Brevet FR2345648A1 — publié le 19771021

Un détendeur de gaz classique est forme par un boîtier divisé en une chapelle et en une chambre de détente par une membrane étanche soumise aux actions antagonistes dtun ressort se trouvant dans la chapelle et de la pression régnant dans la chambre. Celle-ci est pourvue d'un raccord d'entrée dans lequel se déplace un clapet relié à la membrane par un levier. -Le gaz arrivant à une pression d'entrée P est laminé entre le clapet et un embout Jusqu'S une pression de détente p. Le gaz ressort de la chambre par un raccord de sortie en un débit Q. La qualité d'un détendeur de gaz est reflétée par le rapport (p/dQ) de la variation de la pression de détente à la variation du débit de sortie dans la plage allant d'un débit négligeable jusqu'S une valeur donnée du débit, dite débit garanti. Dans l'idéal, pour une pression P d'entrée donnée, la pression p détendue doit rester constante, quel que soit le débit de sortie Q demandé. Or la régulation nécessaire à cet effet est obtenue de la manière suivante. Ouand Q augmente, p diminue. La membrane subit cette baisse de presssion. Elle s'abaisse, ce qui fait se déplacer le clapet par l'intermédiaire du levier.Il est donc impossible de maintenir la pression p de détente constante lorsque le débit Q varie, puisque c'est justement une variation de cette pression qui engendre le déplacement de la membrane et par conséquent le déplacement du clapet. L'invention se propose de remédier à cet inconvénient en obtenant un déplacement de la membrane non pas sous l'action de la variation de la pression p de détente, mais sous l'action du débit q qui constitue le paramètre perturbateur. En se reportant à la figure 1 qui illustre les caractéristiques d'une membrane par une famille de courbes représentatives de la pression de détente p en fonction de la force exercée par le ressort pour diverses positions de la membrane repérées par l'ordonnée y de la membrane par rapport à un plan horizontal initial (yin)) on voit qu'à l'instant initial on règle le ressort pour un débit Q =très faible de façon que la pression initiale pi corresponde à une valeur déterminée à l'avance. La force exercée sur la membrane est Fr. Ce réglage correspond au point A. quand le débit a augmenté jusqu'S Qg (débit garanti), le segment de droite AB représente le chemin fonctionnel de l'état de la membrane qui est maintenant au point B à l'ordonnée y 5 -4; pf est inférieure à pi.En réalité, la pression de détente obtenue sera p'f correspondant au point B' en raison de la diminution de la charge du ressort dont la longueur a augmenté. Suivant l'invention, on a songé à suivre non pas le chemin AB', mais le chemin AC. A cet effet, il convient d'exercer sur la membrane une force supplémentaire de même sens que celle du ressort et qui croît en fonction du débit p. On peut y parvenir d'une manière simple, sans circuit particulier d'asservissement, par un clapet, relié à la membrane par un levier, qui définit avec le raccord d'entrée dans lequel il se déplace un passage de dimensions telles que le laminage du gaz fait nattre une force déprimogène qui s'exerce sur le clapet et qui est transmise à la membrane par le levier. Cette force est d'intensité croissante en fonction du débit de sortie de gaz d'un débit négligeable ou égal à % environ jusqu'au voisinage du débit Qg. Ainsi, et contrairement aux conceptions classiques qui évidaient l'embouchure du raccord d'entrée avec les difficultés de fabrication par moulage qui en résultent, on limite et on ajuste la section du passage compris entre le clapet et le raccord d'entrée. Pour obtenir les meilleurs résultats, c'est-a- dire une courbe représentative de la pression de détente en fonction du débit de sortie, dans la plage allant d'un débit né- gligeable jusqu'au débit de sortie garanti, pratiquement parallèle à l'axe ou, qui, le cas échéant y présente un minimum, il convient de donner à ce passage une section droite progressivement variable.Mais même avec un passage de section droite constante, mais convenablement dimensionné, on peut obtenir une telle courbe représentative pratiquement parallèle à l'axe des abscisses dans sa partie médiane et d'extrémité, par exemple d'abscisses 9S Aux dessin annexés, donnés uniquement à titre d'exempte La figure 1 est une courbe illustrant l'invention; La figure 2 est un schéma , en coupe longitudinale d'un détendeur suivant l'invention; Les figures 3 et 4 sont des courbes représentatives comparant les performances de détendeurs suivant l'invention à celles d'un détendeur classique; et la figure 5 est une coupe suivant V-V de la figure 2. Le détendeur nour gaz propane représenté à la figure est formé d'un boîtier 1 constitué de deux demi-coquilles 2, 3 coinçant entre elles le pourtour d'une membrane 4 étanche qui définit, à l'intérieur du bottier 1, une chapelle 5 supérieure et une chambre 6 inférieure de détente. Un ressort 7 est appuyé par l'une de se extrémités sur le sommet 8 de la chapelle 5 et par l'autre sur une coupelle 9 solidaire de la membrane 4. La chambre 6 est pourvue