Brevet FR2560340A1 — publié le 19850830

"REGULATEUR DE PRESSION DE GAZ ET INSTALLATION POUR MAINTENIR UNE PRESSION DE GAZ DANS UNE ENCEINTE" La présente invention est relative à un régulateur de pression de gaz. L'invention a pour but de fournir un régulateur fiable et robuste capable de réguler avec précision des pressions relativement faibles ou très faibles comprises par exemple dans la gamme de -100 à +100 millibars par rapport à la pression atmosphérique. A oet effet, l'invention a pour objet un régulateur de pression de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend - un piston de commande d'ouverture-fermeture interposé entre une entre d'alimentation et une sortie - des moyens sollicitant le piston dans un premier sens au moins lorsque le régulateur est en service - une chambre à pression destinée à solliciter le piston en sens opposé et munie d'un évent - un obturateur d'évent , et - des moyens d'actionnement de l'obturateur sensibles à la pression à réguler et adaptés pour déplacer l'obturateur dans un sens ou dans l'autre en fonction du sens de l'écart existant entre la pression à réguler et la pression de consigne. Dans un mode de réalisation insensible aux variations de la pression d'alimentation, lesdits moyens de sollicitation sont constitues par un ressort et le piston forme un tiroir commandant la communication entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie qui débouchent latéra- lement dans la cavité du piston. I1 est alors avantageux, pour diminuer les fuites de gaz au niveau de l'évent, que le régulateur incorpore un détendeur adapté pour délivrer dans la chambre à pression une pression de commande du piston très inférieure à la pression d'alimentation. De préférence, lesdits moyens d'actionnement comprennent un ressort sollicitant l'obturateur d'évent dans un sens, et un dispositif relié à oet obturateur et présentant deux surfaces opposées d'aires différentes soumises à la pression à réguler. ledit dispositif peut en particulier comprendre une membrane dont la partie mobile a une aire petite et une membrane dont la partie mobile a une aire plus grande, ces deux membranes étant fixées à l'obturateur d'évent, et une prise de pression située entre les deux membranes et destinée à être reliée au lieu d'utilisation du gaz. L'invention a également pour objet une installation pour maintenir une pression de gaz dans une enceinte. Dans un premier mode de réalisation, cette installation ccmprend : une source de gaz ; un régulateur tel que défini ci-dessous dont l'entrée d'alimentation est reliée à cette source ; une conduite reliant la sortie du régulateur à l'enceinte ; et une conduite reliant l'enceinte auxdits moyens d'actionnement. Dans un second mode de réalisation, l'installation ccxrprend une source de gaz ; un régulateur tel que défini ci-dessus dont l'entrée d'alimentation est reliée à cette source ; une conduite reliant la source à l'enceinte et munie d'une vanne à canarde pneumatique ; une conduite reliant la sortie du régulateur à 1 ' entrée de cannande de cette vanne et une conduite reliant l'enceinte auxdits moyens d'actionnement. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue scematique illustrant une application du régulateur suivant l'invention ; - les figures 2 et 3 représentent schématiquement en calte longitudinale deux modes de réalisation du régulateur suivant l'invention, et - la figure 4 est une vue analogue à la figure l illustrant une variante d'application du régulateur. Suivant l'exemple d'application illustré à la figure l, le régulateur 1 suivant l'invention est destiné à maintenir dans un réservoir 2, contenant par exemple un produit inflamnable 3 liquide ou pulvérulent, une surpression prédéterminée et faible, par exemple de l'ordre de 5 à 15 millibars, d'un gaz d'inertage tel que l'azote. L'azote est fourni à partir d'une source 4, qui est par exemple un cadre de bouteilles sous haute pression ou un évaporateur d'azote pourvu d'un détendeur délivrant l'azote à sa sortie dans une conduite 5 sous une moyenne pression de l'ordre de 10 à 20 bars. La conduite 5 aboutit à l'entrée principale 6 du régulateur 1, et une autre conduite 7 relie la sortie 8 de ce régulateur à la partie supérieure du réservoir 2. Une troisième conduite 9 relie le sommet du réservoir à un dispositif de pilotage contenu dans le régulateur 1 et dont la structure sera décrite plus loin. Suivant le mode de