Brevet FR2764090A1 — publié le 19981204

REGULATEUR DE PRESSION SANS ENERGIE AUXILIAIRE L'invention concerne un régulateur de pression sans énergie auxiliaire qui est constitué d'un élément de régulation auquel est relié au moins un entraînement à membrane, l'élément de régulation comportant un siège et un organe d'étranglement agissant conjointement avec ce dernier, l'organe d'étranglement étant mobile par rapport au siège au moyen d'une tige d'actionnement reliée à l'entraînement à membrane pour l'exécution d'un mouvement de rotation et/ou de levée, et l'entraînement à membrane étant alimenté d'un côté par la pression d'un fluide de procédé qui délivre l'énergie destinée à l'actionnement de l'entraînement à membrane, et comportant une membrane en élastomère. Les régulateurs de pression sans énergie auxiliaire sont des dispositifs de régulation dans le cas desquels la pression d'un fluide de procédé délivre l'énergie nécessaire au déplacement d'une vanne de régulation. De tels régulateurs de pression sont par exemple utilisés pour la régulation de la pression de vapeurs, de gaz et de liquides, et notamment dans des postes de transfert d'installations de chauffage alimentées à distance. En matière de régulateurs de pression, il existe en principe une distinction entre des détendeurs de pression et des déverseurs, étant précisé que dans le cas de détendeurs de pression un organe d'étranglement ferme le siège d'un élément de régulation lorsque la pression augmente en aval de l'élément de régulation, alors que dans le cas de déverseurs l'organe d'étranglement ouvre le siège de l'élément de régulation lorsque la pression augmente en amont de l'élément de régulation. Les régulateurs de pression se distinguent en outre par l'utilisation d'un cône de soupape de détente de pression, d'un soufflet de détente ou d'une membrane de détente, et/ou par la réalisation de différents sens de fermeture de l'organe d'étranglement, ainsi que de différentes positions de l'emplacement du réglage de la valeur de consigne. On sait utiliser dans des régulateurs de pression des entraînements à membrane comportant une membrane en élastomère. Dans la plupart des cas, le type de la membrane limite alors les possibilités d'utilisation du régulateur de pression en ce qui concerne le fluide de procédé et la plage de température. Pour des applications avec de l'eau ou de la vapeur d'eau, du caoutchouc d'éthylène-propylène-diène (EPDM) a fait ses preuves avant tout en tant que matériau de la membrane jusqu'à des températures de l'ordre de 200 OC. En présence d'air, l'EPDM se craquelle cependant à partir de températures de l'ordre de 150 OC et perd de ce fait ses propriétés de caoutchouc élastique. Cette raison fait que, lorsque les températures du fluide de procédé sont supérieures à 150 "C, il est nécessaire d'assurer dans le cas de régulateurs de pression connus jusqu'à présent une réduction de la température jusque au-dessous de 150 OC par des dispositifs constructifs d'appoint tels qu'un prolongement de corps et/ou une capacité de refroidissement disposée en amont de la membrane et/ou une capacité d'équilibrage. De tels régulateurs de pression connus comportant des capacités de refroidissement sont par exemple commercialisés par la firme DUO Regelarmaturen [Vannes de régulation] SARL avec les fiches techniques correspondantes, sous la désignation de type "D 8, PN 16" en tant que détendeurs de pression, et sous la désignation de type "U 8, PN 16" en tant que régulateurs déverseurs. Aussi bien dans le cas des détendeurs de pression que des régulateurs déverseurs, la pression d'un fluide de procédé agit en l'occurrence sur la face supérieure d'une membrane par l'intermédiaire d'une ligne d'impulsion alors que les différents sens d'action des deux régulateurs de pression sont réalisés par le fait que l'organe d'étranglement du détendeur de pression ferme le siège lors de l'insertion de la tige d'actionnement, et que l'organe d'étranglement du régulateur déverseur ferme le siège lors du retrait de la tige d'actionnement. Des régulateurs de pression comportant des capacités d'équilibrage selon l'état de la technique sont en outre commercialisés par la firme Samson SA avec les fiches techniques correspondantes, sous la désignation de type "41-23" ainsi que "2 114/2 415" en tant que détendeurs de pression, et sous la désignation de type "41-73" ainsi que "2 114/2 418" en tant que déverseurs. Ces régulateurs de pression comportent un entraînement à membrane avec une membrane déroulante en matériau EPDM, de sorte que, sans les mesures de protection au moyen de la capacité d'équilibrage pour la membrane, la température de service serait limitée à 150 OC pour des liquides, ou à 80 OC pour des gaz ininflammables. L'inconvénient de l'utilisation de membranes en élastomère connues, y compris des dispositifs d'appoint, réside dans les coûts entraînés par les composants