Brevet FR2828530A1 — publié le 20030214

lo le canal de sortie (18) comporte un organe d'étranglement (19). 1 2828530 Procédé de commande et de réulation de la relation entre oression d'huile et de eaz de comPresseurs à membrane L' invention concerne un procédé de commande et de régulation S de la relation entre la pression d'huile et la pression de gaz de compresseurs à membrane. Des compresseurs à membrane travaillent de façon analogue à des compresseurs à piston normaux, toutefois avec une membrane séparatrice entre le côté gaz et le côté huile. Le côté huile est formé par l'ensemble piston-cylindre habituel dont le volume de travail et le volume mort sont entièrement remplis d'huile. Du côté gaz se trouvent les clapets d' aspiration et de refoulement du gaz. Par suite du mouvement oscillant du piston, le volume refoulé par lui est transmis sur la membrane qui procède de son côté à l'aspiration, la compression et le refoulement du gaz. Du fait que pendant toute la course la pression d'huile correspond à l'allure de la pression d' aspiration et de compression du côté gaz, on peut également parler ici du mode de travail d'un compresseur à piston. Une légère différence avec un compresseur à piston réside toutefois dans le fait que, dans le cas d'un compresseur à membrane, il faut encore installer un circuit d'huile secondaire pour pouvoir compenser les fuites d'huile du piston. Dans ce but on emploie une pompe de compensation entraînce par l'intermédiaire d'un excentrique monté sur le vilebrequin. Cette pompe injecte donc en synchronisme avec chaque course du piston une petite quantité d'huile dans l'espace huile du compresseur. Théoriquement cette quantité doit être exactement la même que la fuite sur le piston du compresseur. Comme ceci ne peut pas se réaliser techniquement on emploie toujours une quantité d'huile injectée supérieure à celle de la fuite. A nouveau ceci a pour conséquence qu'à chaque course du compresseur il reste dans l'espace huile un peu trop d'huile qui, lorsque la membrane est à sa position de point mort avant (= en appui contre le couvercle) pourrait conduire un accroissement incontrôlable de la pression d'huile. Pour l'éviter, il faut encore ajouter un clapet de débordement à ressort qui limite la pression 2 2828530 d'huile à la position de point mort avant du piston à une valeur légèrement supérieure à la pression maximale du gaz. La relation entre la pression finale du gaz et la pression d'huile au point mort avant, prescrite par le clapet de débordement à ressort, est la relation fonctionnelle très importante dans le cas d'un compresseur à membrane. Le fonctionnement sûr d'un compresseur à membrane n'est assuré que si la pression d'huile au point mort avant est toujours supérieure à la pression finale du gaz. Si ce n'était pas le cas, la zone de travail de la membrane migre toujours davantage au voisinage de la convexité de la plaque perforée. Si elle vient même en contact avec la plaque perforée, par suite des rapports de surface existants, cela conduit à un accroissement rapide de la pression d'huile qui peut conduire à un soulèvement du couvercle. Apparaissent en outre des pointes de contrainte élevées à pentes très raides qui se transmettent au vilebrequin. La formation de cavitation qui en résulte agit négativement sur la durée de vie de la membrane. Par conséquent c'est une importante signification que prend le contrôle de la régulation de la relation entre la pression finale du gaz et la pression d'huile, prescrite par le clapet de débordement à ressort. Du fait du changement rapide de pression correspondant à la vitesse de rotation des compresseurs, la pointe de pression d'huile ne pouvait, jusqu'à récemment, être saisie qu'avec quelques peu nombreux organes de commande à SPS/système programmable à scanner (?). Ces valeurs étaient alors comparées avec des valeurs limites mémorisées, sur quoi, dans le cas d'un résultat de comparaison négatif, le compresseur était mis hors circuit. Mais ce n'est que la valeur absolue de la pression d'huile qui était comparée avec une valeur de mise hors circuit et non pas la relation correspondant à la pression finale instantanée du gaz. La saisie de cette relation est également importante dans la