réalisation représenté à la figure 2, le régulateur 1, d'axe général X-X supposé vertical, comprend un boîtier inférieur 10 contenant un dispositif de commande d'alimentation, une plaque à évent intermédiaire 11 et un boîtier supérieur 12 contenant un dispositif de pilotage. Le boîtier 10 comporte sur un té un alésage borgne 13 qui s'étend juqu'à l'axe X-X. Dans oet alésage est fixée une douille 14, laquelle délimite avec l'alésage une cavité à gradin. Plus précisément, un orifice perce dans le fond de la douille 14 constitue l'entrée principale 6 du régulateur et débouche dans une chambre 15 de petit diamètre défini par la douille, tandis qu'une chambre 16 de grand diamètre est définie entre l'extrémité intérieure ouverte de la douille 14 et le fond de l'alésage 13. La douille 14 est pourvue d'une gorge circulaire extérieure 17 située en regard de la chantre 15 et cc'm'uniquant avec celle-ci par une série d'orifices radiaux 18. Un conduit vertical du boîtier 10 fait communiquer la gorge 17 avec l'extérieur et constitue la sortie 8 du régulateur. La communication entre l'entrée 6 et la sortie 8 est commandée par un double piston 19. Ce dernier cagrend un petit piston qui coulisse à joint étanche dans la chambre 15, un grand piston 21 qui coulisse à joint étanche dans la chambre 16, et une entretoise centrale 22 qui relie ces deux pistons. Un conduit axial 23 traverse le double piston 19 sur toute sa longueur et comporte un étranglement calibré 24. La plaque intermédiaire 11 est plane et comporte une saillie axiale 25 extérieuremement filetée et dirigée vers le haut. Un conduit central 26 pourvu d'un étranglement calibré 27 traverse la saillie 25 et ccanunique avec la chare 16 par l'intermédiaire d'un conduit 28 d'axe X-X prévu dans le boîtier 10. Le boîtier 12, fixé sur la plaque 11, est constitué de trois éléments annulaires superposés. Entre l'élément inférieur et l'élément intermédiaire est fixée la périphérie d'une première arrsnbrane 29. Cette membrane comprend sur presque toute son étendue une plaque annulaire rigide 30, laquelle est reliée à un mince anneau périphérique rigide 31 par une liaison souple roulante 32 adjacente à la paroi interne du boîtier 12. Entre l'élément intermédiaire et l'élément supérieur du boîtier 12 est fixée la périphérie d'une deuxième membrane 33. Cette membrane comprend sur presque toute son étendue une plaque annulaire rigide 34, laquelle est reliée à un mince anneau intérieur rigide 35 par une liaison souple roulante 36. Les parties rigides 30, 31, 34 et 35 des deux membranes sont constituées d'une tôle annulaire de forme appropriée enrchée dans un élastomètre constituant les liaisons 32 et 36. Une tige 37 d'axe X-X traverse les deux membranes 29 et 33, est fixée à la périphérie intérieure de la plaque 30 et de l'anneau 35 et porte à son extrémité inférieure une plaquette circulaire 38 pourvue d'un joint d'étanchéité central 39. Un ressort hélicoldal 40 est canprimé entre la plaquette 38 et une molette 41 vissée sur la saillie 25 de la plaque 11. La position de cette molette peut être réglée à travers une fenêtre latérale 42 du boîtier 12. L'élément supérieur du boîtier 12 comporte un fond pourvu d'un orifice axial dans lequel est fixé un bouchon 43. L'extrémité supérieure de la tige 37 pénètre dans un alésage central borgne 44 de ce boulon, ce qui limite son déplacement vers le haut sous l'effet du ressort 40. L'élément intermédiaire du boîtier 12 présente un orifice latéral 45 auquel se raccorde la conduite 9 de la figure 1 ; de plus, l'élément supérieur du même boîtier caorte un évent 45A, de sorte que les deux membranes 29 et 33 sont soumises sur leur face extérieure à la pression atmosphérique. Le fonctioenement du régulateur 1 est le suivant. Au départ, sous l'action du ressort 40, la tige 37 est en position haute, ce qui libère le conduit 26. lorsqu'on introduit de l'azote sous moyenne pression par l'entrée , ce gaz pénètre par le conduit 23 dans la cabre 16 et s'en échappe par les conduits 28 et 26 et la fenêtre 42. Par suite, malgré la différence de section des pistons 20 et 21, le double piston 19 se déplace vers la droite, ce qui met en camunication la sortie 8 avec l'entrée 6, et le réservoir 2 est alimenté en azote. La pression du réservoir 2 règne entre les membranes 29 et 33 du fait de la communication assurée par la conduite 9 et l'orifice 45. Comme conséquence de la grande différence des aires des parties