Régulateur de pression

Bouteilles d’oxygène et de gaz MAPP avec régulateurs de pression à deux étages

Schéma de principe du régulateur de réduction de pression (A) et du régulateur de contre-pression (B). Les diagrammes supérieurs montrent l’état normal des vannes, qui est normalement ouvert pour les réducteurs de pression et normalement fermé pour les vannes de contre-pression.

• 1. Vis de réglage de la pression
• 2. Ressort
• 3. Actionneur
• 4. Orifice d’entrée (haute pression)
• 5. Orifice de sortie (basse pression)
• 6. Corps de vanne
• 7. Couronne et siège de soupape

Symboles de diagramme pour les régulateurs de réduction de pression et de contre-pression. La différence conceptuelle est principalement de quel côté le feedback est tiré.

Un régulateur de pression est une vanne qui contrôle la pression d’un fluide ou d’un gaz à une valeur souhaitée, en utilisant une 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 se composer d’un capteur de pression, d’un contrôleur et d’une vanne de débit séparés.

On trouve deux types : le régulateur de réduction de pression et le régulateur de contre-pression.

• Un régulateur de réduction de pression est une soupape de commande qui réduit la pression d’entrée d’un fluide ou d’un gaz à une valeur souhaitée à sa sortie. Il s’agit d’une vanne normalement ouverte et installée en amont des équipements sensibles 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 commande qui maintient la pression réglée sur son côté d’entrée en s’ouvrant pour permettre l’écoulement lorsque la pression d’entrée dépasse la valeur réglée. Elle diffère d’une soupape de surpression en ce que la soupape de surpression n’est destinée à s’ouvrir que lorsque la pression contenue est excessive et qu’il n’est pas nécessaire de maintenir une 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. Il s’agit d’une vanne normalement fermée qui peut être installée en parallèle avec un équipement sensible ou après l’équipement sensible pour bloquer l’écoulement et maintenir ainsi la pression en amont.

Les deux types de régulateurs utilisent la rétroaction de la pression régulée comme entrée dans le mécanisme de commande et sont généralement actionnés par un diaphragme ou un piston à ressort réagissant aux changements de la pression de rétroaction pour contrôler l’ouverture de la vanne, et dans les deux cas, la vanne ne doit être ouverte que suffisamment pour maintenir la pression régulée réglée. Le mécanisme réel peut être très similaire à tous égards, à l’exception de la mise en place du robinet de pression de rétroaction. Comme dans d’autres mécanismes de contrôle de rétroaction, le niveau d’amortissement est important pour atteindre un équilibre entre une réponse rapide à un changement de pression mesurée et la stabilité de la sortie. Un amortissement insuffisant peut entraîner une oscillation de chasse de la pression contrôlée, tandis qu’un frottement excessif des pièces mobiles peut provoquer une hystérésis.

Détendeur de pression

Fonctionnement

La fonction principale d’un détendeur de pression est d’adapter le débit de gaz à travers le détendeur à la demande de gaz qui lui est soumise, 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’éviter que la pression contrôlée ne diminue en raison d’une pénurie de gaz dans le système de pression. Il est souhaitable que la pression contrôlée ne varie pas fortement de la 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 une oscillation excessive.

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, telle qu’une vanne à clapet, une vanne papillon, une vanne à clapet, etc.
• L’élément de chargement est une pièce qui peut appliquer la force nécessaire à l’élément de restriction. Cette charge peut être assurée 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 commander une soupape à clapet afin de réguler la pression. Sans pression d’entrée, le ressort au-dessus du diaphragme le pousse vers le bas sur le clapet, le maintenant ouvert. Une fois la pression d’entrée introduite, le clapet ouvert permet l’écoulement 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 entraîne une réduction du débit du clapet, arrêtant finalement une nouvelle augmentation de la pression. En ajustant la vis supérieure, la pression vers le bas sur le diaphragme peut être augmentée, nécessitant plus de pression dans la chambre supérieure pour maintenir l’équilibre. De cette manière, la pression de sortie du régulateur est contrôlée.

