FR2477666A1 - Membrane type fluid flow regulator valve - has adjustable counter spring and uses flexible membrane to position valve in fluid line - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux appareils de mesure et de régulation à membrane et aux procédées de fonctionnement de ces appareils. L'invention sera explicitée sur l'exemple d'un détendeur de gaz, mais elle.s'applique à tout appareil de mesure et de régulation de fluide comprenant une membrane, qui est soumise aux forces antagonistes d'une pression de fluide et d'un autre moyen, tel qu'un ressort ou une autre pression de fluide, et dont le déplacement commande un mécanisme de modification du débit du fluide. The present invention relates to membrane measuring and regulating devices and to the operating methods of these devices. The invention will be explained on the example of a gas pressure regulator, but it applies to any device for measuring and regulating fluid comprising a membrane, which is subjected to the opposing forces of a fluid pressure and of another means, such as a spring or another fluid pressure, the displacement of which controls a mechanism for modifying the flow rate of the fluid.
On connait un détendeur, forme d'une coquille subdivisée en deux compartiments par une membrane. L''un des compartiments communique par un raccord d'entree avec une source de fluide et par un raccord de sortie avec un puits de fluide où ce dernier est utilisé ou consommé. La membrane est repoussée vers ce compartiment par un ressort logé dans l'autre compartiment. We know a regulator, the shape of a shell subdivided into two compartments by a membrane. One of the compartments communicates by an inlet fitting with a source of fluid and by an outlet fitting with a well of fluid where the latter is used or consumed. The membrane is pushed back towards this compartment by a spring housed in the other compartment.
Un mécanisme solidaire de la membrane ouvre plus ou moins le clapet pour l'entrez du fluide suivant la position de la membrane.A mechanism integral with the membrane more or less opens the valve for the entry of the fluid depending on the position of the membrane.
Un détendeur doit satisfaire aux conditions suivantes
1. La pression d'alimentation ou pression en amont doit pouvoir varier entre deux limites Pl et P2, le détendeur devant fonctionner pour tout P compris entre P1 et P2.A regulator must meet the following conditions
1. The supply pressure or upstream pressure must be able to vary between two limits P1 and P2, the regulator having to operate for any P between P1 and P2.
2. Le détendeur doit détendre le gaz à une pression p en aval comprise entre deux limites pl et p 2 et ce quel que soit le débit susceptible d'etre demandé par l'utilisateur du gaz. 2. The regulator must expand the gas to a downstream pressure p between two limits pl and p 2 and this whatever the flow rate likely to be requested by the gas user.
Ces conditions, dénommées performances du détendeur, peuvent se résumer par une famille de courbes (P) expérimentales représentant les variations de p en fonction du débit. Les performances sont d'autant meilleures que, pour la pression p en aval minimale, le débit autorisé, dit débit garanti, est plus grand. En d'autres termes, il convient que la pression p diminue le moins possible quand le débit augmente. These conditions, called regulator performance, can be summarized by a family of experimental curves (P) representing the variations of p as a function of the flow rate. The performances are all the better as, for the minimum downstream pressure p, the authorized flow, called guaranteed flow, is greater. In other words, the pressure p should decrease as little as possible when the flow rate increases.
On obtient des performances satisfaisantes en utilisant comme membrane, outre celles qui sont plates, celles qui sont preformées et, parmi celles-ci, uniquement celles à moulure à l'exception de celles dites à déroulement ou en forme d'assiette. Satisfactory performance is obtained by using as membrane, in addition to those which are flat, those which are preformed and, among these, only those with molding with the exception of those said to be unwound or in the form of a plate.
Une membrane à moulure ou à circonvolution est genéralement constituée dun disque en matière élastomère muni sur l'une des faces d'une gorge circulaire au voisinage de la périphérie et d'une nervure correspondante sur la face opposee. Les fabricants de membrane à moulure insistent sur la nécessité d'utiliser les membranes à moulure en faisant en sorte que la pression la plus grande s'applique sur la face intérieure ou concavité de la moulure.A membrane with molding or convolution generally consists of a disc of elastomeric material provided on one of the faces with a circular groove in the vicinity of the periphery and with a corresponding rib on the opposite face. Molding membrane manufacturers emphasize the need to use molding membranes by ensuring that the greatest pressure is applied to the interior face or concavity of the molding.
L'invention prend exactement le contre-pied de la technique antérieure en prévoyant de tourner la convexité de la moulure,alors que la membrane n'est pas sollicitée, vers le compartiment où régnera la pression de fluide la plus grande. The invention takes exactly the opposite of the prior art by providing for turning the convexity of the molding, while the membrane is not stressed, towards the compartment where the greatest fluid pressure will prevail.
