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WO 2012/146837
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Installation comportant au moins un accumulateur
hydropneumatique à entretien automatisé
L'invention se rapporte à toute installation comportant un ou
plusieurs accumulateurs hydropneumatiques et concerne plus particu-
lièrement un perfectionnement permettant de maintenir automatiquement
le ou chaque accumulateur dans un état de fonctionnement optimal, tout
au long de sa durée d'utilisation. L'invention s'applique notamment à toute
installation équipée d'un ou plusieurs accumulateurs hydropneumatiques
situés dans un environnement à accès limité et/ou dangereux et/ou ne
tolérant pas d'interventions fréquentes en raison, par exemple, d'un
facteur de marche élevée et/ou d'un coût de maintenance prohibitif.
Un accumulateur hydropneumatique se compose d'un
conteneur rigide dans lequel on définit deux compartiments : un
compartiment rempli de gaz sous pression communément appelé
"capacité gaz" et un compartiment rempli de liquide, communément
appelé "capacité liquide". Un séparateur à membrane souple constitue une
paroi déformable commune entre les deux compartiments.
La capacité gaz comporte une valve située à une extrémité
correspondante du conteneur rigide, par laquelle on peut injecter et
emprisonner une certaine quantité de gaz sous pression. Cette charge de
la capacité gaz détermine une certaine plage de fonctionnement de
l'accumulateur.
Les applications sont nombreuses. Parmi celles-ci, on peut citer
le stockage d'énergie "anti-pulsation" pour absorber des pointes de
pression. On peut aussi mentionner l'aide au freinage notamment dans un
train d'atterrissage ou au contraire la récupération d'énergie comme par
exemple dans un camion où de l'énergie est récupérée pendant une phase
de freinage et restituée pendant une reprise d'accélération. Un autre
domaine d'application plus particulièrement concerné par l'invention est
celui des éoliennes. On utilise de tels accumulateurs pour mettre en
drapeau les pales de l'éolienne en cas d'arrêt d'urgence. Dans ce cas, les
accumulateurs sont installés dans la partie tournante de l'éolienne, c'est-à-
dire dans un endroit particulièrement difficile d'accès.
La qualité des valves et les niveaux de perméation des
matériaux constitutifs d'un séparateur à membrane souple permettent en
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principe de maintenir la charge de cette dernière pendant une assez
longue période de temps. Cependant, on ne peut éviter complètement de
petites fuites de gaz et par conséquent, à la longue, une baisse d'efficacité
de l'accumulateur. C'est pourquoi, il est nécessaire de recharger la
capacité gaz de temps en temps. Pour ce faire, il est connu de raccorder à
la valve une source de gaz sous pression, par exemple en mettant à la
disposition du personnel de maintenance, un réservoir mobile contenant
du gaz sous pression.
Parmi les applications mentionnées ci-dessus, il en est pour
lesquelles ce rechargement "manuel" devient une opération délicate, voire
très contraignante et/ou dangereuse.
L'invention permet de résoudre ce problème en offrant une
possibilité de rechargement automatique de la capacité gaz.
Plus particulièrement, l'invention concerne une installation
comportant au moins un accumulateur hydropneumatique comprenant
une capacité liquide et une capacité gaz préchargée, rempli d'un gaz sous
une pression supérieure à une valeur minimum choisie, caractérisée en ce
qu'elle comporte des moyens de réajustements successifs de la charge de
ladite capacité gaz lorsque la pression de ladite charge tombe en dessous
de la valeur minimum choisie, comprenant une source de gaz sous
pression reliée par un circuit pneumatique à une valve de chargement de
ladite capacité gaz, ledit circuit pneumatique comportant au moins une
électro- vanne de réinjection à deux positions, du type normalement
fermée, commandée par une unité de calcul de cycles successifs de
réinjection de gaz dans ladite capacité gaz, en ce que ladite unité de calcul
reçoit au moins un signal représentatif de la pression hydraulique régnant
dans la capacité liquide ou de la puissance hydraulique délivrée par celle-ci
et en ce qu'une sortie de commande de ladite unité de calcul contrôle les
cycles successifs d'ouverture et de fermeture de ladite électrovanne de
réinjection en générant des cycles successifs de réajustement de la charge
de ladite capacité gaz chaque fois que sa pression tombe en dessous de
ladite valeur minimum choisie.
