Notions de base sur le régulateur de pression
Les régulateurs de pression sont utilisés dans de nombreuses applications domestiques et industrielles courantes. Par exemple, les régulateurs de pression sont utilisés dans les barbecues à gaz pour réguler le propane, dans les chaudières de chauffage domestique pour réguler le gaz naturel, dans les équipements médicaux et dentaires pour réguler l'oxygène et les gaz d'anesthésie, dans les systèmes d'automatisation pneumatique pour réguler l'air comprimé, dans les moteurs pour réguler le carburant et dans les piles à combustible pour réguler l'hydrogène. Comme le montre cette liste partielle, les applications des régulateurs sont nombreuses, mais dans chacune d'elles, le régulateur de pression assure la même fonction. Les régulateurs de pression réduisent une pression d'alimentation (ou d'entrée) à une pression de sortie inférieure et fonctionnent pour maintenir cette pression de sortie malgré les fluctuations de la pression d'entrée. La réduction de la pression d'entrée à une pression de sortie inférieure est la caractéristique clé des régulateurs de pression.
Lors du choix d'un régulateur de pression, de nombreux facteurs doivent être pris en compte. Parmi les éléments importants à prendre en compte figurent : les plages de pression de fonctionnement pour l'entrée et la sortie, les exigences de débit, le fluide (est-ce un gaz, un liquide, toxique ou inflammable ?), la plage de température de fonctionnement prévue, le choix des matériaux pour les composants du régulateur, y compris les joints, ainsi que les contraintes de taille et de poids.
Matériaux utilisés dans les régulateurs de pression
Une large gamme de matériaux est disponible pour gérer divers fluides et environnements de fonctionnement. Les matériaux les plus courants des composants du régulateur comprennent le laiton, le plastique et l'aluminium. Différentes qualités d'acier inoxydable (telles que 303, 304 et 316) sont également disponibles. Les ressorts utilisés à l'intérieur du régulateur sont généralement constitués de fil à musique (acier au carbone) ou d'acier inoxydable.
Le laiton est adapté à la plupart des applications courantes et est généralement économique. L'aluminium est souvent choisi lorsque le poids est un facteur à prendre en compte. Le plastique est envisagé lorsque le faible coût est une préoccupation majeure ou qu'un article jetable est nécessaire. Les aciers inoxydables sont souvent choisis pour une utilisation avec des fluides corrosifs, une utilisation dans des environnements corrosifs, lorsque la propreté du fluide est une préoccupation ou lorsque les températures de fonctionnement sont élevées.
La compatibilité du matériau d'étanchéité avec le fluide et avec la plage de température de fonctionnement est tout aussi importante. Le Buna-n est un matériau d'étanchéité typique. Des joints optionnels sont proposés par certains fabricants, notamment : fluorocarbone, EPDM, silicone et perfluoroélastomère.
Fluide utilisé (gaz, liquide, toxique ou inflammable)
Les propriétés chimiques du fluide doivent être prises en compte avant de déterminer les meilleurs matériaux pour votre application. Chaque fluide possède ses propres caractéristiques uniques, il faut donc veiller à sélectionner les matériaux de corps et d'étanchéité appropriés qui entreront en contact avec le fluide. Les pièces du régulateur en contact avec le fluide sont appelées composants « en contact avec le fluide ».
Il est également important de déterminer si le fluide est de nature inflammable, toxique, explosive ou dangereuse. Un régulateur sans décharge est préférable pour une utilisation avec des gaz dangereux, explosifs ou coûteux, car sa conception ne permet pas d'évacuer la pression excessive en aval dans l'atmosphère. Contrairement à un régulateur sans décharge, un régulateur à décharge (également appelé régulateur à décharge automatique) est conçu pour évacuer l'excès de pression en aval dans l'atmosphère. En général, il existe un trou d'aération sur le côté du corps du régulateur à cet effet. Dans certaines conceptions spéciales, l'orifice d'aération peut être fileté et toute pression excédentaire peut être évacuée du corps du régulateur par un tube et évacuée dans une zone sûre. Si ce type de conception est sélectionné, l'excès de fluide doit être évacué de manière appropriée et conformément à toutes les réglementations de sécurité.
Température
Les matériaux sélectionnés pour le régulateur de pression doivent non seulement être compatibles avec le fluide, mais aussi pouvoir fonctionner correctement à la température de fonctionnement prévue. La principale préoccupation est de savoir si l'élastomère choisi fonctionnera correctement dans toute la plage de températures prévue. De plus, la température de fonctionnement peut affecter la capacité de débit et/ou la raideur du ressort dans les applications extrêmes.