d'un raccord 10 d'entrée du gaz comprimé et d'un raccord 11 de sortie du gaz détendu. A l'in térieur de la chambre 6 s'étend un levier 12 coudé qui est articulé : par l'une de ses extrémités à la queue d'une chape 13 solidaire par les ailes de la coupelle 9, par l'autre de ses extrémités 3 un axe 14 horizontal fixe au corps I, et par le coude à une tringle 15 qui est engagée dans le raccord 10 et qui porte à son extrémité un clapet 16 coopérant avec un siège 17. Tout dénlacement du clapet 16 provoque ainsi un déplacement de la membrane 4 et inversement. Le clapet 16 èt la paroi intérieure du raccord 10 définissent entre eux un passage 18. La dimension du passage est déterminée de la manière suivante soient - p , la pression de détente désirée constante, - S , la section du clapet 17, - s , la section h donner au passage 18, - k , le raprort du bras de levier qui donne la relation entre l'abaissement v de la membrane 4 et le déplacement x du clapet 17, - G , la force exercée par le phénomène déprimogène (dû au pas sage 17 de dimension correcte) sur la membrane 4, - Ro, la force exercée par le ressort 7 sur la membrane 4 en position haute (y = o) la #R(-1), la variation de la force exercée par le ressort 7 sur la membrane 4 quand celle-ci passe de la position y = o à y = -l la courbe représentative de la figure 1 donne le type et les pro priétés de la membrane utilisée. Elle montre que pour suivre le chemin AE, il faut que la force F appliquée sur la membrane soit F1 telle que F1 = [Ro #R(-1)] + G/k (I) d'où G or G = S = = P'1 - p1, étant la pression différentielle de part et d'autre du clapet. p ou p1 étant constant, on a p'1 oui est la pression en amont. Pour un fluide donne, les familles de courbes p' = f (x), pour divers O qui rendent compte de la détente par laminage, sont connues (pour des pressions d'alimentation, température et diamètre de raccord d'entrée données). On y lit le débit La formule du système déprimogène est q étant le débit, #p la pression différentielle, r la masse spécifique du fluide et A une constante. de (II), et 01 étant connu, on tire sl qui est la section à donner au passage en regard du clapet quand la membrane est à y = -1. De même, de yn on obtient xn, de F n on obtient G n et de là P'n, puis 0n et enfin 5n A la figure 3, la courbe I de variation de la Dression p de détente en fonction du débit de sortie illustre une régulation antérieure (trajet AB de la figure 1), la courbe II une régulation suivant l'invention (trajet AC' de la figure 1) dans laquelle la force obtenue du système déprimogène G est supérieure à celle qui est nécessaire au maintien de r à une valeur constante), et la courbe III une régulation suivant l'invention à passage 18 de section droite variable. A la figure 4, on a représenté une courbe A antérieure illustrant la variation de pression p de détente en fonction du débit de sortie. La courbe est très décroissante. La courbe B est obtenue avec un passage de section constante; de p à p environ, elle comprend un palier parallèle à l'axe des abscisses. La courbe C présente un minimum. Le détendeur muni d'un système déprimogène suivant l'invention (courbe B) permet de délivrer un débit garanti Qg2 plus grand que celui Og1 (courbe A) d'un détendeur classique de meme dimension. REVENDICATIONS 1. Détendeur de gaz formé par un boiter divisé en une chapelle et en une chambre de détente par une membrane étanche soumise aux actions antagonistes d'un ressort se trouvant dans la chapelle et de la pression régnant dans la chambre pourvue de raccords d'entrée et de sortie, caractérisé par un dispositif pour exercer sur la membrane une force de même sens que celle qu'exerce le ressort et d'intensité croissant en fonction du débit de gaz dans le raccord de sortie. 2. Détendeur de gaz formé par un bottier divisé en une chapelle et en une chambre de détente par une membrane étanche soumise aux actions antagonistes d'un ressort-se trouvant dans la chapelle et de la pression régnant dans la chambre, laquelle est pourvue, outre d'un raccord de sortie, d'un raccord d'entrée dans lequel se déplace un clapet relié b la membrane par un levier, caractérisé en ce que le clapet définit avec le raccord d'entrée un passage de dimensions telles qu'il s'exerce sur le clapet une force qui, transmise h la membrane par le levier, est de meme sens que celle du ressort et est d'intensité croissant en fonction du débit de gaz dans le raccord de sortie. 3. Détendeur de gaz suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le passage a une section progressivement varia ble 4. Détendeur de gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe représentative de la pression de détente en fonction du débit de sortie jusqu' un débit de sortie garanti comprend un palier parallèle à l'axe des abscisses, notamment dans sa partie médiane et d'extrémité allant jusqu'au débit garanti. 5. Détendeur de gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe représentative de la pression de détente en fonction du débit de sortie jusqu'd un débit de sortie garanti passe par un minimum.