Pompe hydraulique, description et fonctionnement (Partie 2)

Voici la suite de cet article : Moteur et Pompe hydraulique (Partie I)

La pompe hydraulique à palettes

La pompe à palette est une pompe de transfert volumétrique. Son rôle est d’extraire et évacuer des liquides comme le diesel ou l’huile hydraulique. Cet équipement trouve sa place dans de nombreux secteurs d’activité, comme le médical, l’industriel, l’automobile, l’agroalimentaire ou la climatisation.

Les pompes à palettes à cylindrée fixe et à cylindrée variable emploient la même nomenclature des pièces communes. Chaque pompe est constituée d’un logement (1), d’une cartouche (2), d’une plaque de fixation (3), d’un joint de plaque de fixation (4), des joints de cartouche (5), des anneaux de renfort de la cartouche (6), de l’anneau élastique (jonc d’arrêt) (7), de l’arbre d’entrainement et le roulement (8). La cartouche comprend : les plaques de maintien (9), la came ou stator (10), les plateaux flexibles (11), le rotor encoché (12), et les palettes (13).

Le rotor encoché est entraîné par l’arbre d’entrainement. Les palettes se déplaçant à l’intérieur et hors des encoches dans le rotor sont scellées sur les extrémités externes contre la came. L’intérieur de la came de la pompe à cylindrée fixe est de forme elliptique. L’intérieur de la came de la pompe à palettes à cylindre variable est de forme ronde.

Les plateaux flexibles scellent les côtés du rotor et les extrémités des palettes. Dans certaines conceptions des pompes à palettes basse pression, les plaques de maintien et le logement les scellent en rotation et les extrémités des palettes.

Les plaques de maintien sont utilisées pour diriger l’huile dans les passages appropriés du logement. Le logement, en plus de fournir un support aux pièces de la pompe à palette, dirige son écoulement d’huile.

Les palettes de la pompe

Les palettes sont initialement maintenues contre la came par la force centrifuge créée par la rotation du rotor. Au fur et à mesure que le débit augmente, la pression résultante qui est créée par la résistance à ce débit est dirigée vers les passages à l’intérieur du rotor situés en dessous des palettes (1).

Cette huile pressurisée situé en dessous des palettes maintient les extrémités des palettes qui sont poussées contre la came formant ainsi un joint. Pour empêcher les palettes d’être poussées trop fort contre la came, elles sont taillées (biseautés) vers l’arrière (voir la flèche jaune) pour permettre un équilibre de pression à travers l’extrémité externe des palettes.

Les plateaux flexibles

La même huile pressurisée est également dirigée entre les plateaux flexibles et les plaques de maintien pour sceller les côtés du rotor et l’extrémité des palettes.

La taille de la zone de jointure entre les plateaux flexibles et les plaques de maintien est ce qui commande la force qui pousse les plateaux flexibles contre les côtés du rotor et l’extrémité des palettes. Les joints d’étanchéité en forme de rein doivent être installés dans les plaques de maintien avec le côté joint torique dans la poche arrondie et le côté plat en plastique contre les plateaux flexibles.

Fonctionnement de la pompe à palette

Lorsque le rotor tourne à l’intérieur de la came, les palettes glissent vers l’intérieur et l’extérieur des encoches du rotor pour maintenir le joint contre la came. Pendant que les palettes se déplacent hors de l’encoche du rotor, le volume entre les palettes change. Une augmentation de la distance entre la came et le rotor cause une augmentation du volume.

L’augmentation du volume crée un léger vide qui permet à l’huile d’aspiration d’être poussée dans l’espace entre les palettes par la pression atmosphérique ou celle du réservoir. Pendant que le rotor continue de tourner, une diminution de la distance entre la came et le rotor cause une diminution du volume. L’huile est poussée hors de ce segment du rotor vers le passage de sortie (refoulement) de la pompe.

La pompe à palettee équilibrée

La pompe hydraulique à palette équilibrée a une came en forme d’ellipse. Cette forme résulte de la distance entre le rotor et la came en augmentant et en diminuant de volume deux fois pour chaque révolution.

Les deux orifices d’aspiration (1) et les deux autres de refoulement (2) sont opposés, ce qui équilibre les forces contre le rotor. Cette conception ne nécessite pas de grands roulements et de came pour supporter les pièces en rotation. La pression maximum de fonctionnement des pompes à palettes est de 4000 psi.