Pressions de fonctionnement
Les pressions d'entrée et de sortie sont des facteurs importants à prendre en compte avant de choisir le meilleur régulateur. Les questions importantes auxquelles il faut répondre sont les suivantes : Quelle est la plage de fluctuation de la pression d'entrée ? Quelle est la pression de sortie requise ? Quelle est la variation admissible de la pression de sortie ?
Exigences de débit
Quel est le débit maximal requis par l'application ? Dans quelle mesure le débit varie-t-il ? Les exigences de portage sont également un élément important à prendre en compte.
Taille poids
Dans de nombreuses applications de haute technologie, l'espace est limité et le poids est un facteur. Certains fabricants se spécialisent dans les composants miniatures et doivent être consultés si la taille et le poids globaux sont essentiels. Le choix des matériaux, en particulier des composants du corps du régulateur, aura un impact sur le poids. Tenez également compte des tailles des orifices (filetage), des styles de réglage et des options de montage, car ils influenceront la taille et le poids.
Régulateurs de pression en fonctionnement
Un régulateur de pression est composé de trois éléments fonctionnels
* Un élément réducteur ou restricteur de pression. Il s'agit souvent d'une soupape à clapet à ressort.
* Un élément de détection. Généralement un diaphragme ou un piston.
*Un élément de force de référence. Le plus souvent un ressort.
En fonctionnement, la force de référence générée par le ressort ouvre la soupape. L'ouverture de la soupape applique une pression sur l'élément de détection qui, à son tour, ferme la soupape jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment ouverte pour maintenir la pression réglée. Le schéma simplifié « Schéma du régulateur de pression » illustre ce dispositif d'équilibrage des forces.
(1) Élément réducteur de pression (soupape à clapet)
Le plus souvent, les régulateurs utilisent une soupape à « clapet » à ressort comme élément restrictif. La soupape comprend un joint élastomère ou, dans certaines conceptions à haute pression, un joint thermoplastique, qui est configuré pour former un joint sur un siège de soupape. Lorsque la force du ressort éloigne le joint du siège de soupape, le fluide peut s'écouler de l'entrée du régulateur vers la sortie. Lorsque la pression de sortie augmente, la force générée par l'élément de détection résiste à la force du ressort et la soupape se ferme. Ces deux forces atteignent un point d'équilibre au point de consigne du régulateur de pression. Lorsque la pression en aval chute en dessous du point de consigne, le ressort éloigne la soupape du siège de soupape et du fluide supplémentaire peut s'écouler de l'entrée vers la sortie jusqu'à ce que l'équilibre des forces soit rétabli.
(2) Élément de détection (piston ou diaphragme)
Les modèles à piston sont souvent utilisés lorsque des pressions de sortie plus élevées sont requises, lorsque la robustesse est un problème ou lorsque la pression de sortie ne doit pas être maintenue à une tolérance stricte. Les modèles à piston ont tendance à être lents, par rapport aux modèles à diaphragme, en raison du frottement entre le joint du piston et le corps du régulateur.
Dans les applications à basse pression ou lorsqu'une grande précision est requise, le type à diaphragme est préférable. Les régulateurs à diaphragme utilisent un élément en forme de disque mince qui est utilisé pour détecter les changements de pression. Ils sont généralement fabriqués en élastomère, cependant, un métal mince et convoluté est utilisé dans des applications spéciales. Les diaphragmes éliminent essentiellement le frottement inhérent aux conceptions de type piston. De plus, pour une taille de régulateur particulière, il est souvent possible de fournir une zone de détection plus grande avec une conception à diaphragme que ce qui serait possible si une conception de type piston était utilisée.
(3) L'élément de force de référence (ressort)
L'élément de force de référence est généralement un ressort mécanique. Ce ressort exerce une force sur l'élément de détection et agit pour ouvrir la vanne. La plupart des régulateurs sont conçus avec un réglage qui permet à l'utilisateur d'ajuster le point de consigne de pression de sortie en modifiant la force exercée par le ressort de référence.
Précision et capacité du régulateur
La précision d'un régulateur de pression est déterminée en comparant la pression de sortie au débit. Le graphique obtenu montre la chute de la pression de sortie à mesure que le débit augmente. Ce phénomène est connu sous le nom de chute. La précision du régulateur de pression est définie comme la quantité de chute que présente l'appareil sur une plage de débits ; moins de chute équivaut à une plus grande précision. Les courbes de pression par rapport au débit fournies dans le graphique « Carte de fonctionnement du régulateur de pression à action directe » indiquent la capacité de régulation utile du régulateur. Lors de la sélection d'un régulateur, les ingénieurs doivent examiner les courbes de pression par rapport au débit pour s'assurer que le régulateur peut répondre aux exigences de performance nécessaires à l'application proposée.
