Régulateurs de pression

Régulateurs de pression - Principes de conception, types et applications

Un régulateur de pression

Figure 1 : Un régulateur de pression Régulateur de pression-pneumatique-200.jpg

Un régulateur de pression est un dispositif qui contrôle la pression des liquides ou des gaz en réduisant une pression d'entrée élevée à une pression de sortie plus faible. Il produit une pression de sortie constante même en cas de fluctuations de la pression d'entrée.

Les détendeurs, sous diverses formes, conviennent à de nombreuses applications domestiques et industrielles, comme la régulation du propane dans les grils à gaz, la régulation de l'oxygène dans les équipements de santé, l'alimentation en air comprimé dans les applications industrielles et la régulation du carburant dans les moteurs automobiles et les applications aérospatiales. Le principal aspect commun à toutes ces applications est le contrôle de la pression - d'une pression d'entrée plus élevée à une pression de sortie plus faible. Cet article examine de plus près les types de régulateurs de pression, leurs applications et les éléments à prendre en compte lors du choix d'un régulateur de pression.

Table des matières

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Composants du régulateur de pression

Une pression régulière typique se compose des éléments suivants :

  • Un élément de détection tel qu'un diaphragme, un piston ou une membrane (figure 2 étiquetée A).
  • Un élément de charge qui applique la force nécessaire à l'élément réducteur, tel qu'un ressort, un actionneur à piston ou un actionneur à diaphragme (figure 2 étiquetée B).
  • Une entrée (figure 2 étiquetée C) et une sortie (figure 2 étiquetée E).
  • Un élément réducteur de pression tel qu'une soupape à clapet (figure 2 marquée D).
Représentation schématique d'un régulateur de pression typique à un étage avec une membrane (A), une poignée pour le réglage manuel de la pression (B), une entrée (C), une soupape à clapet (D) et une sortie (E).

Figure 2 : Représentation schématique d'un régulateur de pression typique à un étage avec une membrane (A), une poignée pour le réglage manuel de la pression (B), une entrée (C), une soupape à clapet (D) et une sortie (E).

Réducteur de pression

Une soupape à clapet à ressort est un élément standard de réduction de la pression dans un régulateur de pression. Les valves à clapet ont un joint élastomère pour les applications ordinaires et un joint thermoplastique pour les applications à haute pression. Le joint assure l'étanchéité de la vanne contre toute fuite de gaz ou de fluide. La force du ressort commande la soupape à clapet en l'ouvrant pour laisser le fluide s'écouler de l'entrée vers la sortie. Lorsque la pression de sortie augmente, la soupape à clapet se ferme en raison de la force de l'élément de détection, qui surpasse la force du ressort sur le clapet.

Élément de chargement

L'élément de charge commande l'élément de détection qui ouvre la vanne. La force du ressort est réglable, ce qui détermine la quantité de pression de sortie obtenue.

L'élément de détection

Les pistons conviennent aux pressions élevées, aux applications robustes et aux applications pour lesquelles des tolérances plus larges sur la pression de sortie sont acceptables. Les pistons ont tendance à être lents en raison de la friction entre le joint du pignon et le corps du régulateur.

Pour une plus grande précision, un élément de détection de type diaphragme est approprié. Les membranes ont tendance à avoir une friction plus faible que les modèles à piston. Ils offrent également une plus grande surface de détection pour une taille de régulateur donnée. Ils sont constitués d'un élastomère ou d'un matériau de type disque fin sensible aux variations de pression.

Types de régulateurs de pression

Les régulateurs de pression sont classés dans les catégories suivantes :

  • A commande directe ou autonome
  • Piloté

Régulateurs à commande directe

Les régulateurs à commande directe (figure 2) sont la forme la plus simple de régulateurs de pression. Ils fonctionnent généralement à des pressions de consigne plus faibles, inférieures à 0,07 bar (1 psi), et peuvent avoir une plus grande précision. À des pressions plus élevées, jusqu'à 35 bar (500 psi), ils peuvent avoir des niveaux de précision de 10 à 20 %.

Les régulateurs à action directe sont autonomes : ils n'ont pas besoin d'une ligne de détection externe à la sortie pour fonctionner efficacement. Ils sont constitués d'une valve actionnée par un ressort qu'un assemblage de diaphragme contrôle directement. L'énergie ou la pression du fluide en circulation active le diaphragme. L'augmentation de la pression aval agit sur la membrane, qui ferme le clapet en comprimant le ressort. Lorsque la pression aval diminue, la force du ressort devient supérieure à la force du fluide, agissant sur la membrane et ouvrant la vanne.

