Régulateur de pression
Un régulateur de pression est une vanne qui contrôle la pression d'un fluide à une valeur souhaitée, en utilisant la rétroaction négative de la pression contrôlée. Les régulateurs sont utilisés pour les gaz et les liquides et peuvent être un dispositif intégré avec un réglage de pression, un restricteur et un capteur dans un seul corps, ou être constitués d'un capteur de pression, d'un contrôleur et d'une vanne de débit séparés.
Il existe deux types de régulateurs : le régulateur de réduction de pression et le régulateur de contre-pression.
Un régulateur de pression est une vanne de régulation qui réduit la pression d'entrée d'un fluide à une valeur souhaitée à sa sortie. Il s'agit d'une vanne normalement ouverte et installée en amont d'un équipement sensible à la pression.
Un régulateur de contre-pression, une soupape de contre-pression, une soupape de maintien de pression ou un régulateur de maintien de pression est une soupape de régulation qui maintient la pression réglée à son entrée en s'ouvrant pour permettre l'écoulement lorsque la pression d'entrée dépasse la valeur réglée. Il diffère d'une soupape de décharge de surpression en ce que la soupape de surpression n'est destinée à s'ouvrir que lorsque la pression contenue est excessive, et il n'est pas nécessaire de maintenir la pression en amont constante. Ils diffèrent des régulateurs de réduction de pression en ce que le régulateur de réduction de pression contrôle la pression en aval et est insensible à la pression en amont.[2] Il s'agit d'une vanne normalement fermée qui peut être installée en parallèle avec un équipement sensible ou après l'équipement sensible pour fournir une obstruction à l'écoulement et ainsi maintenir la pression en amont.
Les deux types de régulateurs utilisent la rétroaction de la pression régulée comme entrée du mécanisme de contrôle et sont généralement actionnés par un diaphragme à ressort ou un piston réagissant aux variations de la pression de rétroaction pour contrôler l'ouverture de la vanne. Dans les deux cas, la vanne doit être ouverte juste assez pour maintenir la pression régulée définie. Le mécanisme réel peut être très similaire à tous égards, à l'exception du placement de la prise de pression de rétroaction. Comme dans d'autres mécanismes de contrôle de rétroaction, le niveau d'amortissement est important pour obtenir un équilibre entre une réponse rapide à une variation de la pression mesurée et la stabilité de la sortie. Un amortissement insuffisant peut entraîner une oscillation de la pression contrôlée, tandis qu'un frottement excessif des pièces mobiles peut provoquer une hystérésis.
Régulateur réducteur de pression
La fonction principale d'un régulateur de réduction de pression est d'adapter le débit de gaz à travers le régulateur à la demande de fluide qui lui est imposée, tout en maintenant une pression de sortie suffisamment constante. Si le débit de charge diminue, le débit du régulateur doit également diminuer. Si le débit de charge augmente, le débit du régulateur doit augmenter afin d'empêcher la diminution de la pression régulée en raison d'une pénurie de fluide dans le système de pression. Il est souhaitable que la pression régulée ne varie pas beaucoup par rapport au point de consigne pour une large gamme de débits, mais il est également souhaitable que le débit à travers le régulateur soit stable et que la pression régulée ne soit pas soumise à des oscillations excessives.
Un régulateur de pression comprend un élément de restriction, un élément de charge et un élément de mesure :
L'élément de restriction est une vanne qui peut fournir une restriction variable au débit, comme une vanne à soupape, une vanne papillon, une vanne à clapet, etc.
L'élément de charge est une pièce qui peut appliquer la force nécessaire à l'élément de restriction. Cette charge peut être fournie par un poids, un ressort, un actionneur à piston ou l'actionneur à membrane en combinaison avec un ressort.
L'élément de mesure sert à déterminer si le débit d'entrée est égal au débit de sortie. Le diaphragme lui-même est souvent utilisé comme élément de mesure ; il peut servir d'élément combiné.
Dans le régulateur à un étage illustré, un équilibre de force est utilisé sur le diaphragme pour contrôler une soupape à clapet afin de réguler la pression. En l'absence de pression d'entrée, le ressort situé au-dessus du diaphragme le pousse vers le bas sur la soupape à clapet, la maintenant ouverte. Une fois la pression d'entrée introduite, le clapet ouvert permet le débit vers le diaphragme et la pression dans la chambre supérieure augmente, jusqu'à ce que le diaphragme soit poussé vers le haut contre le ressort, ce qui amène le clapet à réduire le débit, ce qui arrête finalement toute augmentation supplémentaire de la pression. En ajustant la vis supérieure, la pression vers le bas sur le diaphragme peut être augmentée, ce qui nécessite plus de pression dans la chambre supérieure pour maintenir l'équilibre. De cette façon, la pression de sortie du régulateur est contrôlée.
Régulateur de pression à un étage
Le gaz haute pression provenant de l'alimentation entre dans le régulateur par l'orifice d'admission. Le manomètre d'admission indique cette pression. Le gaz passe ensuite par l'orifice de la vanne de régulation de pression normalement ouvert et la pression en aval augmente jusqu'à ce que la membrane d'actionnement de la vanne soit suffisamment déviée pour fermer la vanne, empêchant ainsi toute entrée supplémentaire de gaz du côté basse pression jusqu'à ce que la pression baisse à nouveau. Le manomètre de sortie indique cette pression.