mesure o l'on ne peut pas considérer la pression finale du gaz comme une valeur constante mais que dans le cas d'un incident sur l'installation cette pression peut déjà monter à des valeurs assez élevées, interdites, ou, 3 2828530 ce qui peut encore arriver plus fréquemment, par suite de la défaillance d'un clapet de compresseur, la pression finale du gaz d'un étage intermédiaire continue à monter et parvient ainsi au voisinage de la pointe de pression d'huile. Cette possibilité d'avarie S ne peut pas étre contrôlée par la surveillance statique de la valeur absolue de la pression d'huile. On connat en outre un mode de conception plus ancien dans le cas duquel la pression finale du gaz agit directement, par l'intermédiaire d'un petit piston fournissant une force de précontrainte supplémentaire, sur la cuvette de res sort du clap et de débordement à ressort. Dans cette position de base le ressort n'y est précontraint que dans la mesure o il peut couvrir environ 30 /O de la pression maximale du gaz. Le reste de la précontrainte se fait alors par l'intermédiaire de l'accroissement de la pression du gaz dans le système. Dans le cas de ce système les insuffisances se trouvent dans le frottement de la garniture d'étanchéité du piston dans le cas de pressions finales du gaz très élevées et dans la corrosion qui peut opérer un blocage complet du petit piston. En outre le système est trop lent pour pouvoir accompagner les rapides croissances de la pression du gaz pendant la phase de démarrage d'un compresseur. Les conséquences sur le compresseur sont fatales, si cela doit conduire, dans le mécanisme d'entranement du piston de commande, à l'un des incidents mentionnés. On en arrive alors au cas qui à proprement parler ne doit jamais survenir, o la pression d'huile passe subitement, en un temps très court, au voisinage de la pression du gaz et, en quelques secondes, par suite du déplacement de la zone de travail de la membrane vers la plaque perforée, on en arrive à l'avarie redoutée. Le but de l'invention est de créer un procédé par lequel la commande d'une relation minimale détermince entre la pression du gaz et la pression d'huile est garantie et par lequel, dans un autre étage de l'installation, une valeur déterminée de cette relation puisse étre réglée au moyen d'un cTrcuit de régulation. On atteint ce but grâce à la saisie de la relation entre la 4 2828530 pression de l'huile et la pression du gaz au moyen d'un récepteur électronique de pression du côté huile de la tête à membrane et d'un autre sur la conduite de gaz sous pression du côté sortie du gaz de la tête à membrane, avec un traitement électronique, venant à la suite, des deux signaux et de la relation qui en résulte entre les deux pressions, ainsi qu'avec l'émission d'un signal en cas de dépassement, par valeur inférieure, d'une relation minimale détermince, et grâce en outre à la possibilité du respect d'une relation déterminée entre la pression d'huile et une pression variable du gaz, contrôlée et commandée par le traitement électronique, ainsi qu'avec le dispositif de décharge du clapet de débordement à ressort commandé ensuite par ce traitement. L' invention est représentée sur les dessins et décrite ci-dessous en détail. La figure 1 représente une tête à membrane complète dans la réalisation conforme à l'état de la technique. La figure 2 représente une tête à membrane complète avec en outre le récepteur électronique de pression et l'organe de traitement qui vient à la suite. La figure 3 représente le diagramme de travail pendant un tour complet sous forme de diagramme pression-temps. La figure 4 représ ente le clap et de débordement à ressort, contraint par un ressort, avec le dispositif de décharge. Selon la figure 1, les composants principaux d'un compresseur à membrane sont constitués du flasque avec cylindre (1), du couvercle (2), de la plaque perforée (3), de la membrane (4), du piston (5), des clapets d' aspiration (7) et de refoulement (6), du clapet de non-retour (8) et du clapet de débordement à ressort (9). Le volume désigné sous le nom d'espace huile s'étend entre le piston (5) et la membrane (4). Le volume désigné sous le nom d'espace gaz s'étend de la membrane (4) jusqu'au couvercle (2). La capacité