Accumulateur à membrane pour machines minières : sélection, dimensionnement et maintenance

Une perforatrice hydraulique frappant 2 500 fois par minute envoie une impulsion de pression dans son circuit toutes les 24 millisecondes. Le tuyau fléchit, les joints s'usent et la pompe voit l'onde réfléchie. Les accumulateurs à membrane sont courants sur les machines minières pour une raison structurelle : le diaphragme n'a pas de joint coulissant et presque pas de masse, de sorte que le côté gaz réagit dans les millisecondes suivant la première augmentation de pression.

La conclusion d’abord. Pour l'amortissement des pulsations, l'absorption des chocs et le stockage d'énergie de petits volumes sur les plates-formes de forage, les concasseurs et les dumpers de transport de charges, un accumulateur à membrane est généralement mieux adapté qu'une unité à vessie ou à piston. Cela cesse d'être la meilleure solution une fois que le volume de gaz dépasse environ 4 litres ou lorsque la machine doit stocker plusieurs litres d'huile utilisable pour une grosse bouteille. Voici où se situe cette limite, comment dimensionner l’unité et ce qu’il faut vérifier avant l’envoi d’un bon de commande.

Pourquoi les accumulateurs à membrane conviennent aux machines minières

Les cycles de service miniers punissent l'hydraulique de trois manières : les pics de pression provoqués par les impacts, les ondulations continues à haute fréquence des pompes et des marteaux, ainsi que la poussière, les vibrations et les larges variations de température. Un accumulateur à membrane gère les trois sans les pièces qui tombent normalement en panne en premier.

• Pas de joint coulissant. Le diaphragme est serré sur sa circonférence et fléchit simplement, de sorte qu'il n'y a pas de segment de piston fonctionnant dans un alésage ni de chemin d'usure par frottement.
• Réponse rapide. La masse en mouvement est une fine membrane en élastomère, donnant des temps de réaction de l'ordre de la milliseconde, ce qui est important lorsque l'événement à absorber dure 20 à 50 millisecondes.
• Enveloppe compacte et une pièce d'usure. Les unités à membrane sont courtes et légères pour leur pression nominale, et la membrane est le seul consommable.
• Capacité de pression adaptée au circuit. Les valeurs nominales de 250 à 350 bars couvrent la plupart des systèmes hydrauliques miniers mobiles et fixes.

Le compromis est le volume. Un diaphragme ne peut fléchir que dans une certaine mesure, de sorte que les volumes de gaz restent limités et le volume d'huile utilisable représente généralement un tiers à la moitié du volume de gaz nominal. La même logique de sélection s'applique aux autres équipement industriel lourd , mais l'exploitation minière est le lieu où se combinent haute pression et cyclage élevé.

Les quatre tâches qu'un accumulateur à membrane effectue sur une machine minière

Soyez précis sur le travail effectué par l'unité, car la règle de précharge en dépend.

1. Amortissement des pulsations. En aval d'une pompe à piston ou d'un marteau, l'accumulateur aplatit les ondulations qui autrement fatigueraient les flexibles, les tubes de refroidissement et les corps de vannes.
2. Absorption des chocs. Lorsqu’un godet heurte un rocher ou qu’un barrage flottant s’arrête brusquement, le pétrole est momentanément piégé. L'accumulateur donne à cette huile un endroit où aller et coupe le pic avant qu'elle n'atteigne la pompe.
3. Stockage d'énergie. Sur les tombereaux-chargeurs, l'azote stocké peut alimenter un circuit pilote, desserrer un frein à ressort ou aider un vérin pendant que la pompe rattrape son retard.
4. Compensation thermique du volume. Dans un circuit fermé, le volume d’huile change avec la température ; l'accumulateur absorbe ce changement et maintient la pression à l'intérieur de sa bande autorisée.

La figure 1 montre le même circuit avec et sans accumulateur à membrane sous une charge d'impact cyclique.

Dimensionnement d'un accumulateur à membrane pour un cycle de service minier

Six nombres déterminent la sélection, et si l'un d'entre eux est erroné, cela signifie que l'unité tombe en panne prématurément ou ne fait tout simplement pas le travail.