Dans le circuit pneumatique et plus particulièrement entre la
source de gaz sous pression et la ou les vannes de réinjection, on peut
trouver un détendeur contrôlant la pression du gaz délivré par la source
de gaz sous pression, un gicleur réglable (pour le réglage du temps de
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charge) et un clapet anti-retour. De préférence, ces éléments sont
connectés en série et dans cet ordre.
Selon certains modes de réalisation, un débitmètre peut être
inséré dans le circuit pneumatique, pour la détermination d'une quantité
de gaz réinjecté pendant un cycle de réinjection précité. Ce débitmètre
comporte une sortie de signal reliée à l'unité de calcul, laquelle est conçue
pour déterminer la quantité de gaz réinjecté à partir d'une mesure
continue du débit.
Selon une autre possibilité, l'unité de calcul comporte une
entrée de déclenchement apte à recevoir un signal représentatif d'un
ordre de réajustement de la charge de la capacité gaz.
Selon un mode de réalisation possible, on prévoit un capteur de
pression pour mesurer la pression régnant dans la capacité gaz, dont la
sortie est reliée à une entrée de données de ladite unité de calcul, pour la
détermination de ladite quantité de gaz à réinjecter. Autrement dit, on
réinjecte du gaz pendant un cycle de réinjection, jusqu'à ce que la
pression régnant dans la capacité gaz atteigne à nouveau une valeur
voulue.
L'installation peut aussi être caractérisée en ce qu'elle comporte
un capteur de température pour mesurer la température du gaz de ladite
capacité gaz, dont la sortie est reliée à une entrée de données de ladite
unité de calcul, pour la détermination de ladite quantité de gaz à
réinjecter.
Comme on le verra plus loin, la mesure de la température du
gaz intervient en tant que valeur de correction pour déterminer la valeur
de la pression dans la capacité gaz pour laquelle on arrête la réinjection.
Selon une autre variante, l'installation comporte plusieurs
accumulateurs ou groupes d'acc:umulateurs et des vannes de réinjection
correspondantes. Le circuit pneumatique est connecté à toutes les vannes
de réinjection et l'unité de calcul comporte des sorties de commande
respectives connectées pour piloter indépendamment lesdites vannes de
réinjection. Ainsi, un cycle de réinjection peut ne concerner, à un moment
donné, qu'un seul accumulateur ou groupes d'accumulateurs, malgré une
source de gaz sous pression unique et un circuit pneumatique commun.
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Eventuellement, un tel groupe d'accumulateurs, associé à une
même vanne de réinjection est constitué de plusieurs accumulateurs
branchés en parallèle.
Selon une autre caractéristique avantageuse, l'installation
comporte en outre une vanne de purge de type normalement ouverte,
connectée à la ou chaque valve de chargement précité et commandée à la
fermeture par les moyens de calcul pendant un cycle de réinjection
précité.
Selon une variante, cette vanne de purge peut être unique. Elle
est, dans ce cas connectée au circuit pneumatique précité, directement en
amont de la ou les vannes de réinjection. Elle est aussi commandée à la
fermeture pendant un cycle de réinjection.
Avantageusement, ladite source de gaz sous pression comporte
au moins un réservoir de gaz comprimé. Ce réservoir sera de préférence
placé dans un endroit accessible pour pouvoir être facilement remplacé. La
pression du gaz dans un tel réservoir est supérieure à la pression
maximum de précharge du ou des accumulateurs hydropneumatiques.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-
ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre,
de plusieurs modes de réalisation d'une installation conforme à son
principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux
dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de
réalisation possible d'une installation conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un schéma de principe analogue illustrant une
variante ;
- la figure 3 est un schéma de principe illustrant un autre mode
de réalisation de l'installation ;
- la figure 4 est un schéma de principe partiel illustrant une
possibilité d'extension de l'installation ; et
- la figure 5 est une vue semblable à la figure 4, illustrant une
variante.