mobiles 30 et 35 des deux membranes 29 et 33, cette pression exerce sur l'équipage mobile 30-35-37 une force résultante descendante qui lui est proportionnelle. En réglant convenablement la molette 41, il est donc facile de faire en sorte que cette force équilibre la force ascendante du ressort 40 augmentée de celle créée par le jet d'azote sortant du conduit 26, lorsque la pression de consigne est atteinte dans le réservoir 2. Ainsi, dès que la pression de consigne est dépassée, la tige 37 descend, et le joint 39 obture le conduit 26. La pression monte alors dans la charrre 16, ce qui provoque le déplacement vers la gauche du double piston 19 et l'isolement de la sortie 8 par rapport à l'entrée 6. L'alimentation en azote du réservoir est donc interrcompue. En pratique, canne la pression qui se développe dans la chambre 16 est relativement élevée lorsque la tige 37 descend, le joint 39 ne vient pas obturer complètement le conduit 26, nais on aboutit à une position d'équilibre de l'équipage mobile dans laquelle se produit une légère fuite d'azote à travers ce conduit. Si, du fait de fuites, d'un balayage gazeux ou d'une vidange du réservoir 2, la pression d'azote dans ce dernier redescend au-dessous de la pression de consigne, le ressort 40 redevient prépondérant, la tige 37 se soulève, le gaz contenu dans la chambre 16 s'échappe par le conduit 26, le double piston 19 se déplace vers la droite, et l'alimentation du réservoir en azote reprend. En fait, comme la force ascendante exercée sur la tige 37 dépend de la pression d'alimentation, la pression de consigne ainsi régulée peut varier légèrement an cours du temps si le détendeur de la source 4 ne délivre pas une moyenne pression rigoureusement constante. Cependant, la précision de la régulation est suffisante pour de nombreuses applications industrielles, notaM"ent celle, illustrée à la figure 1, de l'inertage de réservoirs de grandes dimensions. Si l'on veut supprimer la fuite pei-nanante d'azote par le conduit 26 sans recourir à des membranes de diamètre excessif, on peut utiliser le régulateur 1 représenté à la figure 3. On y retrouve un boîtier inférieur 10 contenant un piston de commande 19, une plaque intermédiaire 11 présentant une saillie 25 pourvue d'un conduit axial 26 et d'un étranglement 27, et un boîtier supérieur 12 en trois éléments qui contient un équipage mobile comprenant une tige 37 et deux membranes 29 et 33 entre lesquelles la conduite 9 débouche par un orifice 45.On décrira ci-dessous les différences existant entre ce mode de réalisation et celui de la figure 2. Le boîtier inférieur 10 présente deux alésages borgnes verticaux 46, 47 ménages à partir de sa face inférieure. Le piston 19 coulisse dans l'alésage 46, tandis qu'un piston détendeur 48 coulisse dans l'alésage 47. Chaque alésage est obture par un bouchon vissé 49, et un ressort hélicoidal 50 est disposé entre chaque piston et le bouchon associé. Chaque alésage 46, 47 porte @e trois gorges circulaires superposées dans chacune desquelles est disposé un joint d'étanchéité torique. Ces joints sont référencés 51 à 53 de bas en haut. Chaque piston, qui fonctionne calme un tiroir de distributeur, présente une gorge circulaire 54 ; le piston 48 cloporte en outre un perçage diamétral 55 débouchant dans sa gorge 54, et un perçage axial 56 qui fait c nnuniquer le perçage 55 avec l'espace situé audessus du piston. Le boîtier 10 coeoote un perçage d'entrée 6 en T qui part de sa face inférieure et débouché radialement entre les joints 52 et 53 de chaque alésage 46, 47, et un perçage de sortie 8 qui part radialement de l'alésage 46, entre les joints 51 et 52. De plus, un conduit vertical 57 relie le fond de chaque alésage à la face supérieure du boîtier 10, et dans cette dernière est ménagée une rainure 58 reliant ces deux conduits. Ainsi, quand la plaque 11 est fixée sur le boîtier 10, le conduit 26 ccmnmique avec la rainure 58 et, de là, avec les deux alésages 46 et 47. Le conduit 57 associé à l'alésage 47 ccOprte un étranglement calibre 59. Par ailleurs, le bouchon 43 de la figure 1 est rez lacé par une cage réglable 60 constituée de deux coupelles visses l'une dans l'autre, à savoir une coupelle inférieure 61 ouverte vers le haut et une coupelle inversée 62. La coupelle 61 est vissée dans l'orifice central de la paroi supérieure du boîtier 12 et présente un évent 63 ; la tige 37 traverse librement un trou prévu dans le fond de