1. Pression de travail minimale et maximale. Tout le reste découle de ces deux valeurs.
2. Pression de précharge. Commencez par une pression de service moyenne de près de 0,6 à 0,7 fois pour l'amortissement des pulsations, de 0,6 à 0,8 fois la pression de service minimale pour l'absorption des chocs et plus près de 0,9 fois la pression de service minimale pour le stockage d'énergie. Confirmez les données du fabricant avant de charger.
3. Rapport de pression. La pression de service maximale divisée par la pression de pré-gonflage définit la mesure dans laquelle le diaphragme fléchit ; rester en dessous d'environ 4:1 protège la durée de vie du diaphragme.
4. Volume et débit d'huile. Le volume de gaz doit être suffisamment important pour que le diaphragme ne soit pas poussé contre la coque à chaque cycle.
5. Température et fluide. Le NBR couvre la plupart des circuits d'huile minérale jusqu'à environ 80 °C, le HNBR et le FKM étendent la plage de température et l'EPDM convient aux fluides à base d'eau qui gonfleraient le NBR.
6. Accès au montage et au service. La vanne de gaz doit rester accessible pour les contrôles de précharge une fois la machine assemblée.

Là où les achats tournent mal

• Volume de gaz sous-dimensionné pour l'ondulation, donc rien n'est coupé et le tuyau tombe toujours en panne.
• Précharge réglée au toucher : une unité surchargée ne stocke presque pas d'huile, une unité sous-chargée fléchit excessivement et déchire le diaphragme.
• Élastomère choisi uniquement en fonction de la température, en ignorant la chimie des fluides et le comportement de perméation.
• Appareils à pression non certifiés, où une facture inférieure devient un problème d'assurance et de conformité.

Modes de défaillance et maintenance qui les évite

Les diaphragmes échouent rarement d'eux-mêmes. La rupture est généralement le dernier événement d'une chaîne qui a commencé par une erreur de précharge, un fluide contaminé ou un rapport de pression trop étendu. Trier ce qui est arrivé en premier commence par savoir que fait un accumulateur dans un circuit hydraulique .

Une routine préventive qui fonctionne

• Vérifiez la précharge toutes les 500 heures de fonctionnement ou tous les trimestres, selon la première éventualité.
• Si la précharge chute de plus de 10 % environ entre les contrôles, testez l'étanchéité du robinet de gaz au lieu de simplement faire l'appoint d'azote.
• Remplacez la membrane dès les premiers signes d'instabilité de pression, et non lors du prochain arrêt programmé.
• Maintenir la propreté du fluide à la norme ISO 4406 18/16/13 ou mieux. Les unités à membrane tolèrent mieux la contamination que les unités à piston, mais elles ne l'aiment toujours pas.

Kits de chargement, matériel de montage et ensemble complet

Un accumulateur à membrane est aussi bon que les accessoires qui l'entourent, et sur une machine minière, trois éléments déterminent si l'installation reste utilisable.

L'accumulateur lui-même est un récipient sous pression scellé avec un diaphragme serré et une vanne d'azote gazeux. Les unités de la gamme de 0,075 à 4 litres couvrent la plupart des tâches de disjoncteur, de flèche et de circuit pilote dans les domaines du forage, du concassage et de la manutention des matériaux.

Diaphragmee Accumulator Un accumulateur à membrane est un dispositif mécanique qui stocke et libère de l'énergie en utilisant la loi de Boyle (compressibilité des gaz). Sa structure centrale est un diaphragme fabriqué... Voir le produit →

La précharge n’est pas une tâche ponctuelle. Un kit de chargement avec la bonne forme de filetage permet aux équipes de maintenance de faire l'appoint d'azote sur la machine au lieu de retirer la cuve du circuit, ce qui fait la différence entre une vérification d'une demi-heure et un arrêt d'une demi-journée.