La pression de sortie sur le diaphragme et la pression d'entrée ainsi que la force du ressort du clapet sur la partie amont de la vanne maintiennent l'ensemble diaphragme/clapet en position fermée contre la force du ressort de charge du diaphragme. Si la pression d'alimentation chute, la force de fermeture due à la pression d'alimentation est réduite et la pression en aval augmente légèrement pour compenser. Ainsi, si la pression d'alimentation chute, la pression de sortie augmente, à condition que la pression de sortie reste inférieure à la pression d'alimentation en baisse. C'est la cause du déversement en fin de réservoir lorsque l'alimentation est fournie par un réservoir de gaz sous pression. [citation nécessaire] L'opérateur peut compenser cet effet en ajustant la charge du ressort en tournant le bouton pour rétablir la pression de sortie au niveau souhaité. Avec un régulateur à un étage, lorsque la pression d'alimentation baisse, la pression d'entrée inférieure fait grimper la pression de sortie. Si la compression du ressort de charge du diaphragme n'est pas ajustée pour compenser, le clapet peut rester ouvert et permettre au réservoir de vider rapidement son contenu restant.
Régulateur de pression à deux étages
Les régulateurs à deux étages sont deux régulateurs en série dans le même boîtier qui fonctionnent pour réduire la pression progressivement en deux étapes au lieu d'une. Le premier étage, qui est préréglé, réduit la pression du gaz d'alimentation à un étage intermédiaire ; le gaz à cette pression passe dans le deuxième étage. Le gaz sort du deuxième étage à une pression (pression de travail) définie par l'utilisateur en ajustant le bouton de contrôle de pression au niveau du ressort de charge du diaphragme. Les régulateurs à deux étages peuvent avoir deux soupapes de sécurité, de sorte qu'en cas de surpression entre les étages en raison d'une fuite au niveau du siège de soupape du premier étage, la pression croissante ne surchargera pas la structure et ne provoquera pas d'explosion.
Un régulateur mono-étage non équilibré peut nécessiter des réglages fréquents. Lorsque la pression d'alimentation chute, la pression de sortie peut changer, ce qui nécessite un réglage. Dans le régulateur à deux étages, la compensation est améliorée en cas de chute de la pression d'alimentation.
Applications du régulateur de pression
Les compresseurs d'air
Les compresseurs d'air sont utilisés dans les environnements industriels, commerciaux et d'atelier domestique pour effectuer un assortiment de tâches, notamment pour nettoyer des objets, faire fonctionner des outils pneumatiques et gonfler des objets tels que des pneus, des ballons, etc. Les régulateurs sont souvent utilisés pour ajuster la pression sortant d'un réservoir d'air afin de correspondre à ce qui est nécessaire pour la tâche. Souvent, lorsqu'un gros compresseur est utilisé pour fournir de l'air comprimé pour plusieurs utilisations (souvent appelé « air d'atelier » s'il est construit comme une installation permanente de tuyaux dans tout un bâtiment), des régulateurs supplémentaires seront utilisés pour garantir que chaque outil ou fonction distinct reçoit la pression dont il a besoin. Ceci est important car certains outils pneumatiques, ou utilisations de l'air comprimé, nécessitent des pressions qui peuvent endommager d'autres outils ou matériaux.
Avions
Les régulateurs de pression se trouvent dans la pressurisation des cabines d'avion, le contrôle de la pression des joints de verrière, les systèmes d'eau potable et la pressurisation des guides d'ondes.
Industrie aerospatiale
Les régulateurs de pression aérospatiaux ont des applications dans le contrôle de la pression de propulsion pour les systèmes de contrôle de réaction (RCS) et les systèmes de contrôle d'attitude (ACS), où de fortes vibrations, de grandes températures extrêmes et des fluides corrosifs sont présents.
Soudage et découpe
Les procédés de soudage et de coupage oxy-combustible nécessitent des gaz à des pressions spécifiques, et des régulateurs seront généralement utilisés pour réduire les hautes pressions des bouteilles de stockage à celles utilisables pour le coupage et le soudage. Les régulateurs d'oxygène et de gaz combustible ont généralement deux étages : le premier étage du régulateur libère le gaz à une pression constante du cylindre malgré la diminution de la pression dans le cylindre à mesure que le gaz est libéré. Le deuxième étage du régulateur contrôle la réduction de pression de la pression intermédiaire à la basse pression. Le débit final peut être réglé au niveau du chalumeau. L'ensemble régulateur comporte généralement deux manomètres, l'un indiquant la pression du cylindre, l'autre la pression de distribution. Le soudage à l'arc sous gaz inerte utilise également du gaz stocké à haute pression fourni par un régulateur. Il peut y avoir un débitmètre calibré pour le gaz spécifique.
Gaz propane/GPL
Toutes les applications au propane et au GPL nécessitent l'utilisation d'un régulateur. Étant donné que les pressions dans les réservoirs de propane peuvent fluctuer considérablement avec la température, des régulateurs doivent être présents pour fournir une pression constante aux appareils en aval. Ces régulateurs compensent normalement les pressions des réservoirs entre 30 et 200 livres par pouce carré (2.1 à 13.8 bars) et fournissent généralement une colonne d'eau de 11 pouces 0.4 livre par pouce carré (28 mbar) pour les applications résidentielles et une colonne d'eau de 35 pouces 1.3 livre par pouce carré (90 mbar) pour les applications industrielles. Les régulateurs de propane diffèrent en taille et en forme, en pression de distribution et en capacité de réglage, mais sont uniformes dans leur objectif de fournir une pression de sortie constante pour les besoins en aval. Les réglages internationaux courants pour les régulateurs de GPL domestiques sont de 28 mbar pour le butane et de 37 mbar pour le propane.
Véhicules à essence
Tous les moteurs de véhicules fonctionnant au gaz comprimé comme carburant (moteur à combustion interne ou groupe motopropulseur électrique à pile à combustible) nécessitent un régulateur de pression pour réduire la pression du gaz stocké (GNC ou hydrogène) de 700, 500, 350 ou 200 bars (ou 70, 50, 35 et 20 MPa) à la pression de fonctionnement.