Brevet FR2783288A1 — publié le 20000317

Dispositif de minimisation de perte de charge dans un circuit d'air comprimé. La présente invention concerne un dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé pour installation industrielle utilisé, par exemple, pour brancher des outils ou machines pneumatiques. Il est connu dans l'art antérieur des circuits d'air comprimé utilisés pour la distribution d'énergie dans une installation industrielle comprenant, un compresseur, un réservoir de stockage et de régulation et un réseau maillé bouclé. L'utilisateur branche des outils ou machines pneumatiques sur le o10 réseau par l'intermédiaire de flexibles. En règle générale, la pression en sortie du compresseur est proche de sa pression maximum, par exemple de 8 bars et le débit est de 1000 m3/h. Les outils pneumatiques habituellement utilisés avec ce type de réseau sont conçus pour un fonctionnement optimal sous une pression de 7 bars. Or, on constate que la pression sur le réseau est irrégulière due aux pertes de charges et que, notamment à certains endroits, celle- ci n'est que de 6 bars. Cette différence de pression est essentiellement due à des phénomènes de frottement de l'air dans les canalisations et à des pertes de charge dues aux fuites inévitables sur le circuit de distribution. De plus, le compresseur est protégé pour ne pas dépasser sa pression maximum, par exemple de 8 bars et est réenclenché généralement avec une pression inférieure à 1 bar. Ainsi à proximité des parois de la canalisation, la vitesse n'est que de 7 à 8 m/s pour une vitesse au centre de 12 m/s. Cette différence de pression a deux conséquences, d'une part, elle aboutit à un gaspillage d'énergie, puisque le compresseur fournit une pression d'environ 8 bars à I'entrée du réseau et que 6 bars sont seulement disponibles pour faire fonctionner les outils ou machines. D'autre part, les outils ou machines pneumatiques étant conçus pour fonctionner à 7 bars, ceux-ci sont moins efficaces en fonctionnant à 6 bars (environ 30% d'efficacité en moins). Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif permettant d'avoir une pression d'air quasiment identique dans un réseau maillé bouclé 2 2783288 d'air comprimé, utilisant ainsi de façon optimale les caractéristiques du compresseur et de pallier aux inconvénients de l'art antérieur. Ce but est atteint par le fait que le circuit d'air comprimé comprend un compresseur fournissant l'air comprimé, un réservoir de stockage et de régulation de l'air comprimé en aval du compresseur, un réseau maillé bouclé de dimensions déterminées comprenant au moins une sortie de branchement d'un outil ou machine pneumatique relié au réseau maillé bouclé par un flexible, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément régénérateur de vitesse et de pression de l'air comprimé monté sur le réseau maillé bouclé. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément régénérateur de vitesse comprend une capacité de forme cylindrique dont les extrémités constituant les fonds sont bombées, et de dimensions déterminées, une canalisation d'entrée et une canalisation de sortie de même diamètre déterminé, les canalisations d'entrée et de sortie sont connectées a la capacité i5 et font un angle déterminé entre elles, le cylindre formant la capacité est soit à section circulaire, soit à section polygonale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le point de connexion de la canalisation d'entrée se situe dans le tiers inférieur de la capacité et le point de connexion de la canalisation de sortie se situe dans le tiers supérieur de la capacité de telle sorte que la distance entre les axes de symétrie des canalisations soit voisine de la moitié de la valeur de la hauteur de la capacité et que leurs axes de symétrie soient sensiblement perpendiculaires a l'axe de symétrie de la capacité. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dimensions de la capacité, et le diamètre des canalisations d'entrée et de sortie sont déterminés de telle sorte que si A est une unité de mesure déterminée, et inférieur à mm, le diamètre des canalisations est voisin de A, le diamètre de la capacité est voisin de deux fois A, et la hauteur de la capacité est voisine de quatre fois A, et si A est supérieure à 90 mm, le diamètre de la capacité est voisin de quatre tiers de A, et la hauteur de la capacité est voisine de trois fois A, A étant déterminée en fonction des caractéristiques du compresseur 3 2783288 alimentant le réseau maillé bouclé, et de la pression souhaitée en sortie du réseau maillé. