf quun puissant ressort (ou plusieurs ressorts) est utilis pour assurer la force de compression. Conformment la loi de Hooke, lamplitude de la force exerce par un ressort est linairement proportionnelle son extension. Par consquent, lorsque le ressort est comprim, la force quil exerce sur le fluide augmente.

4.7.3. Poids soulev Un accumulateur est un dispositif de stockage dnergie. Un accumulateur poids soulev est compos dun cylindre vertical contenant un fluide connect la conduite hydraulique. Le cylindre est ferm par un piston sur lequel sont placs des poids qui exercent une force vers le bas sur le piston et transmet ainsi de lnergie au fluide situ dans le cylindre. Contrairement aux accumulateurs gaz comprim et ressort, ce type daccumulateur applique une pression quasiment constante, indpendamment du volume de fluide dans le cylindre, jusqu ce quil soit vide. (La pression diminuera lgrement mesure que le cylindre se vide en raison de la diminution du poids du fluide restant.)




4.8. FLEXIBLES ET TUYAUX DE RACCORD Les systmes hydrauliques ne peuvent pas exister sans un moyen permettant de dplacer le fluide de la pompe au rcepteur. Des conduites de fluide sont utilises cette fin. Les trois types les plus communs de conduites hydrauliques sont

Les tuyauteries,

Tubes

Flexibles

4.8.1. Tuyauterie Toute la tuyauterie utilise pour les conduites hydrauliques est soit en acier au carbone, soit en acier inoxydable. La tuyauterie en acier au carbone est toujours utilise pour les conduites hydrauliques dans les situations suivantes :

Sur des systme de grand volume.

Sur de longs tuyaux droits.

Lorsque les conduites ne sont pas dmontables.

Lorsque les tuyaux sont plus conomiques que les tubes. Les tuyaux en acier inoxydable sont utiliss pour des systmes en atmosphres corrosives. En gnral, ces tuyaux sont utiliss pour les basses pressions. Ils peuvent tre raccords par des raccords filets, et la plupart du temps par soudure. En raison des diamtres plus grands, les tuyaux peuvent tre inspects intrieurement (et extrieurement) aprs la soudure. Les fournisseurs dacier fournissent des tuyaux en acier noir, non galvaniss et pouvant tre souds. Le diamtre des tuyaux dfinit (gnralement) le diamtre extrieur ; ceci permet de prvoir lpaisseur des parois (et la pression dutilisation).

4.8.2. Tubes Les matriaux des tubes hydrauliques incluent le cuivre, lacier au carbone, lacier inoxydable, laluminium et le plastique. Les tubes en plastique sont seulement utiliss sur des systmes trs basse pression, gnralement pour les circuits pneumatiques. Le diamtre des tubes dfinit le diamtre extrieur, en units mtriques ou impriales.




Comme pour les tuyaux, le diamtre permet de prvoir lpaisseur (mais avec des normes diffrentes de celles des tuyaux). Les tubes hydrauliques en acier sans soudure de prcision sont fabriqus spcialement pour les systmes hydrauliques. Les tubes ont des tailles standards pour diffrentes gammes de pression et le diamtre standard peut atteindre 100 mm. Les tubes sont fournis en longueur de 6 m, nettoys, graisss et raccords. Les tubes sont raccords ensemble par diffrents types de brides (particulirement pour les plus grandes tailles et les plus grandes pressions), des cnes et des mamelons souder (avec joint torique), plusieurs types de raccords vasement, par segments fendus et principalement par des raccords.

4.8.3. Flexibles Dans de nombreux systmes hydrauliques, les flexibles constituent la meilleure conduite de fluide possible Certaines applications sont :

Les installations dans lesquelles les vibrations et les chocs sont levs.

Les raccords aux units qui se dplacent pendant le fonctionnement.

Connexions temporaires.

Les conduites qui doivent tre frquemment branches et dbranches.

Les conduites places dans des endroits exigus. En zone risques, l(installation dun flexible est limite par son rayon de courbure.

On trouve souvent des flexibles hydrauliques sur les pompes hydrauliques dans les raffineries. Les conduites dentre et de sortie de pompe doivent avoir une petite section. Ceci sert protger les conduites des mouvements et des vibrations de la pompe.

