8/4/2019 Machines Et Circuits Hydrauliques

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CHAPITRE VI

MACHINES ET CIRCUITS HYDRAULIQUES

1. Circuits hydrauliques

Les circuits sont caractriss par de faibles variations daltitude du fluide, par de faibles

variations de vitesse de lcoulement, mais par de fortes variations de pression.

Exemple : tude dun vrin simple effet.

Extrait de normalisation des schmas hydromcaniques

Rservoir (mise lair libre)

Filtre

M

Moteur

Pompe

Sectionnement (vanne, robinet)

Manomtre

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2. Machines tournantes

Les machines tournantes (pompes, turbines) sont constitus daubes fixes sur une roue.

Les principaux paramtres de conception sont :

- la vitesse de rotation de la roue (),

- le dbit volumique (qv),- la hauteur de charge (H),

- le diamtre de la roue (D),

- la puissance (P).

Le fluide attaque laube au point A1 (r1) et sen chappe en A2 (r2). La particule fluide

de masse dm se dplace du point A1 au point A2 en dt.

Vitesse du point Ai : ui = ri

Vitesse du fluide en Ai par rapport laube : vi

Vitesse absolue du fluide : Vi

La variation du moment cintique est gal au couple exerc par la roue sur le fluide.

d

dt

dm OA V dm OA V

dt

dm V r V r

dtC

dm

dtq q

C q V r V r

u r

P C q u V u V

m v

v

i i

v

rr r r r

=

=

= =

=

=

= =

. .

( .cos . .cos . )

.

. ( . .cos . .cos )

.

. . ( . .cos . .cos

2 2 1 1

2 2 2 1 1 1

1 1 1 2 2 2

1 1 1 2 2 2 )

Rappel1 = point lamont (entre du fluide)

2 = point laval (sortie du fluide)

Exemple : tude dune roue aubes circulaires (turbine Pelton)

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3. Pompes

Les pompes sont des appareils qui fournissent de lnergie au fluide, sous la forme

dnergie potentielle (augmentation de la pression) ou dnergie cintique (mise en

mouvement, augmentation du dbit).

Si W note lnergie fournie au fluide par unit de masse, on a :

g

pHHH

gW pompe

pompeentresortie

===

ppompe reprsente la pression diffrentielle, caractristique de la pompe.

On distingue les pompes volumtriques et les pompes hydrodynamiques (ou turbo-

pompes).

qv (m3/h)

pression diffrentielle pp (bars)

1

104

10 105

10

1

pompes volumtriques

pompes hydrodynamiques

Schma des domaines dutilisation des pompes

Pompes volumtriques

Un volume de fluide V0 est emprisonn dans un espace donn et contraint de se

dplacer, de lentre vers la sortie de la pompe, chaque cycle.

Le volume V0 est prlev sur le fluide contenu dans la conduite daspiration, do une

dpression qui fait avancer le fluide vers la pompe, assurant ainsi son amorage (auto-

amorage).

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La pression ne doit pas sabaisser en-dessous de la pression de vapeur saturante du

liquide, pour viter son bullition et lapparition du phnomne de cavitation.

A laval, il y a un apport permanent de matire : la pression peut augmenter

indfiniment si lenceinte est capacit limite (une soupape de scurit doit alors tre

installe la sortie de la pompe).

Rappel : la cavitation

A une pression infrieure la pression de vapeur saturante, le liquide entre en bullition. On a

donc une vaporisation partielle du liquide lintrieur de la pompe, do une chute de pression

et lapparition de micro-bulles qui se rsorbent sur les pices mobiles (les aubes, par exemple).

Au cours de limplosion des bulles, les variations de pression sont considrables (plusieurs

milliers de bars !), do une rosion intense des surfaces mtalliques.

Le dbit thorique est gal au volume emprisonn V0, multipli par la vitesse de

rotation de la pompe :

qv thorique = V0 .

En pratique, plus la charge de la pompe Hp = Hsortie - Hentre est leve, plus le liquide a

tendance schapper travers les dfauts dtanchit des pices mobiles. Le dbit

rel qv est donc infrieur au dbit thorique. On dfinit un rendement volumtrique :

vvq

V

=0.

Il existe diffrent type de pompes volumtriques :

- alternatives ( piston, diaphragme, piston plongeur),

- rotatives ( engrenages, lobes, circonfrentielle, vis, rotor hlicodal excentr,

palettes, pristaltique).

Pompes hydrodynamiques (turbo-pompes)

Elles sont constitues dune pice en rotation (rotor, roue, hlice), munie daubes ou de

pales, qui tourne dans un carter (corps de pompe) et communique une certaine vitesse

au fluide.

La pompe tant amore (pleine de liquide), la vitesse du fluide qui entre dans la roue

augmente et la pression diminue dans la conduite daspiration, ce qui maintient

lamorage. La force centrifuge comprime le fluide (la pression augmente).

Dans la conduite de refoulement, le fluide perd sa vitesse au profit de la pression qui

augmente encore.

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Les pompes hydrodynamiques sont caractrises par (cf. le document joint concernant

une pompe centrifuge Guinard) :

- la relation pression diffrentielle / dbit,

- la relation rendement / dbit,

- la relation NPSH / dbit (scurit cavitation).

La pression diffrentielle dune pompe dpend du dbit. Cette relation , appele

caractristique dbitante, est dtermine exprimentalement (fournie par le

constructeur). En gnral la pression diffrentielle dcroit quand le dbit augmente, et

tend vers 0, pour une vitesse de rotation de la pompe.

E

S

vB

B

A

(pB)

(pA)

rservoir (vA = 0)

p

gz

v

g

p

gz

v

g

W

gHA A

A BB

B

. .+ + = + + +

2 2

2 2

W g H H g H S E pompe= =.( ) .

Hp

g

p p

gz z

v

gHpompe

pompe B AB A

B= =

+ + + .

( )

.( )

.

2

2

Cas particulier : pA = pB (souvent gal la pression atmosphrique)

Si on lve progressivement le rservoir suprieur, zB crot, et donc ppompe crot, et le

dbit de la pompe diminue. On atteind zB max quand le dbit est nul (alors vB = 0 et H

= 0).

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Hp = zBmax - zA = Hz max (hauteur maximale dlvation)

En pratique, pour mesurer Hz max, il suffit de fermer une vanne sur la canalisation de

refoulement et de mesurer la pression entre lentre et la sortie de la pompe.

Le rendement ( = qv . Hp / Pm), nul pour qv = 0, tend vers 0 avec hp quand le dbit

augmente.

Pour viter le phnomne de cavitation et pour maintenir en tout point du liquide une

pression suprieure la pression de vapeur saturante, on dfinit une condition

daspiration, partir du NPSH de la pompe (Net Positive Suction Head) : supplment

minimal de pression ajouter la pression de vapeur saturante pour obtenir un bon

fonctionnement.

Avec pentr= pression totale lentre de la pompe, psat = pression de vapeur saturante du

liquide, on a :

p p NPSH entr sat requis +

Rappel : pression totale = pression absolue + pression dynamique

Le NPSH disponible est gal la pression totale dentre diminue de la pression de

vapeur saturante :

NPSH p pdisponible entr sat = La condition daspiration scrit donc :

NPSH NPSH disponible requis

Exemple : hauteur maximale laquelle il est possible dlever un liquide par aspiration.

* * *

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