D'une manière inattendue, on obtient ainsi,toutes choses égales d'ailleurs, une amélioration notable des performances. Unexpectedly, this gives, all other things being equal, a noticeable improvement in performance.
On constate aussi que cela repousse le seuil d'apparition des vibrations audibles. Tous ces avantages sont obtenus sans consentir de dépense supplémentaire pour la réalisation de la membrane.We also note that this pushes back the threshold of appearance of audible vibrations. All these advantages are obtained without incurring additional expense for the production of the membrane.
L'invention a donc pour objet un appareil de mesure et de régulation pour un fluide comprenant une coquille subdivisée en deux compartiments par une membrane moulure qui est ainsi soumise d'une part aux forces de pression appliquées par un fluide pouvant passer dans le premier compartiment en y faisant régner une pression de fluide supérieure à celle qui règne dans le second compartiment et d'autre part à une force antagoniste de ces forces de pression, et un moyen, commandé par le déplacement de la membrane, pour modifier le débit du fluide, caractérisé en ce que la membrane est conformée et montée de manière à ce que la moulure tournesa ou l'une de ses convexités vers le premier compartiment lorsque du fluide ne s'y trouve pas et vers le second compartiment lorsque la pression du fluide dépasse un seuil donné. The subject of the invention is therefore a measuring and regulating apparatus for a fluid comprising a shell subdivided into two compartments by a molding membrane which is thus subjected on the one hand to the pressure forces applied by a fluid which can pass into the first compartment by making there prevail a fluid pressure higher than that which prevails in the second compartment and on the other hand to a force antagonistic of these pressure forces, and a means, controlled by the displacement of the membrane, to modify the flow of the fluid , characterized in that the membrane is shaped and mounted so that the molding turns or one of its convexities towards the first compartment when the fluid is not there and towards the second compartment when the pressure of the fluid exceeds a given threshold.
Une étude approfondie a permis de constater que les performances sont d'autant meilleures que le retournement de la membrane, par lequel la convexité de sa moulure en devient une concavité, se produit dans la plage de mesure ou de régulation de l'appareil. An in-depth study has shown that performance is all the better as the inversion of the membrane, by which the convexity of its molding becomes a concavity, occurs in the measurement or regulation range of the device.
On peut jouer à cet effet notamment sur la nature de la matière constitutive de la membrane, sur la forme, sur l'épais- seur relative et sur la dimension de la moulure et sur le mode de fixation du pourtour de la membrane à la coquille. One can play for this purpose in particular on the nature of the material of the membrane, on the shape, on the relative thickness and on the dimension of the molding and on the method of fixing the periphery of the membrane to the shell. .
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple
La figure 1 est une vue en coupe d'undétendeur suivant l'invention.In the accompanying drawings, given only by way of example
Figure 1 is a sectional view of an expansion valve according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, illustrant le montage de la membrane. Figure 2 is a sectional view, on an enlarged scale, illustrating the mounting of the membrane.
La figure 3 est un graphique illustrant l'amélioration des performances grâce à l'invention, et
Les figures 4 et 5 sont des graphiques expliquant les modifications de fonctionnement provoquées par la mise en oeuvre de l'invention.FIG. 3 is a graph illustrating the improvement in performance thanks to the invention, and
Figures 4 and 5 are graphs explaining the operating changes caused by the implementation of the invention.
Le détendeur comprend un boîtier 1 constitué de deux demi-coquilles 2, 3 coinçant entre elles le pourtour d'une membrane 4 étanche, élastique, qui définit à l'intérieur du boîtier 1 un compartiment 5 supérieur et un compartiment 6 inférieur. Un ressort 7 est appuyé par l'une de ses extrémités sur le sommet 8 du compartiment 5 et par l'autre sur une coupelle 9 solidaire de la membrane 4. The regulator comprises a housing 1 consisting of two half-shells 2, 3 wedging between them the periphery of a waterproof, elastic membrane 4, which defines inside the housing 1 an upper compartment 5 and a lower compartment 6. A spring 7 is supported by one of its ends on the top 8 of the compartment 5 and by the other on a cup 9 secured to the membrane 4.
Le compartiment 6 de détente est pourvu d'un raccord 10 d'entrée du gaz comprimé et d'un raccord 11 de sortie du gaz détendu. The expansion compartment 6 is provided with a connection 10 for entering the compressed gas and a connection 11 for leaving the expanded gas.
De la coupelle 9 part vers le bas un cadre 12. From the cup 9 leaves a frame 12 downwards.