F =(P i−P O) s + P o S + f {\displaystyle F =(P_{i}-P_{o}) s +P_{o} S +f}

F: force du ressort du diaphragme {\displaystyle F: {\text { force du ressort du diaphragme }}}

f: force du ressort à clapet {\displaystyle f: {\text {force du ressort à clapet}}}
P i: pression d’entrée {\displaystyle P_{i}: {\text {pression d’entrée}}}
P o : pression de sortie {\displaystyle P_{o}: {\text{pression de sortie}}}
s: zone de clapet {\displaystyle s: {\text{zone de clapet}}} {\displaystyle s: {\text{zone de clapet}}} {\displaystyle s: {\text{ zone de clapet}}}

S: zone du diaphragme {\displaystyle S: {\text {zone du diaphragme}}}

Régulateur à un étage

Régulateur de pression à un étage

Le gaz à haute pression provenant de l’alimentation pénètre dans le régulateur par l’orifice d’entrée. Le manomètre d’entrée indiquera cette pression. Le gaz traverse alors l’orifice de la vanne de régulation de pression normalement ouvert et la pression aval augmente jusqu’à ce que la membrane d’actionnement de la vanne soit suffisamment déviée pour fermer la vanne, empêchant tout gaz supplémentaire de pénétrer du côté basse pression jusqu’à ce que la pression retombe. Le manomètre de sortie indiquera cette pression.

La pression de sortie sur la membrane et la pression d’entrée et la force du ressort à clapet sur la partie amont de la vanne maintiennent l’ensemble diaphragme / clapet en position fermée contre la force du ressort de chargement de la membrane. Si la pression d’alimentation diminue, la force de fermeture due à la pression d’alimentation est réduite et la pression en aval augmentera 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 vidage en fin de réservoir où l’alimentation est assurée par un réservoir de gaz sous pression. 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 devient faible, la pression d’entrée inférieure fait grimper la pression de sortie. Si la compression du ressort de chargement du diaphragme n’est pas réglée pour compenser, le clapet peut rester ouvert et permettre au réservoir de vider rapidement son contenu restant.

Régulateur à double étage

Régulateur de pression à deux étages

Les régulateurs à deux étages sont deux régulateurs en série dans le même boîtier qui fonctionnent pour réduire progressivement la pression 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 émerge du deuxième étage à une pression (pression de service) réglée par l’utilisateur en ajustant le bouton de commande de pression au niveau du ressort de chargement de la membrane. Les régulateurs à deux étages peuvent avoir deux soupapes de sécurité, de sorte qu’en cas de surpression entre les étages due à une fuite au siège de soupape du premier étage, la pression montante ne surchargera pas la structure et ne provoquera pas d’explosion.

Un régulateur à un étage déséquilibré peut nécessiter un réglage fréquent. Lorsque la pression d’alimentation diminue, la pression de sortie peut changer, ce qui nécessite un réglage. Dans le régulateur à deux étages, la compensation de toute chute de pression d’alimentation est améliorée.

Applications

Régulateurs de réduction de pression

Compresseurs d’air

Les compresseurs d’air sont utilisés dans des environnements d’atelier industriels, commerciaux et domestiques pour effectuer un assortiment de tâches, notamment pour souffler des objets propres, faire fonctionner des outils pneumatiques et gonfler des objets tels que des pneus, des balles, etc. Les régulateurs sont souvent utilisés pour ajuster la pression sortant d’un récepteur d’air (réservoir) pour correspondre à ce qui est nécessaire pour la tâche. Souvent, lorsqu’un grand compresseur est utilisé pour fournir de l’air comprimé pour de multiples 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 s’assurer que chaque outil ou fonction distinct reçoit la pression dont il a besoin. Ceci est important car certains outils pneumatiques, ou utilisations pour l’air comprimé, nécessitent des pressions qui peuvent endommager d’autres outils ou matériaux.

Avions

Les régulateurs de pression se trouvent dans la pressurisation de la cabine des avions, le contrôle de la pression des joints d’étanchéité de la verrière, les systèmes d’eau potable et la pressurisation des guides d’ondes.

Aérospatiale

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 des vibrations élevées, des températures extrêmes élevées et des fluides corrosifs sont présents.