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'angle entre la canalisation d'entrée et la canalisation de sortie est choisi entre 85 et 95 . Selon une autre caractéristique de l'invention, la capacité est équipée d'un déflecteur à ailettes de forme circulaire, monté perpendiculaire à l'axe de symétrie de la capacité, le centre de ce déflecteur étant pourvu d'une ouverture de forme circulaire et autorisant un effet canal préférentiel. Selon une autre caractéristique de l'invention, la capacité est équipée i0 d'une électrovanne de purge, et/ou d'une soupape de sécurité, et/ou d'un manomètre de contrôle et/ou d'un hygromètre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réseau bouclé du circuit d'air comprimé est de forme rectangulaire et comporte à chacun des angles du rectangle un élément régénérateur de vitesse et de pression selon l'invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour une pression à la sortie du compresseur d'environ 8 bars et un débit d'environ 1000 m3/h, le réseau maillé dont la longueur en développé est au plus de 400 m de long, étant monté avec une pente d'environ 1% o la partie la plus basse du réseau, est en aval du circuit et A est préférentiellement choisi dans ce cas entre 90 et mm. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas ci-dessus, les canalisations secondaires d'air comprimé du réseau non reliées à un élément régénérateur de vitesse de l'air ont un diamètre minimum entre 55 et 65 mm. Selon une autre particularité, les raccordements des outils ou machines pneumatiques ont un diamètre déterminé choisi entre 25 et 35 MM selon les consommations spécifiques des outils ou machines. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit comprend, en aval du réservoir de stockage et de régulation, et en amont du réseau, des moyens de filtration et de déshumidification de l'air. 4 2783288 Selon une autre caractéristique de l'invention, ses moyens de filtrage et de déshumidification de l'air comprennent de l'amont vers l'aval, un préfiltre mécanique de 5 g, un filtre a poussière mécanique de 1 p, un sécheur d'air, un filtre de 0,01!. et un filtre de 0,003 p. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue de détail de l'élément régénérateur de vitesse de l'air, - les figures 2A et 2B représente une vue de dessus et une vue en coupe du déflecteur a ailettes, - la figure 3 représente une vue schématique d'un circuit d'air comprimé équiper du dispositif selon l'invention, - la figure 4 représente une vue schématique des moyens de filtrage et de déshumidification de l'air. La figure 1 représente une vue de détail de l'élément régénérateur de vitesse de l'air. Cet élément régénérateur de vitesse (10) comprend une capacité (11), par exemple, de forme cylindrique, une canalisation (20) d'entrée dans la moitié inférieure de la capacité et une canalisation (21) de sortie dans la moitié supérieure de la capacité faisant un angle déterminé entre elles. Les extrémités, formant les fonds de la capacité (11), sont bombées et la section transversale est circulaire ou polygonale. Les deux canalisations (20,21) sont, par exemple, deux tubes identiques de diamètre déterminé. La capacité (11) est équipée, par exemple, d'une soupape (12) de sécurité, et/ou d'un manomètre (16) indiquant la pression existant à l'intérieur de la capacité et/ou d'une purge (13) située dans la partie basse de la capacité afin d'évacuer l'eau (14) éventuellement accumulée dans la capacité et/ou d'un hygromètre (17). Les canalisations (20,21) sont disposées telles que, par exemple, l'angle entre les deux canalisations (20,21) est choisi entre 85 et 95 , et que, par exemple, les axes de symétrie des deux canalisations (20, 21) d'entrée et de sortie sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de symétrie de la capacité. Dans une 2783288 configuration particulière, la distance entre les axes de symétrie des