Les pompes à palette utilisées en hydraulique mobile ont une pression maximum de fonctionnement de 3300 psi, ou moins.

La pompe à palettes variable

La pompe hydraulique à palette à sortie variable est commandée en décalant une came de forme ronde vers l’avant et vers l’arrière par rapport à l’axe central du rotor. Les pompes à palette à sortie variables ne sont rarement, voire jamais, utilisées dans des applications d’hydraulique mobiles.

La pompe hydraulique à pistons

La plupart des pompes et moteurs à pistons ont des pièces similaires ou communes et utilisent la même nomenclature. Les pièces de la pompe à pistons sur la dernière figure sont : la culasse (1), le carter (2), l’arbre (3), les pistons (4), la plaque de distribution (5), le barillet (6), et le plateau pilote oscillant (7).

Les deux conceptions de pompe à pistons sont : la pompe à pistons axiale et la pompe à pistons radiale. Les deux pompes sont très efficaces, et sont des pompes à cylindrée positive. Cependant, le débit de refoulement de certaines pompes à piston est fixe et pour d’autres variables.

Pompe hydraulique et moteurs à pistons axiaux

Les pompes et les moteurs à pistons axiaux à cylindrée fixe sont construits avec un carter droit ou avec un carter incliné (faisant un angle). Le fonctionnement de base des pompes et moteurs à pistons est identique.

Pompes et moteurs à pistons axiaux à carter (logement) droit

La dernière figure montre une illustration d’une pompe volumétrique à pistons axiaux à cylindrée fixe et d’une pompe volumétrique à pistons axiaux à cylindrée variable.

Dans les pompes à pistons axiaux à cylindrée fixe, les pistons se déplacent en arrière et en avant suivant une ligne parallèle à proximité de la ligne médiane de l’arbre.

Dans la pompe hydraulique à piston à carter droit, montrée sur la partie gauche de la dernière figure, les pistons sont maintenus contre un plateau de retenu fixe, en forme de coin. L’inclinaison du plateau de retenu contrôle la course des pistons qui se déplacent à l’intérieur et à l’extérieur des chambres du barillet.

Plus l’angle d’inclinaison du plateau de retenu en forme de coin est grand, plus la distance de déplacement (course) du piston augmente et plus le débit de refoulement de la pompe par nombre de tour augmentera.

Dans la pompe à pistons axiaux à cylindrée variable, soit c’est le plateau pilote qui peut pivoter en avant et en arrière pour modifier l’angle par rapport à l’arbre, ou bien c’est le barillet et le plateau de distribution qui peut pivoter en avant et en arrière pour modifier l’angle par rapport à l’arbre.

Le changement de l’angle d’inclinaison entraine une variation du débit de sortie aux points minimum et maximum bien que la vitesse de l’arbre soit maintenue constante.

Sur l’une des pompes, lorsqu’un piston se déplace vers l’arrière, l’huile s’écoule à travers l’entrée et remplit l’espace laissé par le mouvement du piston. Au fur et à mesure que la pompe tourne, le piston se déplace vers l’avant, poussant ainsi l’huile vers le côté refoulement de la pompe et vers le circuit.

La plupart des pompes à piston utilisées sur les équipements mobiles sont des pompes à pistons axiaux.

Pompe à piston axial à carter incliné

Dans la pompe hydraulique à pistons à carter incliné représentée sur la dernière figure, les pistons sont reliés à l’arbre d’entrée par les biellettes des pistons ou les extrémités sphériques de piston qui s’insèrent dans les douilles (logement de rotule) dans un plateau.

Le plateau est une pièce faisant partie de l’arbre. L’angle du carter par rapport à la ligne centrale de l’arbre détermine la course des pistons dans le barillet. Plus l’angle du carter est grand, plus la pompe débite par révolution. Le débit de sortie d’une pompe à pistons à cylindrée fixe ne peut être modifié qu’en changeant la vitesse de l’arbre d’entrée.

Moteur à pistons à carter droit et incliné

Dans le moteur à piston à cylindrée fixe et à carter droite, l’angle du plateau pilote en forme de coin détermine la vitesse de l’arbre de sortie du moteur. Dans le moteur à piston à cylindrée fixe et à carter angulaire c’est l’angle du carter par rapport à l’axe centrale détermine la vitesse de l’arbre de sortie du moteur.

Dans les deux types de moteurs précités, la vitesse de l’arbre de sortie ne peut être changée que par le changement de débit d’entrée du moteur.