Définition de statisme
Le terme « chute » est utilisé pour décrire la chute de la pression de sortie, en dessous du point de consigne d'origine, lorsque le débit augmente. La chute peut également être causée par des changements importants de la pression d'entrée (par rapport à la valeur lors du réglage de la sortie du régulateur). Lorsque la pression d'entrée augmente par rapport au réglage initial, la pression de sortie chute. Inversement, lorsque la pression d'entrée chute, la pression de sortie augmente. Comme le montre le graphique « Carte de fonctionnement du régulateur de pression à action directe », cet effet est important pour l'utilisateur car il montre la capacité de régulation utile d'un régulateur.
Taille de l'orifice
L'agrandissement de l'orifice de la vanne peut augmenter la capacité de débit du régulateur. Cela peut être bénéfique si votre conception peut accueillir un régulateur plus grand, mais veillez à ne pas trop spécifier. Un régulateur avec une vanne surdimensionnée, pour les conditions de l'application prévue, entraînera une plus grande sensibilité aux fluctuations de pression d'entrée et peut provoquer une chute excessive.
Pression de verrouillage
La « pression de blocage » est la pression supérieure au point de consigne qui est nécessaire pour fermer complètement la vanne du régulateur et garantir qu'il n'y a pas de débit.
Hystérèse
L'hystérésis peut se produire dans les systèmes mécaniques, tels que les régulateurs de pression, en raison des forces de frottement causées par les ressorts et les joints. Jetez un œil au graphique et vous remarquerez que, pour un débit donné, la pression de sortie sera plus élevée lorsque le débit diminue que lorsque le débit augmente.
Régulateur à un étage
Les régulateurs mono-étagés sont un excellent choix pour les réductions de pression relativement faibles. Par exemple, les compresseurs d'air utilisés dans la plupart des usines génèrent des pressions maximales comprises entre 100 et 150 psi. Cette pression est acheminée dans l'usine, mais elle est souvent réduite à l'aide d'un régulateur mono-étagé à des pressions inférieures (10 psi, 50 psi, 80 psi, etc.) pour faire fonctionner des machines automatisées, des bancs d'essai, des machines-outils, des équipements de test d'étanchéité, des actionneurs linéaires et d'autres dispositifs. Les régulateurs de pression mono-étagés ne fonctionnent généralement pas bien en cas de variations importantes de la pression d'entrée et/ou des débits.
Régulateur à deux étages (Dual Stage)
Un régulateur de pression à deux étages est idéal pour les applications avec de grandes variations du débit, des fluctuations importantes de la pression d'entrée ou une diminution de la pression d'entrée comme c'est le cas avec le gaz fourni par un petit réservoir de stockage ou une bouteille de gaz.
Avec la plupart des régulateurs mono-étagés, à l'exception de ceux qui utilisent une conception à compensation de pression, une chute importante de la pression d'entrée entraînera une légère augmentation de la pression de sortie. Cela se produit parce que les forces agissant sur la vanne changent, en raison de la chute importante de pression, par rapport au moment où la pression de sortie a été initialement réglée. Dans une conception à deux étages, le deuxième étage ne sera pas soumis à ces changements importants de pression d'entrée, mais uniquement au léger changement de la sortie du premier étage. Cette disposition permet d'obtenir une pression de sortie stable du deuxième étage malgré les changements importants de pression fournis au premier étage.
Régulateur à trois étages
Un régulateur à trois étages fournit une pression de sortie stable similaire à un régulateur à deux étages, mais avec la capacité supplémentaire de gérer une pression d'entrée maximale nettement plus élevée. Par exemple, le régulateur à trois étages de la série PRD4HP de Beswick est conçu pour gérer une pression d'entrée aussi élevée que 3,000 0 psi et fournira une pression de sortie stable (dans la plage de 30 à XNUMX psi) malgré les variations de la pression d'alimentation. Un régulateur de pression petit et léger capable de maintenir une faible pression de sortie stable malgré une pression d'entrée qui diminuera au fil du temps à partir d'une pression élevée est un composant essentiel dans de nombreuses conceptions. Les exemples incluent les instruments d'analyse portables, les piles à combustible à hydrogène, les drones et les appareils médicaux alimentés par un gaz haute pression fourni par une cartouche de gaz ou une bouteille de stockage.
Maintenant que vous avez choisi le régulateur qui convient le mieux à votre application, il est important que le régulateur soit installé et réglé correctement pour garantir qu'il fonctionne comme prévu.
