Soupape HP/BP hydraulique : fonctionnement et séquence de débit

Comprendre la séquence hydraulique HP/BP avec deux pompes

Cette fiche explique le fonctionnement d’un montage hydraulique utilisant deux pompes :
une pompe gros débit basse pression et une pompe plus faible débit pour la haute pression.

Ce principe est souvent utilisé pour obtenir :

✔ une avance rapide à faible pression
✔ un passage automatique en haute pression lorsque l’effort augmente
✔ une réduction de la puissance nécessaire du moteur électrique

Cette fiche permet de comprendre :

✔ pourquoi on utilise deux pompes dans certains circuits hydrauliques
✔ comment fonctionne le passage basse pression / haute pression
✔ pourquoi la mise au réservoir d’une pompe permet de réduire la puissance moteur
✔ comment analyser ce type de montage sur un schéma hydraulique

Aller plus loin en hydraulique

Principe général

La valve de séquence de débit est également appelée soupape HP /BP par les hydrauliciens.

On la retrouve principalement sur des montages hydrauliques de type presse industrielle et sur des applications portatives mobiles (exemple : fendeuse).

L’utilisation de ce système permet de diminuer les coûts de fabrication et les coûts de fonctionnement en réduisant la puissance installée tout en gardant une rapidité de mouvement lorsque les récepteurs ne forcent pas.

En début de cycle, les deux pompes alimentent le circuit.
Le débit total est donc important, ce qui permet un déplacement rapide du vérin.

Lorsque la pression augmente, la pompe gros débit est mise au réservoir.
Elle ne débite plus dans le circuit haute pression.

Le moteur électrique n’a donc plus à entraîner simultanément un gros débit sous forte pression.
Cela permet de limiter la puissance installée et de réduire la consommation d’énergie.

Pour aller plus loin, retrouvez comment tester un moteur électrique asynchrone

Schéma hydraulique (montage deux pompes HP/BP)

Le schéma ci-dessus représente une presse à emboutir. Pour des raisons didactiques, seulement la phase sortie de tige est abordée.

On retrouve :

Rep 1 : Moteur électrique.
Rep 2 : Pompe à engrenage.
Rep 3 : Pompe à pistons.
Rep 4 : Valve de séquence.
Rep 5 : Limiteur de pression principale.
Rep 6 : Clapet anti-retour.
Rep 7 : Vérin simple effet.
M1, M2, M3 : Manomètres.
Q1 : Débitmètre.

Pour avoir la fonction séquence de débit, on doit retrouver impérativement une double pompe (Rep 2 & 3) avec l’ensemble valve de séquence, limiteur de pression et clapet anti-retour (Rep 4, 5, 6).

Généralement la double pompe est composée :

D’une pompe à engrenage de grosse dimension qui est bon marché afin d’assurer la génération d’un débit important lorsque le vérin force faiblement.
D’une pompe à pistons de petite dimension qui permet une montée en pression importante du circuit qui assure la phase emboutissage du vérin.

Le réglage de la valve de séquence hydraulique (de débit) est détaillé dans la fiche dédiée au réglage des valves hydrauliques.

Phase d’approche : déplacement rapide à faible pression

Pour les explications, les pertes de charge sont négligées (frottement de l’huile dans la tuyauterie et les composants).

La pompe à engrenage qui ne résiste pas à des hautes pressions est protégée par la valve de séquence à 100 bars (rep 4).

La pompe à pistons est protégée par le limiteur de pression à 300 bars (rep 5).

Le vérin en début de cycle est totalement rentré. La pression nécessaire pour approcher le poinçon de la pièce à emboutir est de 50 bars (pression créée par la masse du poinçon, la masse de la tige et le frottement des joints du vérin).

Lorsque le moteur électrique (rep 1) est alimenté, les 2 pompes sont entraînées. La pompe à engrenage (rep 2) débite 100 l/min et la pompe à pistons (rep 3) débite 10 l/min. Le vérin sort à vitesse rapide avec un débit cumulé des 2 pompes de 110 l/min. Le débit de la pompe (rep 2) soulève le clapet (rep 6). La pression lue sur les manomètres en M1, M2 et M3 est de 50 bars. La valve de séquence (rep 4) reste fermée car son réglage est à 100 bars.

Phase de travail : faible vitesse et haute pression

Lorsque le vérin arrive au contact de la pièce à emboutir, l’huile se cumule instantanément dans le circuit et monte en pression. À 100 bars, la valve de séquence s’ouvre et aiguille l’huile de la pompe (rep 2) au réservoir sans contrainte. Le clapet (rep 6) se ferme et seul le débit de la pompe (rep 3) alimente le vérin pendant la phase d’emboutissage.

Au moment de la commutation de la pompe (rep 2) au réservoir on constate :

M1, M3 : 100 bars.
M2 : 0 bar.
Q1 : 10 l/min.

A noter : Cette phase correspond à la puissance maximum demandée au moteur électrique. Ce montage permet d’utiliser un moteur électrique 3 fois plus petit que si l’on installait une seule pompe.

Dimensionnement du moteur électrique (séquence deux pompes HP/BP)

Calcul de la puissance du moteur électrique avec séquence de débit :

P = p * Q / 540

P : Puissance en KW.

p : Pression en bar.

Q : Débit en l/min.

540 : Coefficient pour avoir les unités usuelles (prend en compte les rendements mécaniques).

P (rep 2) = 100*100/540 P (rep 3) = 100*10/540

P = 18.5 KW. P = 1.9 KW.

P = 18.5 + 1.9

P= 20.4 KW.

Calcul de la puissance du moteur électrique avec un montage comprenant une seule pompe :(la phase correspondante à la puissance maximum demandée au moteur électrique dans le cas d’un montage avec une seule pompe est la phase butée) :

P = 110*300/540

P = 61.11 KW.

Retrouvez d’autres formules de calcul hydraulique dans cette fiche dédiée

Phase de butée : montée en pression

Conclusion : principe de la séquence hydraulique deux pompes

Le montage séquence de débit répond parfaitement au cahier des charges de la presse. Une vitesse d’approche rapide en cumulant le débit des 2 pompes et une vitesse travail plus lente avec une pression de travail importante.

Le coût des composants hydrauliques est réduit. Une grosse pompe à engrenage + une petite pompe à pistons sont moins onéreuses qu’une grosse pompe à pistons.

La puissance du moteur électrique est divisée par 3.

Le montage séquence de débit est l’alternatif au montage avec une pompe à cylindrée variable munie d’une régulation de puissance. Il est moins progressif car on distingue 2 vitesses mais bien moins onéreux.