supplémentaires. Une variation de la température de service implique en outre la modification éventuelle du régulateur de pression et est de ce fait liée, non seulement à des coûts, mais également à des retards au cours du montage. En variante, des régulateurs de pression sont par ailleurs connus qui comportent une membrane métallique au lieu d'une membrane en élastomère, et qui permettent une plage de température d'utilisation plus large. De tels régulateurs de pression, notamment des détendeurs de pression, sont par exemple commercialisés par la firme Spirax Sarco SARL avec les fiches techniques correspondantes sous la désignation de type "DpE" et "DP143". La membrane métallique'contient en l'occurrence du bronze au phosphore ou de l'acier spécial. Indépendamment des coûts plus élevés d'une telle membrane métallique par rapport à une membrane en élastomère, des membranes métalliques présentent également l'inconvénient de nécessiter des constructions fort différentes car elles ne permettent que de faibles levées. L'objectif de l'invention consiste par conséquent à perfectionner ce type de régulateur de pression sans énergie auxiliaire de telle sorte que les inconvénients de l'état de la technique soient surmontés, à savoir qu'une plage élargie à des températures plus élevées puisse être utilisée avec une membrane en élastomère sans que les mesures d'appoint connues pour la réduction de la température aient à être mises en oeuvre. Cet objectif est atteint selon l'invention par le fait que la membrane de l'entraînement à membrane est constituée d'un matériau composite qui contient au moins deux différents élastomères en tant que composants composites, dont le composant composite disposé du côté de la membrane alimenté en pression par le fluide de procédé contient pour l'essentiel du caoutchouc d'éthylène-propylène-diène (EPDM), et le composant composite disposé du côté de la membrane opposé au fluide de procédé pour l'essentiel du caoutchouc fluoré (FPM). Selon l'invention, il peut être prévu que le matériau composite contienne un insert en tissu qui est disposé entre les deux composants composites. L'invention propose également que la membrane soit réalisée sous la forme d'une membrane déroulante et/ou comporte plusieurs ondulations. Selon l'invention, il peut en outre être prévu que le premier composant composite et/ou le deuxième composant composite prenne ou prennent appui sur un disque de membrane. L'invention propose par ailleurs que les élastomères du matériau composite soient réticulés par peroxydation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le régulateur de pression est réalisé sous la forme d'un détendeur de pression, et dans le cas d'un autre mode de réalisation préféré de l'invention le régulateur de pression est réalisé en tant que déverseur. Enfin, selon l'invention il peut également être prévu une détente de pression telle que celle obtenue par l'utilisation d'un cône de détente de pression ou d'un soufflet métallique. L'invention est par conséquent basée sur la constatation surprenante que, grâce à l'utilisation du matériau composite en EPDM et FPM selon l'invention, il est également possible d'utiliser des régulateurs de pression pour des températures plus élevées de fluides de procédé, à savoir supérieures à 150 "C, sans mesures de protection spécifiques pour la membrane car, en contact avec de l'eau ou de la vapeur d'eau en tant que fluide de procédé, l'EPDM peut être utilisé sans problème jusqu'à 200 OC, alors que les problèmes de fragilisation de la membrane intervenant dans le cas d'appareils connus en raison du contact avec l'air du coté de la membrane opposé au fluide de procédé sont évités par l'utilisation de FPM qui, en contact avec l'air, supporte également des températures allant jusqu'à 200 OC. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'un détendeur de pression selon l'invention ; et la figure 2 est une vue en coupe d'un déverseur selon l'invention. La figure 1 représente un 'détendeur de pression 10 selon l'invention, dans le cas duquel un organe d'étranglement 18 ferme un siège 20 lorsque la pression augmente en aval d'un élément de régulation 12. Pour cette fonction de régulation, le détendeur de pression 10 comporte une ligne de commande 46 qui, par rapport au sens de passage A d'un fluide de procédé 16, réalise une liaison de fluide en aval de l'organe d'étranglement 18 entre un corps 22 de l'élément de régulation et un entraînement 14 à membrane. La liaison entre l'entraînement 14 à membrane et l'élément de régulation 12 est assurée par un tige d'actionnement 24, qui est reliée aussi bien à la membrane 36 qu'à l'organe d'étranglement 18, et dont l'étanchéité par rapport au corps 22 de l'élément de régulation est assurée par un joint 28. Un élément de liaison 26 relie le corps 22 de l'élément de régulation à un boîtier d'entraînement 48. Un ressort 30 de valeur