Brevet FR2451597A1 — publié le 19801010

La présente invention est relative à un régulateur pilote à circulation intermittente destiné à fournir une pression de commande à un régulateur principal traversé par un fluide gazeux, par exemple pour assurer la régulation de la pression aval ou amont sur des conduites de gaz industriels;; On connait déjà de tels régulateurs-pilote dits à circulation intermittente, ctest-à-dire ne fonctionnant que lorsqu'un changement de régime nécessite un déplacement du clapet du régulateur de pression principal appelé par la suite récepteur, et donc la fourniture à ce récepteur d'une nouvelle pression de commande ou pression pilote, cette pression pilote servant à commander le servo-moteur du récepteur branché sur la conduite parcourue par le fluide gazeux à contrler. Un régulateur de ce genre est par exemple décrit dans le brevet français nO 1.393.434 : il il comporte essentiellement une membrane principale ou membrane de mesure soumise sur une face à la pression atmosphérique et à l'action d'un ressort de tarage fixant le point de consigne, et soumise sur son autre face à la pression de mesure prélevée sur la conduite de fluide à contrtler, par exemple la pression en aval du régulateur.Ce régulateur pilote est généralement alimenté, sous une pression déterminée, par le fluide à contrôler prélevé en amont du régulateur et après passage dans un filtre et un prédétenteur. I1 comporte, en outre, une chambre fournissant la pression pilote et deux clapets, l'un d'admission, l'autre d'échappement, ces clapets étant normalement fermés en régime établi et commandés respectivement à l'ouverture suivant le sens de déplacement de la membrane de mesure sous l'influence des variations de la pression à contrler, de telle sorte que - le clapet d'admission s'ouvre pour augmenter la pression pilote dans ladite chambre si une augmentation de cette pression pilote est nécessaire en reliant cette chambre à la pression d'alimentation plus élevée - le clapet d'échappement s'ouvre pour diminuer la pression pilote dans ladite chambre si une diminution de cette pression pilote est nécessaire, en reliant cette chambre à une pression inférieure, par exemple la pression atmosphéri que ou la pression aval. En principe, si on veut qu'il n'y ait aucun débit entre le pilote et le récepteur quand le système est- stable, ces deux clapets d'admission et d'échappement ne doivent pas s'ouvrir simultanément, et il est prévu à cet effet un certain jeu de fonctionnement sur l'accouplement mécanique des deux clapets commandés par la membrane de mesure. Pratiquement, cependant, le jeu fonctionnel est difficile à réaliser au montage et ce jeu, initialement déterminé, ne reste pas toujours constant, notamment en raison des variations de dimensions des joints, ce qui entraine des déréglages de l'appareil. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et elle a pour objet un régulateur pilote dont la structure des clapets est modifiée pour que le jeu fonctionnement précédemment rappelé soit obtenu sans réglage et conserve une valeur sensiblement nulle, même après un fonctionnement prolongé. Le régulateur pilote, suivant l'invention, comporte - un dispositif sensible à une pression différentielle comprenant deux encein tes respectivement soumises à l'action d'une pression de mesure du fluide à réguler et à l'action d'une pression de consigne, - une chambre fournissant la pression de commande du régulateur principal, - un clapet d'échappement normalement fermé et commandé à l'ouverture par ledit dispositif pour diminuer la pression de commande en reliant ladite chambre à une pression inférieure, - un clapet d'admission normalement fermé et commandé à l'ouverture par ledit dispositif pour augmenter la pression de commande en reliant ladite chambre à une pression d'alimentation plus élevée, ledit régulateur pilote étant caractérisé en ce que le clapet d'admission constitue le siège du clapet d'échappement. Grace à cette disposition, on est donc assuré de la constante de la distance séparant, en régime établi, le clapet d'échappement du clapet d'admission, et ceci, quelle que soit la valeur de la pression de commande qui peut varier en fonction des conditions d'utilisation. On obtient ainsi une bien meilleure précision que celle fournie par les appareils de la technique antérieure. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un régulateur pilote conforme à l'in vention. Sur cedessin ce dessin - la fig. 1 est un schéma synoptique rappelant le branchement d'un régulateur pilote dans une installation de régulation de type connu - la fig. 2 montre une coupe axiale d'un régulateur pilote suivant l'invention représenté avec ses clapets en position de fermeture - les fig. 3 et 4 sont des vues partielles représentant respectivement à plus grande échelle le clapet d'échappement et le clapet d'admission en position d'ouverture - la fig. 5 représente un autre exemple de réalisation des deux clapets. Sur la fig. 1 on voit une conduite de gaz 10 sur laquelle est branché un régulateur de pression 11, du type à servo-moteur pneumatique 12 à membrane 13, et destiné par exemple à réguler la pression aval du gaz s'écoulant suivant le sens de la flèche F dans la conduite 10. Le clapet 14 du régulateur 11 est solidaire de la membrane 13 dont la position est commandée, de façon connue, en fonction des forces opposées qui agissent respectivement sur ses faces - d'une part, l'action d'un ressort 15 tendant à fermer le clapet 14 et de la pression aval à contrôler qui agit sur sa face inférieure - d'autre part, la pression de commande ou pression pilote, reçue d'un régula teur pilote 16 par une canalisation 17 et agissant sur sa face supérieure. Le régulateur pilote 16, désigné simplement par "pilote" dans la description qui suit, est alimenté par exemple à partir de la pression prélevée sur la conduite 10 en amont du régulateur 11 au moyen d'une canalisation 20 sur laquelle sont intercalés un filtre 18 et un prédétendeur 19. Il reçoit aussi la pression à contrôler prélevée en aval du régulateur Il par une canalisation 21. La fig. 2 montre plus en détail la structure du pilote 16. Celui-ci comporte essentiellement un corps cylindrique 22, une pièce annulaire intermédiaire 23 et un capot cylindrique 24, ces éléments étant assemblés au moyen de boulons (non représentés). Entre les éléments 22 et 23 est montée la membrane de mesure 25 d'un dispositif sensible à une pression différentielle : sur sa face supérieure agit par l'intermédiaire d'un plateau 26 un ressort de tarage 27 logé dans l'enceinte 28 formée par le capot 24 ; la force exercée par ce ressort sur la membrane 25 est réglable au moyen d'une vis de tarage 29 montée axialement dans le capot 24 et manoeuvrable de 11 extérieur. Ltenceinte 28 est mise à la pression atmosphérique par une ouverture 30 pratiquée dans le capot 24, de sorte que la force exercée par le ressort 27 et la pression atmosphérique agissant sur la membrane 25 constituent une pression de consigne régnant dans l'es- pace 28. La membrane 25 est rendue solidaire, sur sa face inférieure, dtun équipage mobile comportant un plateau 31 contre lequel est poussé par un ressort 32A, (ou est simplement attaché) un élément tubulaire 32 ouvert à ses deux extrémités et constituant le clapet d'échappement du pilote. Le corps cylindrique 22 présente un alésage central dans lequel sont montés les deux clapets, respectivement d'admission et d'échappement du pilote, conformément à l'invention de la façon suivante : le clapet 32 coulisse sans jeu à l'intérieur d'un alésage réalisé dans un guide cylindrique 33 délimitant avec le corps 22 et la membrane 25, une chambre 34 à la pression à contraler. La chambre 34 est raccordée par un orifice 35 à la canalisation 21 (fig. 1) amenant la pression à contrtler au dessous de la membrane. Sous le guide 33 se trouve une autre chambre 44 dans laquelle règne la pression de commande ; cette chambre 44 est reliée à la chambre supérieure du servo-moteur 12 par un orifice 36, constituant la sortie du pilote, et la canalisation 17 (fig. 1). Le clapet 32 traverse ensuite librement une pièce cylindrique 37 formant le siège du clapet d'admission 38 et repose normalement en régime établi sur ce clapet 38 qui constitue son siège. Le clapet d'admission 38 est réalisé dans l'exemple représenté, sous forme d'un élément sphérique, telle qu'une bille, normalement maintenu sur son siège 37 par un ressort 39 disposé dans un logement d'une pièce support de siè ge 40, par exemple vissée dans l'alésage central du corps 22 de manière à pouvoir ajuster la position du siège 37 par rapport à la position moyenne de la membrane 25. Dans ce logement débouche par un orifice 41 la canalisation 20 (fig. 1) amenant au pilote la pression d'alimentation fournie par le prédétendeur 19. Le clapet 38 repose sur son siège éventuellement par l'intermédiaire d'un joint 38A. De préférence, le clapet d'échappement 32 repose directement sur la bille 38 constituant son siège sans interposition de joint, quoique l'interposition d'un joint