La plupart des fabricants recommandent l'installation d'un filtre en amont du régulateur (certains régulateurs ont un filtre intégré) pour empêcher la saleté et les particules de contaminer le siège de soupape. Le fonctionnement d'un régulateur sans filtre peut entraîner une fuite vers l'orifice de sortie si le siège de soupape est contaminé par de la saleté ou des matières étrangères. Les gaz réglementés doivent être exempts d'huiles, de graisses et d'autres contaminants qui pourraient encrasser ou endommager les composants de la vanne ou attaquer les joints du régulateur. De nombreux utilisateurs ignorent que les gaz fournis dans des bouteilles et des petites cartouches de gaz peuvent contenir des traces d'huiles provenant du processus de fabrication. La présence d'huile dans le gaz n'est souvent pas apparente pour l'utilisateur et ce sujet doit donc être discuté avec votre fournisseur de gaz avant de sélectionner les matériaux d'étanchéité de votre régulateur. De plus, les gaz doivent être exempts d'humidité excessive. Dans les applications à débit élevé, le régulateur peut givrer en présence d'humidité.
Si le régulateur de pression doit être utilisé avec de l'oxygène, sachez que l'oxygène nécessite des connaissances spécialisées pour une conception sûre du système. Des lubrifiants compatibles avec l'oxygène doivent être spécifiés et un nettoyage supplémentaire, pour éliminer les traces d'huiles de coupe à base de pétrole, est généralement spécifié. Assurez-vous d'informer votre fournisseur de régulateur que vous prévoyez d'utiliser le régulateur dans une application à l'oxygène.
Ne pas raccorder les régulateurs à une source d'alimentation dont la pression maximale est supérieure à la pression d'entrée nominale du régulateur. Les régulateurs de pression ne sont pas destinés à être utilisés comme dispositifs d'arrêt. Lorsque le régulateur n'est pas utilisé, la pression d'alimentation doit être coupée.
Installation
ÉTAPE 1
Commencez par connecter la source de pression à l'orifice d'entrée et la conduite de pression régulée à l'orifice de sortie. Si les orifices ne sont pas marqués, vérifiez auprès du fabricant pour éviter des connexions incorrectes. Dans certains modèles, des dommages peuvent survenir aux composants internes si la pression d'alimentation est fournie par erreur à l'orifice de sortie.
ÉTAPE 2
Avant d'ouvrir la pression d'alimentation du régulateur, dévissez le bouton de réglage pour limiter le débit à travers le régulateur. Ouvrez progressivement la pression d'alimentation afin de ne pas « choquer » le régulateur avec une soudaine poussée de liquide sous pression. REMARQUE : évitez de tourner la vis de réglage à fond dans le régulateur car, dans certains modèles de régulateurs, la pression d'alimentation complète sera délivrée à l'orifice de sortie.
ÉTAPE 3
Réglez le régulateur de pression sur la pression de sortie souhaitée. Si le régulateur n'est pas à décompression, il sera plus facile de régler la pression de sortie si le fluide s'écoule plutôt que si le fluide est « en impasse » (pas de débit). Si la pression de sortie mesurée dépasse la pression de sortie souhaitée, purgez le fluide du côté aval du régulateur et abaissez la pression de sortie en tournant le bouton de réglage. Ne purgez jamais le fluide en desserrant les raccords, car cela pourrait entraîner des blessures.
Avec un régulateur de type à décharge, l'excès de pression sera automatiquement évacué vers l'atmosphère depuis le côté aval du régulateur lorsque le bouton est tourné pour abaisser le réglage de sortie. Pour cette raison, n'utilisez pas de régulateurs de type à décharge avec des fluides inflammables ou dangereux. Assurez-vous que l'excès de fluide est évacué en toute sécurité et conformément à toutes les réglementations locales, nationales et fédérales.
ÉTAPE 4
Pour obtenir la pression de sortie souhaitée, effectuez les derniers réglages en augmentant lentement la pression en dessous du point de consigne souhaité. Il est préférable de régler la pression en dessous du point de consigne souhaité plutôt qu'au-dessus du point de consigne souhaité. Si vous dépassez le point de consigne lors du réglage du régulateur de pression, réduisez la pression réglée à un point inférieur au point de consigne. Ensuite, augmentez progressivement la pression jusqu'au point de consigne souhaité.
ÉTAPE 5
Activez et désactivez la pression d'alimentation plusieurs fois tout en surveillant la pression de sortie pour confirmer que le régulateur revient systématiquement au point de consigne. De plus, la pression de sortie doit également être activée et désactivée pour garantir que le régulateur de pression revient au point de consigne souhaité. Répétez la séquence de réglage de la pression si la pression de sortie ne revient pas au réglage souhaité.
Jewellok est spécialisé dans les raccords miniatures pour liquides et pneumatiques, les déconnexions rapides, les vannes et les régulateurs. Nous disposons d'une équipe d'ingénieurs d'application diplômés prêts à répondre à vos questions. Des conceptions personnalisées sont disponibles sur demande.