Flexibles

Flexibles pour produits

chimiques Flexibles pour les

basses tempratures

Flexible pour les hautes pressions

Figure 49 : Diffrents types de flexibles




Les flexibles hydrauliques sont classs par pression, temprature et compatibilit avec le fluide. Les flexibles sont utiliss quand les tuyaux ou les tubes ne peuvent pas tre utiliss. Ils servent gnralement offrir une certaine flexibilit au fonctionnement ou la maintenance de la machine. Le tuyau est constitu de couches de caoutchouc et dacier. Un tuyau intrieur en caoutchouc est entour de plusieurs couches tisses et de caoutchouc. Lextrieur est conu pour rsister labrasion. Le rayon de courbure du flexible hydraulique est soigneusement adapt la machine. En effet, une dfaillance du flexible peut tre fatale et le non respect du rayon de courbure minimum du flexible peut tre lorigine dune dfaillance. Les flexibles hydrauliques ont gnralement des raccords en acier emboutis aux extrmits. La partie la plus sensible dun flexible haute pression est la connexion du flexible au raccord. Un autre inconvnient des tuyaux est la dure de vie plus courte du caoutchouc qui doit tre remplac priodiquement ; tous les 5 7 ans en moyenne.

4.9. JOINTS, RACCORDS ET BRANCHEMENTS En gnral, les vannes, les cylindres et les pompes ont des bossages filets femelle pour la connexion du fluide. Les flexibles ont des extrmits femelles avec des crous captifs. Un raccord mle-mle sert relier les deux. De nombreux systmes normaliss sont utiliss. 4.9.1. Recommandations pour le montage des raccords Veuillez ne pas mlanger les raccords de diffrents standards (mtrique et imprial). Les raccords peuvent sembler identiques ou correspondre, mais leur filetage tant diffrent il serait dsastreux de tenter de les assembler. Non seulement le filetage, mais aussi la forme des raccords sont diffrents. Ils peuvent tre droits, coniques, etc., et l aussi, il est interdit dassembler des raccords qui ne correspondent pas, en particulier lorsquil sagit de haute pression. Un filetage doit tre utilis sur toute sa longueur et non tre viss de quelques tours seulement. Lorsque vous vissez deux raccords (compatibles) ensemble, une rsistance au vissage indique que les raccords ne sont pas aligns. Ne forcez pas, mais dvissez et recommencez jusqu ce que le vissage se fasse sans effort.

4.9.2. Rle des raccords Les raccords servent plusieurs choses :

Relier diffrents standards. Par exemple un bossage un JIC (hydraulique) ou le filetage dun tuyau un joint facial.




Permettre dorienter les composants, un raccord de 90, de 45, droit ou tournant est choisi selon les besoins. Ils doivent tre bien orients et serrs.

Inclure une sparation physique.

Un raccord dconnexion rapide peut tre ajout une machine sans apporter

de modification aux flexibles ou aux vannes

4.9.3. Diffrentes mthodes dassemblage/d'tanchit Une pice typique dquipement lourd peut avoir des milliers de points de raccordement tanches et diffrents types de joints. Quelques exemples les plus communs sont prsents ci-dessous.

4.9.3.1. Raccords de tuyaux Le raccord est viss serr. Il est donc difficile dorienter correctement un raccord coud sans le desserrer.

Figure 50 : Coude et tuyau filets

NTP (National Pipe Thread) est une norme amricaine pour les filetages coniques (NPT) et NPS (Nominal Pipe Size) pour les filetages droits utiliss pour connecter tuyaux et raccords. La norme ANSI/ASME B1.20.1 couvre des filetages NPS du type 60 degrs avec sommet de filet aplati de tailles allant de 1/16 de pouce 24 pouces. Langle du cne pour tous les filetages NPT est de 3/4 de pouce par pied. Les tailles 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 3/4, 1, 1 1/4, 1 1/2 et 2 pouces sont frquemment utilises sur les conduites et raccords de la plupart des fournisseurs amricains. On rencontre parfois des tailles plus petites pour lair comprim. On rencontre rarement des tailles plus grandes parce que dautres mthodes de raccordement sont plus pratiques au-del de 3 pouces dans la plupart des applications. Les filetages NPS ne sont pas serrs dans le diamtre intrieur du tuyau, schdule 40. En raison de lpaisseur des parois du tuyau, le diamtre rel des filetages est plus grand que les filetages NPS, considrablement pour les petits filetages NPS. Dautres schdules de tuyaux ont une paisseur de paroi diffrente mais le diamtre extrieur (OD pour Outer Diameter) et le profil de filetage restent les mmes, de telle sorte que le diamtre intrieur du tuyau est diffrent du diamtre nominal.




4.9.3.2. Bossage de joint torique Le raccord est viss dans un bossage et orient selon les besoins. Un crou supplmentaire serre le raccord, la rondelle et la bague en place. Connexion avec bossage et joint torique est une technique pour joindre deux tuyaux, flexibles ou tubes transportant un fluide. Dans un bossage de joint torique (abrviation ORB : O-Ring Boss), une partie mle filete est insre dans une partie femelle filete pour constituer un joint mcanique. Ce

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