canalisations (21,20) d'entrée et de sortie est sensiblement égale à la moitié de valeur de la hauteur de la capacité (10). Il existe, de façon préférentielle, une relation mathématique entre la valeur du diamètre des canalisations (21,20) d'entrée et de sortie, la valeur du diamètre de la capacité (11) et la valeur de la hauteur de la capacité (11). Si A est une valeur déterminée, alors si A est inférieure à 90 mm, A correspond sensiblement au diamètre des canalisations (21,20) d'entrée et de sortie, 2 fois A correspond sensiblement au diamètre de la capacité (11), et 4 fois A correspond sensiblement à la hauteur de la capacité (11). Si A est supérieure à 90 mm, A correspond sensiblement au diamètre des canalisations (21,20) d'entrée et de sortie, 4/3 fois A correspond sensiblement au diamètre de la capacité (11), et 3 fois A correspond sensiblement à la hauteur de la capacité (11). A est déterminée en fonction des caractéristiques (pression et débit d'air) du compresseur (41 fig. 3) utilisé dans le circuit, et de la pression minimale souhaitée par l'utilisateur dans le réseau (43 fig.3) maillé. Par exemple, pour un compresseur délivrant une pression maximale d'environ 8 bars et d'un débit d'environ 1000 m3/h et une pression minimale souhaitée dans le réseau (43 fig. 3) maillé d'environ 7,5 bars, la valeur de A est sensiblement égale à 100 mm si la longueur en développé du réseau maillé est au plus de 400 m de long. Le principe de fonctionnement de l'élément régénérateur de vitesse est le suivant. Lorsque l'air comprimé entre avec une vitesse initiale donnée dans la capacité (11) par la canalisation (20) d'entrée, du fait de la disposition particulière de la capacité (11) et de la canalisation (20) d'entrée, il se crée un mouvement (15) cyclonique ou tourbillonnaire dans la capacité qui a pour conséquence d'augmenter la vitesse initiale de l'air comprimé et de minimiser les effets précédemment accumulés de perte de charge. Ainsi, lorsque l'air comprimé est évacué par la canalisation (21) de sortie, il possède une vitesse de sortie plus importante, ce qui contrebalance les effets négatifs énoncés ci-dessus dans le réseau (43 fig. 3) maillé du circuit d'air. L'efficacité de la capacité (11) peut être améliorée en introduisant, par exemple, dans la capacité (11) un déflecteur à ailettes (30). 6 2783288 Le déflecteur à ailettes (30) est monté perpendiculaire a l'axe de symétrie de la capacité (11). La fixation sur les parois intérieures verticales de la capacité (10) est assurée par des taquets (32) entre lesquels viennent se loger les pattes (34 fig. 2A) formées sur au moins deux ailettes (33a, 33b fig. 2A) diamétralement opposées au déflecteur (30). Le déflecteur (30) comprend également en son centre un perçage circulaire dans lequel vient se loger, par exemple, un bout de tube (31) formant un canal. Lorsque l'air comprimé entre dans la capacité (11) équipé du déflecteur (30) à ailettes, le tube (31) crée un effet canal qui accélère la vitesse de l'air comprimé. On obtient donc une io régénération de la vitesse moyenne du fluide dans la canalisation (21) de sortie et une minimisation des pertes accumulées. Le branchement d'outils ou machines pneumatiques est illustré en exemple sur la figure 1 sur la canalisation (21) de sortie. Une canalisation (22) d'alimentation est montée, dans l'exemple, sur la canalisation (21) de sortie de la capacité (11). L'extrémité de la canalisation (22) d'alimentation est prolongée par une vanne (24) sur laquelle est connectée le flexible (23) de l'outil ou machine pneumatique à brancher. Les figures 2A et 2B représentent une vue de dessus et une vue en coupe du déflecteur à ailettes. Comme décrit plus haut, le déflecteur à ailettes (30) est de forme circulaire, il comporte en son centre un perçage circulaire dans lequel vient se loger un bout de tube (31) sur lequel sont montées les ailettes (33). Les ailettes (33) sont séparées par des interstices réguliers, orientées selon une hélice et l'extrémité d'au moins deux ailettes (33a, 33b) diamétralement opposées comportent une patte (34) destinée à se loger dans les taquets (32 fig. 1) de la surface intérieure de la capacité (11 fig. 1), lors du montage du déflecteur (30). Une variante