Régulateurs pilotés

Les détendeurs pilotés permettent un contrôle précis de la pression pour les conditions associées au gaz provenant de bouteilles ou de petits réservoirs de stockage, comme par exemple :

  • variation importante des débits
  • les fluctuations de la pression d'entrée
  • conditions de pression d'entrée décroissantes

Ce type de régulateur est généralement un dispositif à un ou deux étages. Un régulateur à un étage est idéal pour une réduction relativement faible de la pression. Il ne convient pas aux systèmes présentant de grandes fluctuations de la pression d'entrée ou des débits.

Un régulateur à double étage (figure 3) est le régulateur piloté le plus courant. Le premier étage est constitué d'un pilote à ressort qui contrôle la pression sur le diaphragme de la vanne de régulation principale. Lorsque la pression augmente, le ressort se comprime et la soupape pilote s'ouvre, créant un différentiel de pression entre le côté entrée de la soupape de régulation principale et la soupape de sortie. Cette différence de pression actionne la vanne de fonctionnement principale, et le débit s'effectue à une pression réduite à travers la vanne de sortie. Tant que la pression du fluide sur le pilote actionné par ressort est faible, il n'y a pas de débit en aval.

Représentation schématique d'un régulateur de pression à double étage avec des membranes (A), une poignée pour le réglage manuel de la pression (B), une entrée (C), une sortie (D), des valves à clapet (E) et une valve de pression réglée en usine (F).

Figure 3 : Représentation schématique d'un régulateur de pression à double étage avec des membranes (A), une poignée pour le réglage manuel de la pression (B), une entrée (C), une sortie (D), des valves à clapet (E) et une valve de pression réglée en usine (F).

Les régulateurs pilotés à double étage régulent avec précision une large gamme de pressions et de capacités. Ces régulateurs ne sont applicables qu'avec des fluides ou des gaz propres, car les petits passages et orifices peuvent se boucher. Cette disposition permet d'obtenir une pression de sortie stable et soutenue du deuxième étage malgré les chutes de pression dans le premier étage.

Applications des régulateurs de pression

Outre la réduction de la pression d'entrée, un régulateur de pression peut remplir d'autres fonctions :

Régulateurs de contre-pression et soupapes de sûreté

Une soupape de surpression limite la pression du système à un maximum prescrit. Il détourne une partie ou la totalité de la quantité de liquide ou de gaz de la pompe vers le réservoir lorsque la pression atteint la pression de consigne. Un régulateur de contre-pression maintient une pression d'entrée souhaitée en faisant varier le débit de liquide ou de gaz en réponse à un changement de la pression d'entrée.

Vannes de commutation de pression

Les valves de commutation de pression sont destinées aux systèmes logiques pneumatiques. Ces vannes sont à commutation 2/2 voies ou 3/2 voies.

Régulateur d'air

Les régulateurs d'air, ou régulateurs de compresseur d'air, se connectent à un compresseur d'air pour réguler le réglage de la pression. Le régulateur d'air ne peut pas augmenter la pression du réservoir d'air ; il ne peut qu'abaisser la pression ou la ramener au réglage de la pression du réservoir. Par conséquent, un régulateur d'air permet à un compresseur d'air de prendre en charge divers outils pneumatiques ayant des exigences de pression différentes. La seule nécessité est que la pression de sortie du réservoir d'air puisse supporter l'outil pneumatique ayant le plus grand besoin de pression.

Régulateur d'air basse pression

Les régulateurs d'air basse pression sont adaptés aux systèmes à basse pression. Ces régulateurs d'air utilisent des diaphragmes relativement grands. La grande membrane augmente la surface de contact de l'air d'entrée, ce qui permet aux fluides à basse pression d'ouvrir la membrane. De plus, le grand diaphragme supporte les systèmes qui nécessitent des débits élevés.

Régulateur de vide

Les régulateurs de vide contrôlent un vide. Il maintient un vide constant à l'entrée du régulateur avec un vide plus élevé à la sortie.