Certaines pompes à pistons plus petites sont conçues pour fonctionner à une pressions de 10 000 psi ou plus. Les pompes à piston utilisées dans les équipements mobiles sont conçues pour une pression maximale de 7000 psi ou moins.

Pompe à pistons radiaux

Dans la pompe à pistons radiaux montrée sur la dernière figure, les pistons se déplacent vers l’extérieur et vers l’intérieur en formant un angle de 90 degrés par rapport à l’axe de l’arbre. Lorsque le poussoir roule vers le bas de la came (logement ovale), le piston se déplace vers l’extérieur.

La pression atmosphérique ou une pompe de charge pousse l’huile à travers l’orifice d’entrée de valve et remplit l’espace laissé par le mouvement du piston. Lorsque le poussoir roule vers le haut de la came (logement ovale), le piston se déplace vers l’intérieur. L’huile est poussée hors du cylindre et à travers l’orifice de sortie (refoulement).

Pompe à engrenages internes

La pompe à engrenages internes (la dernière figure) a un petit engrenage (pignon d’entraînement) qui entraîne une couronne (pignon extérieur). Cette couronne est légèrement plus grande(en nombre de dents) que le pignon d’entraînement.

Un ménisque (croissant) stationnaire est situé au-dessous de l’engrenage entre le pignon d’entraînement et la couronne. Les orifices de refoulement (sortie) et d’aspiration sont situés sur l’une ou l’autre extrémité du ménisque (croissant).

Lorsque la pompe hydraulique tourne, les dents du pignon d’entraînement et de la couronne se désengrènent au niveau de l’orifice d’aspiration de la pompe. Le vide entre les dents augmente et remplit de l’huile d’ d’aspiration.

L’huile est portée entre les dents d’engrenage d’entraînement et le ménisque (croissant), aussi entre les dents de la couronne et le ménisque (croissant) vers l’orifice de refoulement.

Lorsque les pignons passent l’orifice de refoulement, le vide entre les dents diminue et les dents s’engrènent. Cette action force l’huile vers l’extérieur entre les dents et l’orifice de refoulement. La pompe hydraulique à engrenage intérieur est utilisée en tant que pompe de charge dans certaines grandes pompes à pistons.

Pompe incurvée conjuguée

La pompe hydraulique incurvée conjuguée (dernière Figure) s’appelle également la Pompe GEROTOR. Les pignons intérieurs et extérieurs tournent dans le logement de la pompe. Le pompage est réalisé par la façon dont les lobes sur le pignon interne entrent en contacte les uns les autres pendant la rotation.

Puisque les pignons internes et externes tournent, l’organe interne se promène à l’intérieur du pignon externe. Les orifices de refoulement et d’aspiration sont situés sur les couvercles d’embout du logement. Le fluide pénétrant dans l’orifice d’aspiration est transporté autour de l’orifice de refoulement et comprimé vers l’extérieur lorsque les lobes s’engrènent.

La pompe hydraulique incurvée conjuguée modifiée est utilisée dans le circuit de commande de direction, unité de régulation manuelle (HMU). Une fois utilisée dans le HMU, le pignon externe est stationnaire et seulement le pignon interne tourne.

Symboles ISO de la pompe hydraulique

Les symboles ISO de la pompe hydraulique sont distingués par un triangle noir dans un cercle avec la pointe du triangle dirigée vers le bord intérieur du cercle. Une flèche à travers le cercle indique la variation du cylindré de sortie par révolution.

Symboles ISO du moteur hydraulique

Les symboles ISO du moteur hydraulique sont distingués par un triangle noir dans un cercle avec la pointe du triangle dirigée vers le centre du cercle. Une flèche à travers le cercle indique la variation de la cylindrée d’entrée par révolution.

Quel est le prix d’une pompe à palette ?

Le prix d’une pompe à palette dépend de nombreux facteurs, tels que sa puissance, les dimensions du réservoir et le diamètre des roues. Son coût peut varier de 100€ à plusieurs milliers d’euros, voire dizaines de milliers.

Les coûts d’exploitation des pompes à palette sont généralement inférieurs à ceux des autres types de pompe, car elles sont moins coûteuses à exploiter et plus fiables. Les pompes à palette sont également plus faciles à entretenir, car elles ne nécessitent pas de lubrifiant et peuvent être réparées par un technicien qualifié en quelques minutes seulement.

Image source: Pedro Agüera, Hydraulic pumps.