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RÉSUMÉ
Après un bref rappel des paramètres physiques inhérents à la transmission de puissance pneumatique et leur définition, l’article aborde synthétiquement les lois d’écoulement des gaz dans les orifices et tubes. Puis il spécifie les grandes lignes de la méthode de mesure « en état stationnaire » et les exigences relatives à l'installation d'essai, de la partie 1 de la nouvelle norme ISO 6358. Les méthodes d'essais de décharge et de charge de la partie 2 de la norme sont ensuite analysées et discutées. L’article se conclut par l'utilisation des caractéristiques de chaque composant et la tuyauterie précédemment déterminée pour estimer les caractéristiques d'écoulement d'un assemblage.
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Daniel hubert : Ingénieur CNAM - Ingénieur-conseil ; Daniel Hubert Engineering Assistance (DHea) - Ex. responsable Recherche et Développement chez ASCO Joucomatic, France
INTRODUCTION
Dans les systèmes de transmission de puissance pneumatique, la puissance est transmise par de l'air ou un gaz sous pression dans un circuit. Les composants qui constituent un tel circuit sont intrinsèquement résistants à l'écoulement du gaz et il est donc nécessaire de définir et de déterminer les caractéristiques de débit qui décrivent leur performance. L'expérience a démontré que les caractéristiques des composants pneumatiques ont beaucoup de similarité avec les tuyères soit convergentes, soit convergentes- divergentes lorsque les dissipations d'énergie par frottement sont négligeables, on peut alors décrire leurs caractéristiques de débit à partir de la connaissance de quatre paramètres :
-
la conductance sonique C, correspondant au débit maximal (en régime sonique) ;
le rapport de pression critique b, qui représente la frontière entre le débit sonique et subsonique ;
l'indice subsonique m, qui est utilisé, si nécessaire, pour représenter le plus précisément possible le comportement de l'écoulement subsonique.
-
le paramètre Dpc , qui caractérise la pression d'ouverture. Ce paramètre est utilisé seulement pour des composants pneumatiques qui s'ouvrent à une pression amont croissante (effet de seuil des clapets antiretour par exemple).
Lorsque les effets du frottement du flux de gaz sur les parois des tubes ou autres composants deviennent non négligeables, alors s'ajoute un cinquième paramètre, Kp , le coefficient de dépendance de la pression.
Après un bref rappel des paramètres physiques inhérents à la transmission de puissance pneumatique et de leur définition, nous aborderons synthétiquement les lois d'écoulement des gaz dans des conduits. Puis, nous spécifierons les grandes lignes de la méthode de mesure « en état stationnaire » et commenterons les exigences relatives à l'installation d'essai, la procédure d'essai, objet de la partie 1 de la nouvelle norme ISO 6358. Les méthodes d'essais de décharge et de charge spécifiées dans la partie 2 de la norme ISO 6358 seront analysées et commentées. Nous terminerons par l'utilisation des caractéristiques de chaque composant et de la tuyauterie déterminée précédemment, pour estimer les caractéristiques de débit d'un assemblage.
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2. Aspects fondamentaux des écoulements compressibles
2.1 Définitions de base et relations fondamentales de la thermodynamique
Avant d'aborder l'analyse détaillée des écoulements compressibles, quelques définitions de base et relations fondamentales de thermodynamique sont résumées ci-dessous [BE 8 005] [BE 8 007].
HAUT DE PAGE2.1.1 Gaz parfait et propriétés thermodynamiques
Un gaz parfait est un gaz qui obéit aux lois de Boyle et de Charles c'est-à-dire :
-
le produit « pression ¥ volume » à température constante est une constante ;
-
le rapport « volume/température » à pression constante est une constante ;
-
le rapport « pression/température » à volume constant est une constante.
L'équation d'état d'un gaz parfait (gaz idéal) est de la forme :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAPIRO (A.H.) - The dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow. - John Wiley and Sons, vol. 1 (1953).
-
(2) - WHITE (F.M.) - Fluid mechanics. - McGraw-Hill, New York, 3rd ed., 736 p. (1994).
-
(3) - SANVILLE (F.E.) - A new method of specifying the flow capacity of pneumatic fluid power valves. - Hydraulic and pneumatic power, no 195, vol. 17, p. 120-126, mars 1971.
-
(4) - WARTELLE (C.) - Caractéristiques de débit des appareils à fluides compressibles considérés isolément ou montés en série. - Les mémoires techniques du CETIM, no 13, sept. 1972, édition CETIM_2. Réédition et traduction en anglais WARTELLE (C.). – Flow rate characteristics of compressible fluid devices : considered separately of connected in series. CETIM performances, 9Q193.
-
(5) - HUBERT (D.), SESMAT (S.), De GIORGI (R.), GAUTIER (D.), BIDEAUX (E.) - Analysis of flow behaviour and characteristics of pneumatic components. - In 7th JFPS, International Symposium of...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Transmissions pneumatiques – Détermination des caractéristiques de débit des composants traversés par un fluide compressible – Partie 1 : Règles générales et méthodes d'essai en régime stationnaire - ISO 6358-1 -
-
Transmissions pneumatiques – Détermination des caractéristiques de débit des composants traversés par un fluide compressible – Partie 2 : Méthodes d'essai alternatives - ISO 6358-2 -
-
Transmissions pneumatiques – Détermination des caractéristiques de débit des composants traversés par un fluide compressible – Partie 3 : méthode de calcul des caractéristiques de débit constant des assemblages - ISO 6358-3 -
-
Pneumatic Fluid Power Components using Compressible Fluids – Determination of Flow-rate Characteristics - ISO 6358 - 1989
-
Transmissions pneumatiques – Atmosphère normalisée de référence - ISO 8778 -
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
ARTEMA Syndicat professionnel de la mécatronique – Membre de la FIM Maison de la mécanique http://www.artema-france.org
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
CETIM Centre technique des industries mécaniques http://www.cetim.fr
INSA Lyon-Laboratoire Ampère (UMR 5005) – Centre d'essais « Fluid Power » http://www.ampere-lab.fr
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