L'une des extrémités d'un levier 13 passe dans l'ouverture de ce cadre 12, tandis que l'autre extrémité du levier 13 forme un obturateur 14 du raccord 10. Le levier 13 est monté pivotant autour d'un axe 15 monté sur le boîtier 1 de sorte que l'obturateur s'écarte ou s'applique progressivementsur son siège selon que la membrane 4, solidaire du cadre 12, reste en place ou se déplace vers le haut.One end of a lever 13 passes through the opening of this frame 12, while the other end of the lever 13 forms a shutter 14 of the connector 10. The lever 13 is mounted so as to pivot about a pin 15 mounted on the housing 1 so that the shutter moves apart or is applied progressively on its seat depending on whether the membrane 4, integral with the frame 12, remains in place or moves upwards.
La membrane 4 est un disque en élastomère présentant au voisinage de son pourtour une moulure 16 dont la convexité est tournée vers le bas lorsque la membrane n'est pas sollicitée, étant en l'état où elle se trouve lorsqu'elle vient du moulage. The membrane 4 is an elastomeric disc having in the vicinity of its periphery a molding 16 whose convexity is turned downwards when the membrane is not stressed, being in the state it is in when it comes from molding.
Au graphique de la figure 3, on a porté en abscisses le débit (Q) de sortie du détendeur et en ordonnées la pression (p) du gaz a la sortie du détendeur pour deux pression P1 et P2 (7,5 bar et 200 mbar) d'alimentation. Les courbes P1 et P2 en traits pleins donnent les performances d'un détendeur suivant l'invention, tandis que celles P1' et P2' en pointillés donnent celles d'un détendeur antérieur utilisé dans les mêmes conditions et en tout point semblable au détendeur suivant l'invention, sauf pour ce qui concerne l'orientation de la convexité de la moulure de la membrane au repos. In the graph of FIG. 3, we have plotted on the abscissa the flow rate (Q) of the regulator outlet and on the ordinate the pressure (p) of the gas at the outlet of the regulator for two pressures P1 and P2 (7.5 bar and 200 mbar ) power supply. The curves P1 and P2 in solid lines give the performance of a regulator according to the invention, while those P1 'and P2' in dotted lines give those of a prior regulator used under the same conditions and in all points similar to the following regulator the invention, except as regards the orientation of the convexity of the molding of the membrane at rest.
Avec la membrane habituelle-et la pression d'alimentation P2, le débit garanti Q'g, pour. lequel on atteint la pression de sortie minimale pm en-dessous de laquelle il est interdit de se trouver, est de 1300 g/h, alors que le débit garanti Qg obtenu grâce à l'invention est de 2000g/h environ. 1 s'agit d'une amé lioration considérable des performances. With the usual diaphragm and the supply pressure P2, the guaranteed flow Q'g, for. which reaches the minimum outlet pressure pm below which it is prohibited to be, is 1300 g / h, while the guaranteed flow rate Qg obtained thanks to the invention is approximately 2000g / h. This is a considerable improvement in performance.
Cette amélioration s'explique de la manière suivante
On étudie une membrane en traçant les courbes (figures 4 et 5) donnant, en ordonnées l'effort de pression qu'il faut exercer sous la membrane (dont le poids est négligeable) lorsque l'on applique sur la membrane une charge croissante, portée en abscisses, pour que la membrane reste à un niveau donné repéré aux figures par les courbes -2 à +2. La courbe +2 correspond à une élévation de la membrane de 2 mm par rapport au plan O où la membrane se place d'elle-même lorsqu'elle n'est soumise à aucune force particulière, tandis que la courbe-2 correspond à un abaissement de la membrane.This improvement can be explained as follows
We study a membrane by drawing the curves (Figures 4 and 5) giving, on the ordinate, the pressure force that must be exerted under the membrane (whose weight is negligible) when we apply an increasing load on the membrane, plotted on the abscissa, so that the membrane remains at a given level identified in the figures by the curves -2 to +2. The curve +2 corresponds to an elevation of the membrane of 2 mm compared to the plane O where the membrane places itself by itself when it is not subjected to any particular force, while the curve -2 corresponds to a lowering of the membrane.
Alors que pour une membrane, présentée de manière classique (figure 5), les courbes sont sensiblement parallèles et relativement distantes suivant l'axe des ordonnées, pour un montage de la membrane suivant l'invention, elles se coupent et,surtout, au voisinage du point C d'intersectin sont proches les unes des autres (figure 4)
Or, comme la variation d'ordonnées représente la contribution de la membrane à la diminution de la pression p de sortie, on comprend que, toute chose égale d'ailleurs, la membrane ainsi montée permet de diminuer cette diminution de pression. Whereas for a membrane, presented in a conventional manner (FIG. 5), the curves are substantially parallel and relatively distant along the ordinate axis, for mounting the membrane according to the invention, they intersect and, above all, in the vicinity from point C of intersectin are close to each other (Figure 4)
However, as the variation of ordinates represents the contribution of the membrane to the reduction in the outlet pressure p, it is understood that, all other things being equal, the membrane thus mounted makes it possible to reduce this reduction in pressure.
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