Kit de chargement CQJ Le kit de charge CQJ est un outil spécialisé pour charger, réapprovisionner, corriger et vérifier la pression de charge des accumulateurs des systèmes hydrauliques. Voir le produit →

Le matériel de montage compte plus qu’il n’y paraît. Un support et une pince qui maintiennent rigidement le récipient éloignent les vibrations de la vanne de gaz et du raccord du port pétrolier, où commencent une grande partie des fuites sur le terrain.

Support d'accumulateur Un support d'accumulateur est un dispositif mécanique utilisé pour fixer et supporter un accumulateur hydraulique. Voir le produit →

Vérifications d'approvisionnement avant l'envoi de la commande

Les accumulateurs sont des récipients sous pression, les documents font donc partie du produit. Cinq contrôles couvrent la majeure partie du risque.

1. Licence de fabrication. Recherchez une licence de fabrication d'appareils sous pression couvrant la qualité concernée, car les coques d'accumulateurs haute pression relèvent de cette portée dans la plupart des juridictions.
2. Certification du marché. Le marquage CE ou une déclaration équivalente est une exigence de base lorsque la machine est exportée.
3. Capacité de production. Confirmez la production en série pour la taille commandée, et non un assemblage unique. La production mesurée en dizaines de milliers d’unités par an indique un processus reproductible.
4. Dossiers de tests. Demandez les données des tests hydrostatiques et un certificat de précharge d'azote par lot, et non une fiche technique générique.
5. Traçabilité des matériaux et des élastomères. La métallurgie des pièces en contact avec le produit et le composé du diaphragme doivent être documentés, en particulier pour les climats froids ou les conditions corrosives.

Acheter directement auprès du fabricant raccourcit généralement la boucle technique ainsi que le prix. Les questions concernant la précharge, la sélection des élastomères ou les normes de filetage atteignent les personnes qui construisent l'unité au lieu de passer par une couche commerciale, et cela est important lorsqu'une machine est en panne.

Foire aux questions

De quelle taille d'accumulateur à membrane une machine minière a-t-elle besoin ?

La taille suit le travail. Pour l'amortissement des pulsations sur un circuit de disjoncteur, faites correspondre le volume de gaz à environ un quart du débit de la pompe par cycle, puis confirmez par rapport à l'ondulation que le circuit peut tolérer. Pour l'absorption des chocs, dimensionner sur le volume d'huile emprisonné lors de l'impact. Si le volume de gaz requis dépasse environ 4 litres, comparez avec une unité à vessie ou à piston avant de vous engager.

Un accumulateur à membrane peut-il être monté horizontalement ?

Oui. Les unités à membrane sont beaucoup moins sensibles à la position que les types à piston car il n'y a pas de poids coulissant ni de colonne d'huile appuyant sur un joint. Un montage horizontal ou incliné est normalement acceptable ; la contrainte pratique est de garder le robinet de gaz accessible.

Quelle précharge convient à un marteau hydraulique ?

La plupart des circuits de disjoncteurs se situent dans la plage de pression de service moyenne de 0,6 à 0,7 fois pour l'amortissement des pulsations, ajustée selon les recommandations du fabricant du disjoncteur. Réglez-le avec un kit de charge calibré, revérifiez après la première semaine, puis passez à l'intervalle de routine.

Comment puis-je savoir si le diaphragme est défectueux ?

Trois symptômes apparaissent en premier : de l'azote s'échappant par le port pétrolier et se manifestant sous forme de bulles dans le réservoir, une perte rapide de précharge entre les contrôles et une ondulation de pression revenant à son niveau d'avant installation. Chacun d’entre eux justifie le retrait de l’unité de la machine.

Pour les machines minières, l'accumulateur à membrane gagne sa place grâce à sa rapidité et sa simplicité : pas de joint coulissant, une réponse en millisecondes, une seule pièce d'usure et une pression nominale adaptée aux circuits hydrauliques mobiles. Choisissez-le en fonction du volume et de la fonction, réglez correctement la précharge, montez-le de manière rigide et vérifiez cette précharge selon un calendrier. Faites ces quatre choses et les tuyaux, les joints et la pompe dureront beaucoup plus longtemps.