soit aussi possible. Le fonctionnement de ce pilote est le suivant : on désignera par pl la pression d'alimentation du pilote, p2 la pression de commande fournie par le pilote au régulateur 11, et p3 la pression de mesure aval à contrôler. En régime établi, la pression p3 est constante et le débit de gaz à travers le pilote est nul. Les clapets d'admission 38 et d'échappement 32 sont fermés. Si maintenant la pression aval p3 augmente, cette augmentation de pression est transmise par la canalisation 21 à la chambre 34 sous la membrane 25 du pilote, provoquant un soulèvement de la membrane à l'encontre de la pression de consigne existant sur sa face supérieure. La membrane 25 entraine à son tour la levée du clapet d'échappement 32 de son siège 38, comme représenté partiellement fig. 3, la bille 38 restant, elle, appliquée sur son siège par ltef- fet du ressort 39 et de la pression pl.La levée du clapet 32 permet la mise en communication de la chambre 44 à la pression p2 avec la chambre 34 à la pression p3, le gaz passant d'abord extérieurement autour de la partie inférieure du tube 32, puis entrant à l'extrémité inférieure dans le tube pour déboucher à l'extrémité supérieure dans la chambre 34. I1 en résulte une diminution de la pression de consigne p2 qui s'exerce au dessus de la membrane 13 du servo-moteur 12, entraînant une remontée du clapet 14 sous l'effet du ressort 15 tendant à diminuer la pression aval p3, jusqu'à ce que celle-ci redevienne égale à la pression de consigne. A ce moment, la membrane 25 du pilote 16 est ramenée à sa position d'équilibre avec le clapet d'échappement 32 en position de fermeture sur son siège 38, et le clapet d'admission 38 toujours en position de fermeture sur son siège 37. Si, au contraire, la pression aval p3 diminue, cette diminution de pression transmise par la canalisation 21 à la chambre 34 provoque un abaissement de la membrane 25 sous l'effet de la pression de consigne agissant sur sa face supérieure. Cet abaissement provoque alors la descente du clapet 32 qui éloigne la bille 38 de son siège 37 comme représenté partiellement fig. 4, celle-ci continuant cependant à maintenir l'obturation du tube 32. I1 s'ensuit une mise en communication de la canalisation 20 à la pression pl avec la chambre 44 fournissant la pression de commande p2 au servo-moteur 12. La pression pl ne peut s'exercer directement dans la chambre 34 sous la membrane 25 du fait que le passage existant entre le tube 32 et le guide 33 est extremement faible. Une pression de commande p2 plus élevée agit alors au dessus de la membrane 13 du servo-moteur 12, entrainant un abaissement du clapet 14 du régulateur 11 contre l'effet du ressort 15 et tendant à augmenter la pression aval p3, jusqu'à ce que celle-ci redevienne égale à la pression de consigne. A ce moment, la membrane 25 du pilote 16 est ramenée en position d'équilibre avec le clapet d'admission 38 en position de fermeture sur son siège 37. I1 est à noter que cette position d'équilibre est toujours la meme quelle que soit la valeur de la pression de commande p2 qui peut varier en fonction des conditions d'utilisation. Cette caractéristique permet d'obtenir une meilleure précision. Pour éviter un pompage de la régulation, il peut être prévu accessoirement une liaison comportant une restriction réglable entre la chambre 44 à la pression de commande p2 et la chambre 34 à la pression aval p3, cette restriction étant par exemple réalisée au moyen d'une vis pointeau 42 obturant plus ou moins l'entrée d'un petit canal 43 percé dans le corps 22 entre ces deux chambres. Le réglage des clapets d'un tel pilote est facilement réalisé de la manière suivante - au départ, le pilote est seulement relié à la pression d'alimentation par l'o rifice 41 ; la sortie 35 est mise à la pression atmosphérique, de sorte que le disque 31 bute contre le corps 22 sous l'effet du ressort 27 et impose au clapet 32 sa course maximale d'ouverture ; la sortie 36 est branchée sur un détecteur de débit tel qu'une bulle de savon ; le robinet pointeau 42 est fermé ; le support 40, solidaire du siège 37 est dévissé par exemple de 5 arn. Dans ces conditions, le clapet d'admission est fermé, la bille 38 appuyant sur son siège, tandis que le clapet d'échappement 32 est ouvert. On revisse alors lentement le support 40 faisant remonter le siège 37. Quand des bulles de gaz apparaissent à la sortie 36, la bille 38 est au contact avec le tube 32 et commence à quitter son siège, puisque le gaz d'alimentation sort en 36. Cette position est