de consigne est simultanément disposé dans l'élément de liaison 26 et prend appui contre ce dernier, dont les caractéristiques d'élasticité définissent la régulation de la pression, par exemple la plage proportionnelle. La membrane 36 comporte plusieurs ondulations, et sépare le boîtier d'entraînement 48 en une première chambre 42 de membrane et en une deuxième chambre 44 de membrane, la deuxième chambre 44 de membrane étant typiquement remplie d'eau ou de vapeur d'eau en tant que fluide de procédé 16, alors que la première chambre 42 de membrane contient de l'air (atmosphère). Selon l'invention, la membrane 36 est en matériau composite constitué de deux différents élastomères. Un premier composant composite 38 est en l'occurrence orienté vers la première chambre 42 de membrane et est en FPM, alors que le deuxième composant composite 40 est orienté vers la deuxième chambre 44 de membrane et est en EPDM. Un insert en tissu 50 servant de renfort est disposé entre les deux élastomères 38, 40. La pression à réguler agit dans le détendeur de pression 10 par l'intermédiaire de la ligne de commande 46 de la deuxième chambre 44 de membrane, et engendre au niveau de la membrane 36 une force résultant du produit de la pression et de la surface active dans le sens de fermeture de l'organe d'étranglement 18, laquelle s'oppose au niveau de la tige d'actionnement 24 à la force du ressort 30 de valeur de consigne définissant la valeur de consigne de la pression minimale. Un écrou 32 est tourné dans le but de modifier la valeur de consigne, ce qui déplace un disque 34 agissant en tant que butée du ressort 30 de valeur de consigne par rapport à la tige d'actionnement 24, décale l'équilibre des forces entre la force du ressort 30 de valeur de consigne et la force antagoniste agissant au niveau de la membrane 36 par l'intermédiaire du fluide de procédé 16, et modifie par conséquent la surface libérée entre l'organe d'étranglement 18 et le siège 20. La figure 2 représente un déverseur 10' selon l'invention, étant précisé qu'en raison de la grande similitude avec le détendeur de pression 10 décrit cidessus, des éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont identifiés par les mêmes références numériques complétés d'une apostrophe, et que la description suivante porte notamment sur des différences entre le déverseur 10' de la figure 2 et le détendeur de pression 10 de la figure 1. Dans le cas du déverseur 10', l'organe d'étranglement 18 ouvre le siège 20' lorsque la pression augmente en amont de l'élément de régulation 12'. Pour cette fonction de régulation, le déverseur 10' comporte une ligne de commande 46' qui, en ce qui concerne le sens de passage A' du fluide de procédé 16', réalise une liaison de fluide en amont de organe d'étranglement 18' entre le corps 22' de l'élément de régulation et l'entraînement 14' à membrane. Le premier composant composite 38' en EPDM de la membrane 36' est orienté vers la première chambre 42' de membrane et de ce fait vers le fluide de procédé, alors que le deuxième composant composite 40' en FPM de la membrane 36' est orienté vers la deuxième chambre 44 de membrane, et est de ce fait en contact avec l'air (atmosphère). Un insert en tissu 50' est prévu entre le premier composant composite 38' et le deuxième composant composite 40' pour renforcer la membrane 36'. La membrane 36' est par ailleurs réalisée sous la forme d'une membrane déroulante et prend appui du côté opposé au fluide de procédé 16' sur un disque 52' de membrane, qui est relié à la tige d'actionnement 24' au moyen d'un écrou 54' et qui protège la membrane 36' contre une détérioration. Au-dessous d'une valeur limite de pression en amont de l'organe d'étranglement 18', celui-ci ferme le siège 20', comme représenté à la figure 2. La force de fermeture nécessaire à cet effet est délivrée par le ressort 30' de valeur de consigne qui, par rapport au cas du détendeur de pression 10 de la figure 1, prend appui dans le sens contraire sur l'élément de liaison 26' et applique donc de ce fait une force sur la tige d'actionnement 24' dans le sens de fermeture de l'élément de régulation 12', de sorte que la tige d'actionnement 24' se déplace par rapport à l'entraînement 14' à membrane et que l'organe d'étranglement 18' ferme le siège 20'. La pression à réguler agit en outre par l'intermédiaire de la ligne de commande 46' de la première chambre 42' de membrane, et engendre au niveau de la membrane 36' une force résultant du produit de la pression et de la surface active qui s'oppose à la force du ressort 30' de valeur de consigne dans le sens de l'ouverture de l'organe d'étranglement 18'. Comme dans le cas du détendeur de pression 10 de la figure 1, la modification de la valeur de consigne est à nouveau effectuée par l'intermédiaire de l'écrou 32', qui déplace en l'occurrence le disque 34' par rapport à la tige d'actionnement 24'. Dans un mode de