de réalisation du déflecteur à ailettes consiste à supprimer le bout de tube (31) en joignant les ailettes (33) par l'intermédiaire de pattes (35). Pour cette variante, le déflecteur (30) est réalisé, par exemple, dans une plaque de tôle dans laquelle sont découpées les ailettes (33) de sorte qu'une portion de matière subsiste entre chaque ailette 7 2783288 (33) pour former les pattes (35). Ensuite les ailettes (33) ainsi formées sont orientées selon une hélice. La figure 3 représente une vue schématique d'un circuit d'air comprimé équipé du dispositif selon l'invention. Le circuit d'air comprimé comprend d'amont en aval, un compresseur (41) qui délivre l'air comprimé dans le circuit, à une pression et un débit déterminés, un réservoir (42) de stockage et de régulation, et un réseau ( 40) maillé de dimensions déterminées. Selon l'invention, le réseau (40) maillé est équipé d'au moins un élément (10) régénérateur de vitesse. La forme du réseau (40) maillé est, par exemple, un rectangle. Dans cette configuration particulière, les éléments (10) régénérateurs de vitesse sont placés aux angles droits du rectangle. Le réseau (40) maillé est, par exemple, monté avec une pente d'inclinaison déterminée de sorte que la partie basse du réseau soit située en aval de celui-ci. Par exemple, pour un compresseur (41) délivrant de l'air comprimé à une pression maximale, par exemple, d'environ 8 bars pour un débit d'environ 1000 m3/h et un réseau (40) maillé rectangulaire d'environ 400 m de long, en choisissant une pente de 1%, et en équipant le réseau (40) maillé de 4 éléments (10) régénérateurs de vitesse placés aux angles du rectangle, I'utilisateur obtient une pression sur le réseau (40) diminuée au maximum de 10%. A titre expérimental, cette pression a été mesurée et est de l'ordre de 7,4 a 7, 5 bars. Dans cette configuration particulière, la valeur de A est comprise entre 90 et mm pour le débit donné, et les canalisations (43) secondaires formant les mailles du réseau ont un diamètre minimum compris entre 55 et 65 mm. Le circuit d'air comprimé peut également être équipé de moyens (50) de filtration et de déshumidification d'air. Ces moyens (50) sont situés en aval du réservoir de stockage (42) et en amont du réseau (43) maillé. Ces moyens (50 fig. 4) comprennent, d'amont en aval, un filtre (52) mécanique à 5 g, un filtre (53) à poussière de 1 g, un sécheur d'air (56) qui condense l'humidité, un filtre (54) à 0,01 g et un filtre (55) à 0,003 g. Chaque moyen (52-56) est sécurisé par des vannes (57) et chaque filtre est muni d'une purge (51). Cette combinaison de moyens améliore la qualité de l'air comprimé distribué dans le 8 2783288 circuit, et contribue à augmenter la durée de vie des matériels installés sur le réseau. Le dispositif selon l'invention permet une plus grande régularité de la pression d'utilisation des outils ou machines pneumatiques et moins de fluctuation de pression en régénérant la vitesse moyenne de l'air comprimé dans les tuyauteries. Lorsque les machines branchées au réseau selon l'invention sont des presses à injection pour pièces plastiques, les moules d'injection se ferment plus vite, les pièces s'éjectent plus vite et la qualité de moulage est meilleure. Le rythme de production est donc plus élevé, et la i0 qualité de cette production est meilleure. De plus pour produire la même pression d'utilisation de 7,5 bars, il est possible d'utiliser un compresseur de puissance plus faible en économisant de l'ordre de 35 KWH sur la puissance du compresseur, ce qui a des conséquences non négligeables sur la consommation d'énergie électrique pour la pression souhaitée. Il est clair que d'autres modifications à la portée de l'homme du métier entrent dans le cadre de l'invention. 9 2783288 REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé comprenant un compresseur (42) fournissant l'air comprimé, un réservoir (42) de stockage et de régulation de l'air comprimé en aval du compresseur, un réseau (43) maillé bouclé de dimensions déterminées comprenant au moins un outil ou machine pneumatique relié au réseau (43) maillé par un flexible(23), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément (10) régénérateur de vitesse et de pression de l'air comprimé monté sur le réseau (43) maillé bouclé. 2. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (10) régénérateur de vitesse comprend une capacité (11) de forme cylindrique dont les extrémités constituant les fonds sont bombées et de dimensions déterminées, une canalisation (20) d'entrée et une canalisation (21) de sortie de même diamètre déterminée, les canalisations d'entrée et de sortie étant connectées à la capacité et faisant un angle déterminé entre elles, le cylindre formant la capacité (11) est soit à section circulaire, soit à section polygonale. 3. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le point de connexion de la canalisation (20) d'entrée se situe dans le tiers inférieur de la capacité (11) et le point de connexion de la canalisation (21) de sortie se situe dans le tiers supérieur de la capacité (11) de telle sorte que la distance entre les axes de symétrie des canalisations soit voisine de la moitié de la valeur de la hauteur de la capacité (11) et que leurs axes de symétrie soient sensiblement perpendiculaires à l'axe de symétrie de la capacité (11). 4. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les dimensions de la capacité (11), et le diamètre des canalisations (20,21) d'entrée et de sortie sont déterminés de telle sorte que si A est une unité de mesure déterminée, et inférieure à 90 mm, le diamètre des canalisations (20, 21) est voisin de A, le diamètre de la capacité (11) est voisin de deux fois A, et la hauteur de la 2783288 capacité (11) est voisine de quatre fois A, et si A est supérieure à 90 mm, le diamètre de la capacité (11) est voisin de quatre tiers de A, et la hauteur de la capacité (11) est voisine de trois fois A, A étant déterminée en fonction des caractéristiques du compresseur (41) alimentant le réseau maillé bouclé, et de la pression souhaitée en sortie du réseau (40) maillé. 5. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'angle entre la canalisation (20) d'entrée et la canalisation (21) de sortie est choisi entre 85 et 950 6. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la capacité (11) est équipée d'un déflecteur à ailettes de forme circulaire, monté perpendiculaire à l'axe de symétrie de la capacité, le centre de ce déflecteur étant pourvu d'une ouverture de forme circulaire et autorisant un effet canal préférentiel. 7. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la capacité (11) est équipée d'une électrovanne (13) de purge, et/ou d'une soupape de sécurité (12), et/ou d'un manomètre (16) de contrôle et/ou d'un hygromètre (17). 8. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réseau (40) maillé bouclé du circuit d'air comprimé est de forme rectangulaire et comporte à chacun des angles du rectangle un élément (10) régénérateur de vitesse et de pression. 9. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que pour une pression à la sortie du compresseur d'environ 8 bars et un débit d'environ 1000 m3/h, et un réseau (40) maillé bouclé dont la longueur en développé est au plus de 400m de long, celui-ci étant monté avec une pente d'environ 1% o la partie la plus basse du réseau est en aval du circuit et A est préférentiellement choisi dans ce cas entre 90 et 110 mm. il 2783288 10. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les canalisations (43) secondaires d'air comprimé du réseau (40) maillé bouclé non reliées a un élément régénérateur de vitesse de l'air ont un diamètre minimum entre 55 et 65 mm, les raccordements des outils ou machines pneumatiques ayant alors un diamètre déterminé choisi entre 25 et 35 mm selon les consommations spécifiques des outils ou machines. 11. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le circuit o0 comprend, en aval de réservoir (42) de stockage et de régulation et en amont du réseau (40) maillé bouclé, des moyens (50) de filtration et de déshumidification de l'air. 12. Dispositif de régulation de pression dans un circuit d'air comprimé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (50) de filtrage et de déshumidification de l'air comprennent, de l'amont vers l'aval, un préfiltre (52) mécanique de 5 p, un filtre (53) à poussière mécanique de 1 g, un sécheur d'air (56), un filtre (54) à 0,01 g et un filtre (55) à 0,003 i.