L'installation représentée sur la figure 1 comporte au moins un
accumulateur hydropneumatique 11 comprenant, classiquement, un
conteneur rigide 12 dans lequel sont définies une capacité gaz 13 et une
capacité liquide 14. Ces deux capacités, de volumes variables, se
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partagent le volume interne du conteneur 12. Elles comportent une paroi
commune constituée par un séparateur à membrane souple 15. Une
quantité prédéterminée de gaz sous pression est emprisonnée dans la
capacité gaz. Une valve de chargement 17 communique avec la capacité
5 gaz, et permet le chargement d'une quantité voulue de gaz dans celle-ci.
Le gaz se trouve donc en principe emprisonné dans ladite capacité gaz. La
capacité liquide comporte une sortie 19 reliée à un circuit hydraulique
d'utilisation, non représenté.
L'installation comporte des moyens de réajustement 20 de la
charge de la capacité gaz, reliés à la valve de chargement 17. Ces moyens
de réajustement comportent une source de gaz sous-pression 22
constituée ici d'un réservoir de gaz pressurisé, un circuit pneumatique 24
comportant notamment une vanne de réinjection 26 du type normalement
fermé, commandée et une unité de calcul 27 d'un cycle de réinjection de
gaz dans la capacité gaz. Ladite unité de calcul 27 est prévue pour
commander la vanne 26. Selon un exemple préféré, la vanne 26 est une
électrovanne dont l'entrée de signal électrique 26a est reliée à une sortie
de commande 29, spécifique, de l'unité de calcul 27.
La sortie de la source de gaz sous pression 22 est équipée
d'une vanne d'isolation 23 à actionnement manuel. Le circuit pneuma-
tique 24 s'étend entre cette vanne 23 et la valve de chargement 17. Il
comprend, en série en partant de la vanne d'isolation 23, un détendeur
31, un gicleur réglable 33 et un clapet anti-retour 35. Le détendeur
permet de contrôler la pression du gaz délivré par la source de gaz sous
pression, le gicleur permet de régler le temps de charge. La source de gaz
sous pression 22 est ici un simple réservoir de gaz comprimé, facilement
interchangeable.
La sortie du clapet anti-retour 35 est reliée à l'entrée pneuma-
tique de la vanne 26. La sortie pneumatique de la vanne 26 est reliée à la
valve de chargement 17.
Une soupape de sécurité 39, pour mise à l'air libre, est
connectée en un point entre la vanne d'isolation 23 et le détendeur 31.
Une vanne de purge 41, ici avantageusement une électrovanne,
du type normalement ouverte est connectée à la ou chaque valve de
chargement 17 précitée et commandée à la fermeture par l'unité de
calcul 27. L'électrovanne 41 est connectée pour être pilotée par une sortie
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30 de l'unité de calcul. Elle est pilotée à la fermeture au début d'un cycle
de réinjection.
L'unité de calcul 27 comporte classiquement un micropro-
cesseur et des circuits électroniques capables d'élaborer des signaux
électriques de commande pour les électrovannes 26 et 41, notamment et
pour recevoir et traiter les signaux provenant de différents capteurs, afin
de permettre l'élaboration des signaux électriques de commande. Cette
unité de calcul ne sera pas décrite en détail.
La mise en uvre de l'unité de calcul 27 déclenche un cycle de
réinjection de gaz dans la capacité gaz. Pour ce faire, elle est pilotée, pour
le démarrage de ce cycle et dans l'exemple de la figure 1, par un signal
représentatif de la pression hydraulique qui règne dans la capacité
liquide 14. Ainsi, selon l'exemple, une entrée de déclenchement de
cycle 47 est reliée à la sortie d'un capteur de pression 48 de la capacité
liquide. Lorsque cette pression atteint un seuil bas, l'unité de calcul 27
émet des signaux de pilotage aux sorties 30 et 29 pour successivement
fermer l'électrovanne 41 et ouvrir l'électrovanne 26, respectivement.