Cuisson

Les récipients sous pression peuvent être utilisés pour cuire les aliments beaucoup plus rapidement qu’à la pression atmosphérique, car la pression plus élevée augmente le point d’ébullition du contenu. Tous les autocuiseurs modernes auront une soupape de régulateur de pression et une soupape de surpression comme mécanisme de sécurité pour empêcher l’explosion dans le cas où la soupape de régulateur de pression ne relâche pas suffisamment la pression. Certains modèles plus anciens n’ont pas de soupape de sécurité. La plupart des modèles de cuisson à domicile sont conçus pour maintenir un réglage de pression basse et haute. Ces paramètres sont généralement de 7 à 15 livres par pouce carré (0,48 à 1,03 bar). Presque toutes les unités de cuisson à domicile utiliseront un régulateur de pression à un étage très simple. Les modèles plus anciens utiliseront simplement un petit poids au-dessus d’une ouverture qui sera soulevée par une pression excessive pour permettre à l’excès de vapeur de s’échapper. Les modèles plus récents intègrent généralement une vanne à ressort qui se soulève et permet à la pression de s’échapper lorsque la pression dans le récipient augmente. Certains autocuiseurs auront un réglage de dégagement rapide sur la vanne du régulateur de pression qui abaissera essentiellement la tension du ressort pour permettre à la pression de s’échapper rapidement, mais toujours en toute sécurité. Les cuisines commerciales utilisent également des autocuiseurs, dans certains cas utilisant des autocuiseurs à base d’huile pour frire rapidement les fast-foods. Les récipients sous pression de ce type peuvent également être utilisés comme autoclaves pour stériliser de petits lots d’équipements et dans les opérations de mise en conserve à domicile.

Réduction de la pression de l’eau

Régulateur de pression pour l’alimentation en eau domestique. La pression de sortie est réglée à l’aide du volant bleu et indiquée sur l’échelle verticale.

Une vanne de régulation de pression d’eau limite l’entrée en changeant dynamiquement l’ouverture de la vanne de sorte que lorsque moins de pression est sur le côté extérieur, la vanne s’ouvre complètement et qu’une trop grande pression sur le côté extérieur provoque la fermeture de la vanne. Dans une situation sans pression, où l’eau pourrait s’écouler vers l’arrière, elle ne sera pas entravée. Une vanne de régulation de pression d’eau ne fonctionne pas comme un clapet anti-retour.

Ils sont utilisés dans des applications où la pression de l’eau est trop élevée en bout de ligne pour éviter d’endommager les appareils ou les tuyaux.

Soudage et découpe

Les procédés de soudage et de découpe à l’oxycombustible nécessitent des gaz à des pressions spécifiques, et des régulateurs seront généralement utilisés pour réduire les pressions élevées des bouteilles de stockage à celles utilisables pour la découpe et le soudage. Les régulateurs d’oxygène et de gaz combustible ont généralement deux étapes: Le premier étage du régulateur libère le gaz à une pression constante de la bouteille bien que la pression dans la bouteille diminue à mesure que le gaz est libéré. Le deuxième étage du régulateur commande la réduction de pression de la pression intermédiaire à la basse pression. Le débit final peut être réglé au niveau de la torche. L’ensemble régulateur comporte généralement deux manomètres, l’un indiquant la pression du cylindre, l’autre indiquant la pression de refoulement. Le soudage à l’arc blindé à gaz inerte utilise également du gaz stocké à haute pression fourni par un régulateur. Il peut y avoir un indicateur de débit calibré pour le gaz spécifique.

Propane / gaz LP

Toutes les applications de propane et de gaz LP 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 du réservoir entre 30 et 200 livres par pouce carré (2,1 à 13,8 bars) et fournissent généralement une colonne d’eau de 11 pouces de 0,4 livre par pouce carré (28 mbar) pour les applications résidentielles et 35 pouces de colonne d’eau 1.3 livres par pouce carré (90 mbar) pour les applications industrielles. Les régulateurs de propane diffèrent par la taille et la forme, la pression de refoulement et l’ajustabilité, mais leur objectif est uniforme pour fournir une pression de sortie constante pour les besoins en aval. Les paramètres internationaux courants pour les régulateurs de gaz LP 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.)

Véhicules récréatifs

Pour les véhicules récréatifs avec plomberie, un régulateur de pression est nécessaire pour réduire la pression d’une alimentation en eau externe reliée à la plomberie du véhicule, car l’alimentation peut être beaucoup plus élevée que le terrain de camping, et la pression de l’eau dépend de la hauteur de la colonne d’eau. Sans régulateur de pression, la pression intense rencontrée dans certains terrains de camping dans les zones montagneuses peut suffire à faire éclater les conduites d’eau du camping-car ou à défaire les joints de plomberie, provoquant des inondations. Les régulateurs de pression à cet effet sont généralement vendus sous forme de petits accessoires à visser qui s’adaptent aux tuyaux utilisés pour connecter un VR à l’alimentation en eau, qui sont presque toujours compatibles avec le tuyau d’arrosage commun.

