1/Différents types des accumulateurs :

A pression constante
· A poids

L’accumulateur à poids seul répond à cette appellation. C’est sans aucun doute l’ancêtre de tous les accumulateurs. Sa constitution est relativement simple, puisqu’il s’agit en fait d’un vérin équipé d'un piston plongeur portant un ou plusieurs contrepoids permettant la mise sous pression du liquide.

La pression à laquelle est soumis le liquide est constante, durant tout le temps que dure la restitution du fluide.

Ce type d’accumulateur, utilisé surtout dans les circuits à eau, est employé lorsque les volumes (V1 - V2) mis en jeu sont importants (généralement plusieurs m3). Les pressions vont de 50 à 150 bars. On lui reproche d’être encombrant.

A pression variable
· A ressort

On le rencontre très rarement et il ne peut être utilisé que lorsque les volumes de liquide et les pressions mis en œuvre sont relativement faibles.
L’inertie du piston et l’encombrement des ressorts limitent ses utilisations.

A gaz
· A contact direct

Cet accumulateurs appelé plus communément "hydropneumatique”, se rencontre sous plusieurs formes :
· À contact direct,
· À piston flottant ou séparateur,
· À membrane,
· À vessie.

· A piston

Afin d’éviter les inconvénients du modèle précédent, le liquide et le gaz sont séparés par un piston libre équipé de joints pour assurer l’étanchéité entre les deux chambres. Le cylindre qui sert de chemin de glissement doit être usiné avec un très grand soin.

Le frottement et la masse du piston diminuent les possibilités d’applications de ce type d’accumulateur par rapport aux accumulateurs à vessie. Ils sont en particulier mal adaptés pour l’amortissement des vibrations, pour les pressions de travail peu élevées, quand les différences de pression (<p) sont faibles, ainsi que dans le cas de fréquences élevés. Par contre on les préférera aux autres quand les conditions de températures sont extrêmes ou lorsque les volumes de liquide mis en jeu sont importants.

De plus ils peuvent être équipés d’un indicateur de volume d’huile présent dans l’accumulateur.

· A membrane

La forme sphérique de cet appareil lui confère l’avantage d’être, à performance égale, plus léger et de présenter des caractéristiques mécaniques supérieures.

On trouve ce type d’appareil dans des gammes allant de 0,02 l à 50 l. Il est généralement réalisé en deux parties vissées l’une dans l’autre. Une membrane en élastomère compatible avec le gaz et le liquide sert de séparateur entre les deux fluides.

Il est également à noter que cette membrane ne travaille pas ou peu à l’allongement et qu’un dispositif fixé sur celle-ci évite son extrusion par l’orifice d’alimentation. Il peut travailler dans toutes les positions avec un rendement identique et dans des plages de pression allant jusqu’à 500 bars.

· Accumulateurs à vessie

Il est constitué :
o d’un corps cylindrique (3), en acier forgé pour les hautes pressions (600 bar), en acier soudé pour les basses pressions (moins de 20 bar),
Nota : l’intérieur du corps est grenaillé, afin d’éviter l’adhérence de la vessie sur la surface interne,
o d’une vessie (3) en élastomère compatible avec le fluide en présence, de forme légèrement tronconique équipée d’une valve de gonflage et dont la déformation s’effectue de façon particulière,
o d’un raccordement d'arrivée d'huile (7) munie d’un clapet anti-extrusion (5) pour les modèles hautes pressions ou d’une crépine pour les modèles basse pression

2/ Différents états d’un accumulateur à Vessie

3/ Principe de fonctionnement

Ces appareils fonctionnent sur le principe de la loi énoncée par BOYLE - MARIOTTE disant que pour une même masse gazeuse la variation de la pression est inversement proportionnelle de la variation de son volume.
po x Vo = p1 x V1 = p2 x V2 = K (constante)

On appelle :

· p0 = pré charge d’azote, c’est-à-dire pression de gonflage de la vessie lorsque le circuit hydraulique est sans pression à la température de 20 °C (po = 0,9 x p1 en général).
· p1 = pression minimale permettant le fonctionnement du récepteur.
· p2 = pression maximale permettant de stocker le liquide sous pression ; elle est inférieure au réglage du limiteur de pression et supérieure à la pression minimale.
· ∆P = p2 - p1 = différence de pression nécessaire à la création de la <V capable d’effectuer le travail.
· Vo = c’est le volume total de l’accumulateur. Il correspond au volume que l’azote occupe à la pression po.
· V1 = volume occupé par l’azote à la pression p1.
· V2 = volume occupé par l’azote à la pression p2.
· ∆V = V1 - V2 = volume de liquide restitué par l’accumulateur, directement lié aux variations de la pression de p2 à p1.

4/ Utilisation des accumulateurs

En réserve d’énergie

Lors d’un arrêt imprévu sur une installation, il peut être nécessaire de terminer un mouvement ou de ramener un récepteur dans une position de sécurité.

Deux possibilités de montage sont possibles :

· L’accumulateur une fois gonflé est isolé du circuit. Son énergie ne sera utilisée que pour une manœuvre de secours

L’accumulateur est relié en permanence au circuit et effectue à chaque cycle le mouvement prévu dans la manœuvre de secours.