créce par la membrane est accordée à la capacité créée par le piston (surface x course), de sorte qu'apparaît le mode d'action d'un compresseur à piston. La membrane se déplace en synchronisme avec le piston, aspire le gaz par le clapet 2828530 d'aspiration (7), le comprime et le refoule par le clapet de refoulement (6). La capacité créée par la membrane y est toujours choisie un peu supérieures à celle créce par le piston. La fuite d'huile au piston (5) doit à nouveau être compensée par une pompe extérieure. Dans ce but on emploie une petite pompe à piston qui est entraînée par un excentrique et qui, à chaque course, injecte une petite quantité d'huile dans l'espace huile par le clapet de non-retour (8). Du fait que l'excentrique est directement placé sur le vilebrequin, en synchronisme avec chaque course du piston principal (5) se produit une injection, dosée avec précision, de la pompe de compensation. Du fait que, pour des motifs de sécurité de fonctionnement, cette quantité d'huile injectée doit toujours être supérieure à la fuite sur le piston (5), il faut encore un clapet de débordement à ressort (9) qui peut laisser s'écouler au point mort avant du piston (5) et de la membrane (4) la quantité d'huile injectée en trop. C'est le réglage d'une clapet de débordement à ressort qui détermine la pression d'huile maximale qui devrait par exemple se situer à 10 % au-dessus de la pression de gaz maximale à attendre. Le réglage du clapet de débordement à ressort contraint par ressort est comparable à celui d'un robinet à soupape de sécurité. Pour la commande de la relation entre la pression du gaz et la pression de l'huile, si importante, valant par exemple ici 10 %, sont disposés, sur la figure 2, un détecteur électronique de pression du côté huile (10) et un autre du côté pression du gaz (11) de la tête à membrane. Ces détecteurs interviennent, par leurs signaux, dans l'organe de traitement (12) qui vient à la suite et qui de préférence est constitué d'un organe formant SPS/système programmable à scanner (?) rapide. Dans le système SPS/système programmable à scanner (?) sont déterminces, au moyen de procédés de scannage rapide, les valeurs maximales des signaux et ces valeurs sont comparées avec la relation détermince. Si cette valeur dépasse, par valeur inférieure, la valeur minimale prescrite de la relation, un signal d'alarme ou même un signal de mise hors circuit du compresseur sont émis. Dans le cas de ce procédé, la relation 6 2828530 correcte entre la pression du gaz et la pointe de pression d'huile est commandée et traitée. Servent dans ce but les explications fournies à l'aide du diagramme de travail de la figure 3. Sur ce diagramme est représenté le cycle de travail complet. Pendant la course de compression, le gaz introduit est tout d'abord comprimé (a). Lorsqu'est atteinte la pression du gaz extérieure, le clapet de pression du compresseur s'ouvre et le gaz est refoulé (b) sous la pression finale. Lorsque la membrane s'appuie complètement contre le couvercle (c), la croissance supplémentaire (d) de la pression d'huile commence à l'aide de la quantité d'huile inj ectée en trop et de la pression de réglage du clapet de débordement à ressort (e). Pendant la course d'aspiration se produit en outre (f) le refoulement du gaz hors des espaces morts et le refoulement de la quantité d'huile se trouvant dans la tête (f) et, lorsque la pression d'aspiration est atteinte, on en revient à la phase d' aspiration (g). Le procédé de commande de la relation entre la pression finale du gaz (b) et la pression d'huile maximale (e) y tient compte des conséquences négatives aussi bien d'un abaissement de la pression d'huile (e) que d'une élévation de la pression du gaz (b). Dans les deux cas la relation minimale prescrite serait dépassée par valeur inférieure et une émission d'un signal approprié en viendrait à une alarme ou à une mise hors circuit si, lors du traitement, deux valeurs limites de surveillance étaient prescrites. Dans le cas des compresseurs qui fonctionnent avec une pression finale fortement variable, comme par exemple dans le cas d'un processus de remplissage de batteries de bouteilles de gaz, apparaissent des relations également fortement variables entre la