Alimentation en gaz respiratoire

Les régulateurs de pression sont utilisés avec des bouteilles de plongée pour la plongée sous-marine. Le réservoir peut contenir des pressions supérieures à 3 000 livres par pouce carré (210 bars), ce qui pourrait causer une blessure mortelle au barotraumatisme à une personne qui le respire directement. Un régulateur à commande de demande fournit un débit de gaz respiratoire à la pression ambiante (qui varie en fonction de la profondeur dans l’eau). Les régulateurs de pression sont également utilisés pour fournir du gaz respiratoire aux plongeurs fournis en surface et aux personnes qui utilisent un appareil respiratoire autonome pour le sauvetage et les travaux de hazmat sur terre. L’oxygène supplémentaire pour le vol à haute altitude dans les avions non pressurisés et les gaz médicaux sont également distribués par des régulateurs de réduction de pression provenant du stockage à haute pression.

Industrie minière

Comme la pression augmente rapidement par rapport à la profondeur, les opérations minières souterraines nécessitent un système d’eau assez complexe avec des détendeurs. Ces appareils doivent être installés à un certain intervalle de distance, généralement 600 pieds (180 m). Sans de telles vannes, les tuyaux éclateraient facilement et la pression serait trop élevée pour le fonctionnement de l’équipement.

Industrie du gaz naturel

Les régulateurs de pression sont largement utilisés dans l’industrie du gaz naturel. Le gaz naturel est comprimé à des pressions élevées afin d’être distribué dans tout le pays par de grands pipelines de transport. La pression de transmission peut être supérieure à 1 000 livres par pouce carré (69 bar) et doit être réduite à différentes étapes pour atteindre une pression utilisable pour des applications industrielles, commerciales et résidentielles. Il y a trois emplacements principaux de réduction de pression dans ce système de distribution. La première réduction est située à la porte de la ville, tandis que la pression de transmission est abaissée à une pression de distribution pour alimenter toute la ville. C’est également l’endroit où le gaz naturel inodore est odorisé avec du mercaptan. La pression de distribution est encore réduite dans une station de régulation de district, située en divers points de la ville, à moins de 60 psig. La coupe finale se produirait à l’emplacement des utilisateurs finaux. Généralement, la réduction de l’utilisateur final est portée à des pressions basses allant de 0,25 psig à 5 psig. Certaines applications industrielles peuvent nécessiter une pression plus élevée.

Régulateurs de contre-pression

• Maintenir le contrôle de la pression en amont dans les systèmes d’analyse ou de traitement
• Protéger les équipements sensibles contre les dommages causés par la surpression
• Réduire la différence de pression sur un composant qui ne tolère pas de grandes différences de pression.
• Lignes de vente de gaz
• Navires de production (p.ex., Séparateurs, appareils de traitement de chauffage ou décochages d’eau libres)
• Conduites d’évent ou de torche

Chambres hyperbares

Lorsque la chute de pression sur un système d’échappement intégré est trop importante, généralement dans les systèmes de saturation, un régulateur de contre-pression peut être utilisé pour réduire la chute de pression d’échappement à une pression plus sûre et plus gérable.

Casques de plongée de récupération

La profondeur à laquelle la plupart des mélanges respiratoires héliox sont utilisés en plongée en surface est généralement d’au moins 5 bars au-dessus de la pression atmosphérique de surface, et les gaz d’échappement du plongeur doivent passer à travers une soupape de récupération, qui est une soupape de contre-pression à commande de demande activée par l’augmentation de la pression dans le casque du plongeur causée par l’expiration du plongeur. Le tuyau de récupération de gaz qui ramène le gaz expiré à la surface pour le recyclage ne doit pas avoir une différence de pression trop importante par rapport à la pression ambiante du plongeur. Un régulateur de contre-pression supplémentaire dans cette ligne permet un réglage plus fin de la valve de récupération pour un travail de respiration plus faible à des profondeurs variables.

Voir aussi

• Système respiratoire intégré – Système d’alimentation en gaz respiratoire à la demande dans un espace confiné
• Vanne de régulation – Dispositif de régulation du débit
• Rétroaction négative – Système de commande utilisé pour réduire les excursions par rapport à la valeur souhaitée

• Animations De Pression

Wikimedia Commons a des médias liés aux régulateurs de pression.