repérée avec exactitude. On visse ensuite, à partir de cette position5 le support 40 de 1/2 ou 3/4 tour. Si le pas de vis est par exemple de 1 mm, ce réglage permet de définir une course maximale d'ouverture du clapet d'échappement 32 de 0,5 à 0,75 mm, correspondant au débit maximal du pilote. On peut remarquer que ce pilote présente encore l'avantage de ne pas exiger de tolérances rigoureuses sur la longueur du tube formant le cla pet d'échappement. II est entendu que l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir de son domaine. Ainsi le clapet d'admission constituant le siège du clapet d'échappement n'est pas obligatoirement de forme sphérique, mais peut prendre une autre forme de révolution, par exemple simplement conique, ou tronc conique avec le clapet d'échappement s'appliquant sur une portée plane, ou d'autres formes de révolution plus complexes. En particulier, le clapet d'admission peut présenter en outre, une saillie ou protubérance d'allure conique pénétrant à l'intérieur du clapet d'échappement tubulaire et servant à moduler le débit de fluide passant dans ce clapet en fonction de son ouverture. Un tel mode de réalisation est représente à la fig. 5 où les clapets sont en position de fermeture. le clapet d'admission 138 présente, dans cet exemple : une première partie tronconique 138A qui porte sur son siège 37, éventuellement par l'intermédiaire d'un joint une seconde partie cylindrique 138B se terminant par une partie plane en forme de couronne 138C sur laquelle vient s'appliquer, éventuellement aussi par l'intermédiaire d'un joint, le clapet d'échappement tubulaire 32 ; et une troisième partie conique 138D plus effilée qui pénètre à l'intérieur du clapet 32. Une saillie conique pourrait aussi etre disposée sur un clapet d'admission sphérique. Le clapet d'échappement n'est pas nécessairement de section rigoureusement constante sur toute sa longueur, mais uniquement dans sa partie supérieure coulissant dans le guide 33 où l'étanchéité doit être assurée. REVENDICATIONS 1 - Régulateur pilote destiné à fournir une pression de commande à un régula teur principal traversé par un fluide gazeux et comportant - un dispositif sensible à une pression différentielle comprenant deux en ceintes respectivement soumises à l'action d'une pression de mesure du fluide à réguler et à l'action d'une pression de consigne, - une chambre fournissant la pression de commande du régulateur principal, - un clapet d'échappement normalement fermé et commandé à l'ouverture par ledit dispositif pour diminuer la pression de commande en reliant ladite chambre à une pression inférieure, - un clapet d'admission normalement fermé et commandé à nié 'l'ouverture par le- dit dispositif pour augmenter la pression de commande en reliant ladite chambre à une pression d'alimentation plus élevée, ledit régulateur pilote étant caractérisé en ce que le clapet d'admission constitue le siège du clapet d'échappement. 2 - Régulateur pilote suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cla pet d'échappement est constitué par un élément de forme généralement tubu laire ouvert à ses extrémités. 3 - Régulateur pilote suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le clapet d'admission est constitué par un élément de révolution. 4 - Régulateur pilote suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément est de forme sphérique. 5.- Régulateur pilote suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément est de forme généralement conique. 6 - Régulateur pilote suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément présente une partie plane constituant le siège du clapet d'échappe ment. 7 - Régulateur pilote suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet d'admission présente une saillie de forme conique péné trant à l'intérieur du clapet d'échappement. 8 - Régulateur pilote suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un guide, monté entre l'enceinte à la pression de me sure et la chambre à la pression de commande et présentant un alésage cen tral dans lequel le clapet d'échappement peut coulisser pratiquement sans jeu et de façon sensiblement étanche. s - Régulateur pilote suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les clapets d'admission et d'échappement sont, en position de fer meture, en contact direct sans interposition de joint. 10 - Régulateur pilote suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les clapets d'admission et d'échappement sont, en position de fermeture, en contact par l'intermédiaire d'un joint.