L'unité de calcul 27 comporte notamment un circuit de compen-
sation 45 permettant d'adapter la quantité de gaz réinjecté en fonction de
la pression et de la température du gaz (comparées à des valeurs de
référence) contenue dans ladite capacité gaz, grâce à des capteurs 50 de
pression et 52 de température, placés en contact avec le gaz de ladite
capacité gaz, en aval de la valve 17. Plus précisément, le capteur de
pression 50 mesure la pression régnant dans la capacité gaz et sa sortie
est reliée à une entrée de données 50a de ladite unité de calcul 27 pour la
détermination de la quantité de gaz à réinjecter. De même, le capteur de
température 52 permet de mesurer la température du gaz dans la
capacité gaz et sa sortie est reliée à une entrée de données 52a de ladite
unité de calcul pour la détermination de la quantité de gaz à réinjecter.
Le circuit de compensation 45 contient en mémoire les
variations normales de la pression P en fonction de la température T dans
la capacité gaz, en supposant celle-ci à sa charge nominale prédéterminée
en fonction des caractéristiques de l'installation où l'accumulateur 11 est
mis en service. Sur la figure 1, ces variations sont schématisées par une
droite D.
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Si l'entrée 47 reçoit un ordre de déclenchement du cycle de
réinjection élaboré à partir du capteur 48, le circuit de compensation 45
reçoit des capteurs 50 et 52 des informations représentatives de la
pression et de la température réelles dans la capacité gaz. Ceci permet de
déterminer un point (P, T) décalé de la droite D, dont il résulte la
détermination d'une valeur AP, à corriger. Cette valeur est chargée dans
un logiciel approprié qui effectue répétitivennent un test 55 sur la valeur
de AP, pour élaborer des signaux de pilotage qui sont adressés aux
sorties 29 et 30. Plus précisément, tant que le test AP # 0 est positif, la
vanne 26 est maintenue ouverte et la vanne 41 est maintenue fermée, ce
qui permet le rechargement continu de la capacité gaz par du gaz
provenant de la source de gaz sous pression. Lorsque le test 55 devient
négatif, c'est-à-dire AP = 0, les signaux de pilotage disparaissent et
l'électrovanne 26 se ferme tandis que l'électrovanne 41 s'ouvre remettant
l'entrée de la valve 17 à l'atmosphère.
Pendant que le cycle de réinjection du gaz sous pression est
délivré par la source de gaz 22 (la vanne d'isolation 23 étant ouverte) la
soupape de sécurité 39 reste fermée. Ce gaz s'écoule sous le contrôle du
détendeur 31 et du gicleur réglable 33. Il traverse le clapet anti-retour
(35) et l'électrovanne 26 pour recharger la capacité gaz 13 en forçant la
valve 17 jusqu'à ce que la valeur AP déterminée par l'unité de calcul 27
(plus précisément le circuit de compensation 45) soit ramenée à 0.
Sur la figure 2 illustrant une variante, les éléments analogues à
ceux décrits en référence à la figure 1 portent les mêmes références
numériques et ne seront pas décrits à nouveau.
Cette variante se caractérise en ce qu'elle comporte un
débitmètre 57 inséré dans le circuit pneumatique. Le débitmètre comporte
une sortie de signal reliée à l'unité de calcul pour la détermination d'une
quantité de gaz réinjecté pendant un cycle de réinjection précité.