En compensation de fuite

Ce type de montage est adapté pour un maintien en pression de longue durée.
Il est avantageux dans ce cas de pouvoir arrêter la pompe.
Un manocontact maxi assure la mise en route ou l'arrêt de la pompe.

En amortisseur de coups de bélier

Lorsque l’on réduit brutalement l’écoulement d’un liquide dans une canalisation, son énergie cinétique se transforme en énergie de pression. Le coup de bélier est le résultat de cette transformation.
Il se manifeste par des vibrations de forte amplitude et un bruit anormal dans les tuyauteries.
Ses effets sont néfastes et peuvent provoquer la rupture des tuyauteries, le desserrage des raccords et la destruction des joints.
Le même phénomène se produit lorsqu’on immobilise une charge importante en mouvement.
Un accumulateur placé à proximité immédiate de l’appareil générateur de coups de bélier, si possible dans l’axe de propagation des ondes, permet d’en atténuer les effets.

En amortisseur de pulsations

La plupart des pompes volumétriques utilisées en hydraulique ayant un régime de débit pulsatoire engendrent un régime pulsatoire de pression provoquant des vibrations.

Lorsque ces phénomènes sont gênants, un accumulateur, monté si possible dans l’axe de sortie du fluide, les atténue dans une large mesure. Son volume dépend de la cylindrée de la pompe et du taux d’ondulation résiduel de pression admissible. La pression de gonflage de la vessie dans ce cas est égale à 0,6 fois la pression de travail afin d’éviter le pincement de la vessie par le clapet.

5/ Précautions d’emploi des accumulateurs

Protection des organes du circuit

• Un clapet anti-retour sera placé entre la pompe et l’accumulateur afin d’éviter une éventuelle décharge de ce dernier vers la pompe au moment de l’arrêt de celle-ci,
• Un limiteur de débit unidirectionnel permettra de contrôler la décharge de l’accumulateur,
• Un limiteur de pression situé près de l’accumulateur préviendra toute surpression accidentelle. Cette partie du circuit sera équipée d’un manomètre ou tout simplement une prise manométrique,
• On veillera à ce que la vessie soit compatible avec le liquide du circuit.

Protection du personnel

Avant toute intervention sur le circuit il est nécessaire d’isoler et de purger l’accumulateur. Selon le type d’installation, ces opérations pourront être manuelles ou seront automatiques.

Il existe des blocs de sécurité à installer directement sous l’appareil qui regroupent au minimum une vanne d’isolement, une vanne de purge, et un limiteur de pression.

Si l’on procède au dégonflage de vessies d’accumulateurs, on veillera à ce que les locaux soient bien aérés.

Remarques importantes :

Afin de garantir un rendement et une durée de vie optimum de l'accumulateur, il est recommandé de vérifier la pression de pré- gonflage P0 périodiquement :
• Tous les mois si l’accumulateur est très sollicité,
• Tous les 6 mois dans les autres cas.



6/ Conjoncteurs – disjoncteurs (Bloc de sécurité)

Mise en situation

Le fluide se dirige vers le haut, la pression étant inférieure à la pression de consigne.
Dès que la pression de consigne est atteinte, le fluide prend la direction du réservoir.

Fonction

Le conjoncteur-disjoncteur est utilisé pour mettre la pompe en décharge (réservoir) dès que la pression maximale définie est atteinte (disjonction) et lorsque la pression chute à une valeur minimale, l’appareil permet à nouveau le remplissage de l’accumulateur.
L’appareil maintient donc la pression dans un circuit entre deux valeurs de pression p mini, p maxi


Fonctionnement phase de conjonction

La pompe débite dans le circuit de (P) vers (A), le tiroir (1) appliqué sur son siège par la légère poussée du ressort (2) est hydrauliquement équilibré, les pressions dans les chambres (3) et (4) étant égales.

L’huile provenant de la pompe pousse le clapet (5) et la pression croît dans le circuit hydraulique. Lorsque la pression atteint la valeur de tarage du ressort (8) correspondant à la pression maximale de travail dans le circuit, le clapet (9) se soulève et une fuite se crée par (L), il y a alors déséquilibre, la pression dans la chambre (4) continue de croître.

Lorsque la différence de pression dans les chambres (3) et (4) devient supérieure à la valeur de tarage du ressort (2), le tiroir (1) se soulève et la pompe débite au réservoir. Le clapet antiretour
(5) se ferme. Le piston pilote (10) sous l’action de la pression côté utilisateur par le canal de pilotage (11) pousse le clapet (9) et le maintien écarté de son siège.

Fonctionnement phase de disjonction

La pompe débite au réservoir de (P) vers (T) sous une pression correspondant au faible tarage du ressort (2). La pression côté utilisateur décroît en fonction des besoins du circuit hydraulique.

Lorsque la pression agissant sur le piston pilote (10) devient inférieure à celle proportionnelle au tarage du ressort (8), le clapet (9) se referme. Les pressions dans les chambres (3) et (4) sont à nouveau égales et le tiroir (1) est appliqué sur son siège par le ressort (2).

La pression minimale de travail est atteinte et la pompe débite à nouveau dans le circuit de (P) vers (A) et le cycle recommence.

Sami Rekik