pression du gaz et la pression d'huile, la relation minimale prescrite étant alors surveillée en permanence. Par ailleurs il y a de longues périodes au cours desquelles à une pression du gaz momentanément faible s'oppose une pression d'huile toujours alignée sur la pression maximale du gaz. Ce mode d' exploitation de la relation entre la pression du gaz et la pression de l'huile, très élevée, mais sure, possède certains inconvénients même si, comme décrit, ils ne sont 7 2828530 pas aussi importants que dans le cas d'une relation trop faible. Dans le cas de cet état d' exploitation, la différence de pression élevée entre la pression du gaz et le pression d'huile agira négativement sur la durce de vie de la membrane. En outre la compressibilité du volume d'huile existant intervient négativement sur le rendement du compresseur. Ceci signifie que si l'on peut abaisser de façon approprice la pression d'huile pour une moindre pression du gaz, le rendement du compress eur croît de c e fait. D ans c e c as on a préféré une relation entre la pression du gaz et la pression de l'huile constante qui se réalise au moyen d'un circuit de régulation dans lequel un dispositif de décharge travaillerait pour le clapet de débordement à ressort sous forme d'élément réglant. Dans le cas de ce fonctionnement du circuit de régulation une relation minimale est également surveillée et traitée par émission d'un signal. Cette relation est alors activoe dès que la pollution des éléments réglants atteint en même temps sa position finale. La figure 4 représente le dispositif de décharge (13) en même temps que le clapet de débordement à ressort. Est encore monté en avant un transducteur à action intégrale/proportionnelle (14) qui convertit le signal analogique de la valeur réglante du flux en un signal de pression approprié. Ce signal de pression agit, d'en bas, sur le piston ou sur la membrane (15) du dispositif de décharge (13) de sorte que de ce fait une force de traction s'exerce sur la tige de soupape (16), décharge le ressort de soupape précontraint (17) et abaisse plus ou moins de ce fait la pression d'huile. Grâce à une caractéristique de régulation proportionnelle/intograle préférée par exemple, se fait alors une rapide compensation sur la relation entre la pression du gaz et la pression de l'huile prescrite. Si le signal réglant indique une valeur nulle, par l'intermédiaire de la force élastique qui agit pleinement dans ce cas, est prescrite la pression d'huile maximale qui à son tour détermine la relation prescrite avec la pression d'huile maximale prévue. On peut voir ainsi que dans le cas d'un manque d'air de commande pour le transducteur à action intégrale/proportionnelle (14), le clapet de 8 2828530 débordement à ressort passe à sa pression maximale et, du fait de la garantie de la relation minimale, le compresseur reste toujours sur sa plage de fonctionnement même en cas d' incident. La commande sûre de la relation entre la pression du gaz et la pression de l'huile font du compresseur à membrane une partie de l'installation qui remplit les conditions d'une exploitation entièrement automatique à tous points de vue. 9 2828530 Revendications 1. Procédé de commande et de régulation de la relation entre la pression de l'huile et la pression du gaz des compresseurs à membrane, caractérisé par la saisie de la relation entre la pression de l'huile et la pression du gaz avec un détecteur électronique de pression du côté huile de la tête à membrane et d'un autre sur la conduite de gaz sous pression du côté sortie du gaz de la tête à membrane, avec un traitement électronique, venant à la suite, des deux signaux et de la relation qui en résulte entre les deux pressions, ainsi que par l'émission d'un signal en cas de dépassement, par valeur inférieure, d'une relation minimale déterminée. 2. Procédé de commande et de régulation de la relation entre la pression de l'huile et la pression du gaz des compresseurs à membrane selon la revendication 1, caractérisé par le respect d'une relation déterminée entre la pression d'huile et une pression variable du gaz, contrôlée et commandée par le traitement électronique et par le dispositif de décharge, commandé par ce traitement et venant à la suite, du clapet de