Autres applications

Les régulateurs de pression ont également les applications suivantes :

  • Ménage/domestique : Grils à gaz, fours à gaz, autocuiseurs, récipients sous pression et fours de chauffage domestique.
  • Air comprimé : Ateliers industriels et commerciaux pour le nettoyage, l'alimentation d'outils pneumatiques et le gonflage des pneus.
  • Aérospatiale : Moteurs de contrôle de la pression de propulsion et conduites de carburant
  • Soudage et coupage : Fournir du gaz aux pressions nécessaires à partir de bouteilles de stockage pour le soudage oxyacétylénique. Lisez notre article sur les régulateurs de soudage pour en savoir plus.
  • Véhicules à moteur à essence : Fournir du gaz sous pression au moteur
aérospatialesoudagebrûleur à gaz domestiquerégulation de l'oxygène à des fins médicales

Exemples d'applications des régulateurs de pression : aérospatiale, soudage, brûleur à gaz domestique et régulation de l'oxygène à des fins médicales.

Critères de sélection pour les régulateurs de pression

Les détendeurs sont disponibles en différentes tailles et constructions. Vous trouverez ci-dessous une liste de points à prendre en compte pour choisir le régulateur de pression adapté à une application :

  • Plage de pression de fonctionnement
  • Capacité ou débit requis
  • Nature du milieu (fluide ou gaz) transmis
  • Plage de température de fonctionnement
  • Exigences matérielles
  • Précision requise

Plage de pression de fonctionnement

Les pressions d'entrée et de sortie requises par une application déterminent le type de régulateur à utiliser :

  • La plage de pression d'entrée qu'un régulateur peut gérer en toute sécurité.
  • Les valeurs requises de la pression de sortie.
  • La précision requise de la pression de sortie.

Exigences en matière de capacité ou de débit

Évaluez les critères suivants :

  • Le débit maximal nécessaire.
  • La variation attendue du débit.
  • Sélection correcte de la taille du tuyau.

Nature du milieu (liquide ou gaz)

Il faut faire attention au type de milieu dans le régulateur :

  • Liquide/Gaz
  • Composition chimique
  • Inflammabilité/explosivité
  • Nature dangereuse/toxique
  • Propriétés corrosives

Plage de température de fonctionnement

Les matériaux des régulateurs de pression doivent être tels qu'ils doivent pouvoir remplir efficacement leur fonction dans une certaine plage de température de fonctionnement sans perdre leurs propriétés matérielles. Les élastomères utilisés pour l'étanchéité des régulateurs sont indiqués ci-dessous :

  • Nitrile (NBR) ou Néoprène (-40 °C à 82 °C)
  • Éthylène-propylène (EPDM) ou Perfluoroélastomère (FKM) pour les températures élevées.

Exigences matérielles

En fonction du milieu et des conditions de fonctionnement, différents matériaux de composants du régulateur sont disponibles, tels que.. :

  • En laiton : Communs et économiques
  • En plastique : Rentable et jetable
  • En aluminium : Considérations relatives au poids
  • Acier inoxydable : Environnements corrosifs, exigences de propreté élevées et températures de fonctionnement élevées.

Le joint du régulateur de pression doit être compatible avec la température et le fluide de fonctionnement. La taille et le poids du régulateur de pression sont des considérations importantes. Le matériau, la taille de l'orifice requise, les exigences de réglage et le type de montage doivent être pris en compte pour sélectionner le type approprié.

Précision requise

La valeur du "statisme" d'un régulateur de pression indique la précision de ce dernier. Le statisme est la réduction de la pression de sortie avec une augmentation du débit du fluide. Pour des exigences de précision plus faibles, une quantité relativement plus élevée de statisme peut être acceptable. Les régulateurs de pression avec un statisme plus élevé ont tendance à être plus rentables. Pour une plus grande précision, le type de construction, la taille optimisée de la vanne et la conception multi-étagée peuvent réduire la quantité de statisme.

FAQs

A quoi sert un régulateur de pression ?

Un régulateur de pression accepte une pression d'entrée et la réduit à une pression de sortie constante. Il est réglable pour une large gamme de pressions supérieures ou égales à la pression de sortie.

Quand un régulateur de pression est-il nécessaire ?

Un régulateur de pression est nécessaire lorsque la pression de la source est supérieure à la pression maximale requise. Par exemple, la pression provenant d'un compresseur d'air et allant vers un pistolet à peinture.

Où se trouve un régulateur de pression ?

Les régulateurs sont en amont des équipements sensibles. Le régulateur de pression d'eau se trouve à l'endroit où la conduite d'eau principale arrive dans la plomberie d'une maison. Un régulateur d'air est situé avant le refoulement du compresseur.

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