réalisation non représenté, on prévoit de mettre la membrane en appui de part et d'autre d'un disque de membrane. De ce fait, la membrane est renforcée dans la zone du disque de membrane et est protégée de façon particulièrement avantageuse contre une surcharge. Un mode de réalisation est en outre avantageux, dans le cas duquel les élastomères du matériau composite sont réticulés par peroxydation, car cela conduit, non seulement à faciliter la fabrication du matériau composite, mais aussi à une possibilité d'utilisation à des températures élevées. Des régulateurs de pression comportant un cône de détente de pression sont fréquemment utilisés afin de réduire des perturbations, qui sont par exemple dues à la pression d'admission ou à des modifications de débit. L'utilisation de soufflets métalliques est également connue pour la détende de la pression d'admission et/ou de refoulement. Les régulateurs de pression selon l'invention se distinguent par conséquent avantageusement des régulateurs de pression connus par le fait que la plage de température englobe des températures nettement plus élevées, que les coûts de fabrication sont réduits, et qu'ils offrent une plus grande flexibilité, ce qui ouvre de nouvelles possibilités d'application. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Liste de références numériques 10 Détendeur de pression 12 Elément de régulation 14 Entraînement à membrane 16 Fluide de procédé 18 Organe d'étranglement 20 Siège 22 Corps de l'élément de régulation 24 Tige d'actionnement 26 Elément de liaison 28 Joint 30 Ressort de valeur de consigne 32 Ecrou 34 Disque 36 Membrane 38 Premier composant composite 40 Deuxième composant composite 42 Première chambre de membrane 44 Deuxième chambre de membrane 46 Ligne de commande 48 Boîtier d'entraînement 50 Insert en tissu A Sens 10' Déverseur 12' Elément de régulation 14' Entraînement à membrane 16' Fluide de procédé 18' Organe d'étranglement 20' Siège 22' Corps de l'élément de régulation 24' Tige d'actionnement 26' Elément de liaison 28' Joint 30' Ressort de valeur de consigne 32' Ecrou 34' Disque 36' Membrane 38' Premier composant composite 40' Deuxième composant composite 42' Première chambre de membrane 44' Deuxième chambre de membrane 46' Ligne de commande 48' Boîtier d'entraînement 50' Insert en tissu 52' Disque de membrane 54' Ecrou A' Sens REVENDICATIONS 1. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire constitué d'un élément de régulation (12, 12') auquel est relié au moins un entraînement (14, 14') à membrane, l'élément de régulation comportant un siège (20, 20') et un organe d'étranglement (18, 18') coopérant avec ce dernier, l'organe d'étranglement (18, 18') étant mobile par rapport au siège (20, 20') au moyen d'une tige d'actionnement (24, 24') reliée à l'entraînement (14, 14') à membrane pour l'exécution d'un mouvement de rotation et/ou de levée, et l'entraînement (14, 14') à membrane étant alimenté d'un côté par la pression d'un fluide de procédé (16, 16') qui délivre l'énergie destinée à l'actionnement de l'entraînement (14, 14') à membrane, et comportant une membrane en élastomère, caractérisé en ce que la membrane (36, 36') de l'entraînement (14, 14') à membrane est constituée d'un matériau composite qui contient au moins deux différents élastomères en tant que composants composites (38, 38', 40, 40'), dont le composant composite (40, 38') disposé du côté de la membrane (36, 36') alimenté en pression par le fluide de procédé (16, 16') contient pour l'essentiel du caoutchouc d'éthylène-propylène-diène (EPDM), et le composant composite (38, 40') disposé du côté de la membrane (36, 36') opposé au fluide de procédé (16, 16') contient pour l'essentiel du caoutchouc fluoré (FPM). 2. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau composite contient un insert en tissu (50, 50') qui est disposé entre les deux composants composites (38, 38', 40, 40'). 3. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la membrane (36, 36') est réalisée sous la forme d'une membrane déroulante et/ou comporte plusieurs ondulations. 4. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier composant composite (38, 38') et/ou le deuxième composant composite (40, 40') prend ou prennent appui sur un disque (52, 52') de membrane. 5. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les élastomères du matériau composite (38, 38', 40, 40') sont réticulés par peroxydation. 6. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que de régulateur de pression est réalisé sous la forme d'un détendeur de pression (10). 7. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le régulateur de pression est réalisé en tant que déverseur (10'). 8. Régulateur de pression sans énergie auxiliaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une détente de pression telle que celle obtenue par l'utilisation d'un cône de détente de pression ou d'un soufflet métallique.