la coupelle 61 et porte la plaquette d'appui 38 à son extrémité supérieure. Le ressort 40 est interposé entre cette plaquette et le fond de la coupelle 61, et un autre ressort 64 est interposé entre la merne plaquette et le fond de la coupelle 62. Pour décrire le fonctionnement de cet appareil, on supposera tout d'abord que les deux coupelles 61 et 62 sont partiellement dévissées, cane représente, de sorte que le ressort supérieur 64 est libre et que le ressort inférieur 40 maintient la tige 37 en position haute, carme représenté. Au départ, sous l'effet de leurs ressorts 50, les deux pistons 19 et 48 sont en position haute, de sorte que l'entrée 6 communique avec les perçages 55 et 56 et avec la sortie 8 par 1' intermédiaire des deux gorges 54. Lorsqu'on envoie de l'azote sous moyenne pression dans l'entrée 8, ce gaz alimente donc le réservoir 2, et d'autre part, passe par l'étranglement 57 et le conduit 26 et s'échappe par la fenêtre 42 du boîtier supérieur 12. Lorsque la pression régnant dans le réservoir 2 dépasse la pression de consigne, l'équipage mobile 30-35-37 descend à l'encontre du ressort 40 et vient abturer le conduit 26. La pression s'élève alors dans la partie supérieure des deux alésages jusqu'à faire descendre les deux pistons à l'encontre des ressorts 50 jusque dans leur position basse représentée. L'alimentation du réservoir est donc interroeue. Lorsque la pression du réservoir redescend au-dessous de la pression de consigne, la tige 37 se soulève et le piston 19 puis le piston 48 remontent. Ainsi, l'alimentation du réservoir est régulée autour de la valeur de consigne. On remarque que le piston 48 joue le rôle d'un détendeur incorporé à l'appareil et permet d'actionner le piston 19 avec une pression indépendante de la pression régnant à l'entrée 6. De plus, carme les ressorts 50 peuvent être réglés sur une pression faible, par exemple de l'ordre de 200 millibars, on obtient ici une obturation complète du conduit 26, et la perte d'azote devient négligeable. Ce mode de réalisation assure donc une régulation en tout ou rien très précise et très stable dans le temps. Si l'on désire réguler une dépression, il suffit de visser la coupelle 61 puis la coupelle 62, ce qui libère le ressort 40 et met en action le ressort 64. Dans ce mode de fonctionnement, le réservoir 2 est équipé d'une palpe destinée à le maintenir en dépression, et on alimente ce réservoir avec le gaz désiré, par exemple de l'azote, disponible carme précédemment sous moyenne pression. Dans oe cas, le fonctionnement de l'appareil est identique à celui décrit plus haut, à ceci près que la tige 37 est en permanence sollicitée vers le bas et ne se soulève, en rétablissant l'alimentation du réservoir, que lorsque la pression régnant entre les deux membranes 29 et 33 est inférieure à la pression de consigne.Ceci correspond par exemple au maintien d'une faible dépression dans une boite à gants utilisée pour la manipulation de produits radioactifs. Bien entendu, la cage 60 est cappatible également avec le mode de réalisation du régulateur représenté à la figure 2. Chacun des deux appareils décrits ci-dessus est très fiable, en particulier du fait que l'équipage mobile 30-35-37 est carmandé par la pression statique réelle du réservoir 2 ; il exclut tout risque de surpression accidentelle et ne pollue pas le gaz qui le traverse. Ces appareils sont robustes, entièrement pneumatiques et peuvent être réalises entièrement en matière plastique (à l'exception des ressorts, qui sont en acier) ou en une autre matière compatible avec n'importe quel gaz et en particulier insensible aux solvants, ce qui permet d'envisager une large gamme d'applications : pressurisation de réservoirs dans les industries chimiques, alimentaires ou pétrolières ; pressurisation de réservoirs mobiles (citernes de produits chimiques, carburant, ciment, charbon pulvérise, céréales, etc.) montés sur des camions ou des bateaux; pressurisation de moteurs ou d'annoires électriques ; alimentation en gaz de fours ; alimentation en gaz de boîtes à gant, en surpression ou en dépression. Ces appareils peuvent, sous en encombrement faible, laisser passer des débits gazeux relativement importants, de l'ordre de quelques m3/h à quelques dizaines de m3/h. Si toutefois il est nécessaire de travailler avec des débits supérieurs à la capacité de l'appareil, on peut utiliser le schéma de montage de la figure 4 : la source 4 alimente