L'unité de calcul 27 est globalement semblable à celle de la
figure 1 mais le circuit de compensation est prévu pour déduire,
notamment de la valeur AP acquise comme précédemment, une valeur Q0
représentative de la quantité de gaz à réinjecter pour recharger la
capacité gaz 13. La quantité de gaz Q réinjecté est déterminée par l'unité
de calcul 27 à partir de l'information de débit appliquée à une entrée de
données 57a reliée à la sortie de signal 58 du débitmètre 57. Un logiciel
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approprié effectue répétitivement un test 55A élaborant des signaux de
pilotage disponibles aux sorties 29 et 30. Ce test compare la valeur Q de
la quantité de gaz introduit depuis le début du cycle de réinjection dans la
capacité gaz (valeur déduite du débitmètre 57) à la valeur Qo déterminée
par le circuit de compensation 45. L'ordre de déclenchement du cycle de
réinjection est, comme dans l'exemple précédent, élaboré à partir d'une
mesure de pression (capteur 48) de la capacité liquide.
Dans l'exemple de la figure 3, on retrouve les éléments
essentiels de l'installation de la figure 2, notamment le débitmètre 57
inséré dans le circuit pneumatique 24 grâce auquel l'unité de calcul peut
déterminer en temps réel la quantité de gaz Q réinjecté dans la capacité
gaz à tout moment du cycle de réinjection. Ce cycle commence et se
termine par l'actionnement des électrovannes 26, 41 comme dans les
deux modes de réalisation précédents.
Cependant, dans cet exemple, le cycle n'est pas déclenché par
la détection d'une pression insuffisante dans la capacité liquide mais par
l'ensemble électronique dédié 60 enclenché par un signal représentatif de
la puissance hydraulique délivrée à l'équipement auquel l'accumulateur
hydropneumatique 11 est raccordé. La conception de cet ensemble
électronique dépend du type d'équipement concerné et est à la portée de
l'homme du métier. Si la puissance hydraulique mesurée atteint un certain
seuil bas, l'ensemble électronique dédié 60 élabore un signal de déclen-
chement de cycle, appliqué à l'entrée de déclenchement 47 qui pilote
l'unité de calcul 27.
Celle-ci peut être simplifiée en déterminant a priori et une fois
pour toute une quantité de gaz Qo à réinjecter à chaque cycle de
réinjection. Dans ce cas, le circuit 45 peut être supprimé ainsi que les
capteurs 50, 52 et, bien sûr, le capteur 48, les cycles étant activés par
l'ensemble électronique dédié 60.
Bien entendu, le type de commande de déclenchement décrit à
la figure 3 peut aussi être adapté à l'installation de la figure 1, sans
débitmètre, en utilisant le circuit 45 et les capteurs 50, 52, c'est-à-dire en
contrôlant le gaz réinjecté par l'annulation de la valeur AP.
Sur la figure 4, on a représenté une installation munie de
plusieurs accumulateurs 11 ou 11a groupes d'accumulateurs, associés à
des vannes de réinjection correspondantes. Comme représenté, un groupe
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d'accumulateurs 11a, associé à une même vanne de réinjection 26 est
constitué de plusieurs accumulateurs branchés en parallèle.
Le circuit pneumatique 24 est connecté à toutes les vannes de
réinjection 26 tandis que l'unité de calcul non représentée comporte des
sorties de commande respectives connectées pour piloter indépen-
damment lesdites vannes de réinjection.
Dans l'exemple de la figure 4, chaque accumulateur 11 ou
groupe d'accumulateurs 11a est associé à une vanne de purge 41
spécifique, du type normalement ouverte. Chaque vanne est directement
connectée à chaque valve de chargement 17 et elle est commandée à la
fermeture par l'unité de calcul pendant un cycle de réinjection
correspondant à l'accumulateur ou au groupe d'accumulateurs concerné.
Chaque vanne 41 est pilotée par une sortie spécifique de l'unité de calcul.
Au contraire, dans le mode de réalisation de la figure 5, la
vanne de purge 41 est unique. Cette vanne normalement ouverte est
connectée au circuit pneumatique 24 directement en amont de la ou
chaque vanne de réinjection. Selon l'exemple, elle est donc connectée en
aval du clapet anti-retour 35. Elle est commandée à la fermeture pendant
un cycle de réinjection.