d'une part l'entrée 6 et d'autre part la conduite 7, laquelle est équipée d'une vanne 65 à commande pneumatique. Dans ce cas, la sortie 8 du régulateur l est reliée à l'entrée de camarde de la vanne 65, de façan à ouvrir celle-ci dès que la pression régnant dans le réservoir 2 tombe au-dessous de la valeur de consigne. De façon générale, le régulateur suivant l'invention est approprié pour réguler des pressions relatives allant de -100 à +100 millibars autour de la pression atmosphérique, avec une précision de l'ordre de quelques millibars dans le cas de la figure 2 et de l'ordre du dixième de millibar ou de quelques dixièmes de millibars dans le cas de la figure 3. REVENDICATIONS 1. - Régulateur de pression de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend - un piston (19) de commande d'ouverture-fermeture interposé entre une entre d'alimentation (6) et une sortie (8) - des moyens (6 ; 50) sollicitant le piston dans un premier sens au moins lorsque le régulateur (1) est en service ; - une chambre à pression (16, 46) destinée à solliciter le piston en sens opposé et munie d'un évent (26, 27) - un obturateur d'évent (37) ; et - des moyens d'actionnement de l'obturateur (29, 33, 40 ; 29, 33, 40, 64) sensibles à la pression à regeler et adaptés pour déplacer l'obturateur (37) dans un sens ou dans l'autre en fonction du sens de l'écart existant entre la pression à réguler et la pression de consigne. 2. - Régulateur suivant la revendication l, caractérisé en ce que le piston (19) est un double piston comportant un premier piston (20) soumis à la pression d'alimentation et un deuxième piston (21) délimitant la chambre à pression (16). 3. - Régulateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier piston (2û) a une section plus petite que le deuxième piston (21), et en c2 que l'entrée (6) et la charrbre d pression (16) communiquent par l'intermédiaire d'un conduit (23) pourvu d'un étranglement calibré (24). 4. - Régulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de sollicitation sont constitués par un ressort (50) et en ce que le piston (19) forme un tiroir commandant la communication entre un conduit d'entrée (6) et un conduit de sortie (8) qui débouchent latéralement dans la cavité (46) du piston. 5. - Régulateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il incorpore un détendeur (48, 50) adapté pour délivrer dans la chambre à pression (46) une pression de commande du piston (19) très inférieure à la pression d'alimentation. 6. - Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement (29, 33, 40 ; 29, 33, 40, 64) comprennent un ressort (40 ; 40, 64) sollicitant l'obturateur d'évent (37) dans un sens, et un dispositif (29, 33) relié à cet obturateur et présentant deux surfaces opposées (30, 35) d'aires différentes soumises à la pression à réguler. 7. - Régulateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une membrane (29) dont la partie itv:tile (30) a une aire petite et une membrane (33) dont la partie mobile (35) a une aire plus grande, ces deux membranes étant fixées à l'obturateur d'évent (37), et une prise de pression (45) située entre les deux membranes et destinée à être reliée au lieu d'utilisation du gaz. 8. - Régulateur suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent deux ressorts (40, 64) pouvant être mis sélectivement en action et adaptés pour solliciter chacun l'obturateur d'évent (37) dans un sens respectif. 9. - Installation pour maintenir une pression de gaz dans une enceinte (2), caractérisée en ce qu'elle comprend - une source de gaz (4) - un régulateur (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'entrée d'alimentation (6) est reliée à cette source - une conduite (7) reliant la sortie (8) du régulateur à l'enceinte (2) et - une conduite (9) reliant l'enceinte auxdits moyens d'actionnement (29, 33, 40 ; 29, 33, 40, 64). 10. - Installation pour maintenir une pression de gaz dans une enceinte (2), caractérisée en ce qu'elle comprend - une source de gaz (4) ; - un régulateur (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'entrée d'alimentation (6) est reliée à cette source ; - une conduite (7) reliant la source à l'enceinte (2) et munie d'une vanne (65) à commande pneumatique - une conduite reliant la sortie (8) du régulateur (1) à l'entrée de commande de cette vanne (65) ; et - une conduite (9) reliant l'enceinte auxdits moyens d'actionnement (29, 33, 40 ; 29, 33, 40, 64).