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"DETENDEUR A COMPENSATION AUTOMATISE POUR GAZ
COMPRIME"
L'invention est relative aux appareils destinés à débiter, après avoir abaissé sa pression jusqu'à une valeur déterminée, un gaz (tel que l'air) provenant d'une réserve à haute pression (réservoir, bouteille, bombonne ... par exemple). De tels appareils appelés détendeurs comprennent une chambre de détente interposée entre la réserve à haute pression et la conduite de distribution de gaz détendu.
La chambre de détente est munie d'une soupape d'entrée par laquelle elle reçoit le gaz comprimé provenant de la réserve
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et cette soupape est placée sous la dépendance d'une membrane déformable munie d'un organe de rappel conTenable et soumise d'un côté à la pression de la ohambre de détente et (la l'autre côté à la pression extérieure. Le réglage de la membrane déformable et de la transmission agissant sur la soupape d'entrée est établi en vue de Maintenir automatiquement la pression régnant dans la chambre de détente à une valeur déterminée.
L'expérience a toutefois montré que dans les appareils de ce type la. différence entre la pression extérieure et la pression de la chambre de détente ne reste pas rigoureusement constante. En effet, alors que la force de rappel de la membrane est invariable (qu'il N'agisse de 1'élasticité propre de cette membrane ou d'un ressort auxiliaire) la pression agissant sur la soupape d'entrée ae la chambre de détente diminue à mesure que la réserve se vide. par suite, au cours du fonctionnement, il se produit dans la ohambre de détente, soit une augmentation de plus en plus grande de la pression, si la soupape d'entrée s'outre dans le sens opposé à la pression de distribution;
soit une diminution de plus en plus accusée de la pression, si la soupape d'entrée s'ouvre dans le sens de la pression de distribution.
La préaente invention a pour objet un diapo- aitif compensateur destiné à maintenir la pression de la chambre de détente à une valeur invariable jusqu'à épuisement de la réserve.
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Ce dispositif comprend une membrane additionnelle soumise sur une face à la pression de distribution du gaz détendu et sur l'autre face à la pression extérieure, cette membrane additionnelle pouvant en outre venir en contact, d'une part avec un poussoir à ressort et d'autre part avec la soupape d'entrée de la chambre de détente, de telle façon que l'effort exercé par ce ressort sur la dite soupape s'ajoute à celle de la pression de distribution et contrebalance la diminution subie par cette pression.
Aux dessins annexés :
La Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un détendeur compensé conforme à l'invention.
La Fig. 2 est une coupe montrant à échelle agrandie le dispositif compensateur.
La Fig. 3 montre une autre forme d'exécution du détendeur compensé.
Le dispositif représenté Fig. 1 oomprend une conduite 1 qui reçoit le gaz provenant d'une bouteille de gaz comprimé (non figurée) et cette conduite est reliée par un raccord 2 avec une capacité 3 ménagée dans un bloc 4 et constituant l'antichambre du détendeur.
Au-dessus du bloc 4 se trouve la chambre de détente 5 que surmonte une membrane 6 comportant une partie centrale rigide et un bord annulaire souple.
Cette membrane, montée dans un boitier 7, communique avec l'extérieur par des ouvertures 8 et elle est d'autre part, reliée à un levier 11 pivotant sur un
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support 12 et muni d'un rendort de rappel réglable 13 .Un leTier 14 pivotant sur le support12 et un @oussoir 15 août interposés entre le leTier 11 et la soupape 16 qui commande un oanal 20 -L'aimant communiquer l'antichambre 3 et la chambre de détente 5. La soupape 16 s'ouvre en sens contraire ue l'action exercée sur elle par la oression de distribution.
La chambre de détente 5 communique par un tube 17 avec une conduite 18 munie d'un robinet 22 qui permet d'ouvrir et de fermera volonté le débit de gaz détendu.
Suivant l'invention, le détendeur ainsi constitué est muni d'un dispositif compensateur destiné à maintenir constante la résistance à l'ouverture de la soupape 16 malgré les variations de la pression de distribution régnant dans l'antichambre 3.
Le dispositif compensateur visible Fig. 2 comprend dans l'antichambre 3 une membrane élastique 25 fixée sur son bord au moyen d'un rondelle filetée 26 et placée de façon à agir sur la tige 27 de la soupape 16. La surface libre de la membrane 25 est équivalente à la section de fermeture de la soupape 16.
Cette membrane 25 est en contact avec un poussoir 28 sur lequel agit un ressort 29 contenu dans une cavité 32. On règle la tension du ressort 29 au moyen du couvercle 31 vissé sur une portée filetée du bloc 4.
Le fonctionnement de l'appareil représenté Fig. 1 et 2 est le suivant :
Le gaz à haute pression fourni par la bouteille
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à l'antichambre 3 parvient à la ohambre de détente 5 par l'intermédiaire de la soupape 16 qui est commandée automatiquement de manière à conserver dans l'enceinte formée par la chambre 5 et le tube 17 et la conduite 18, une pression déterminée. On ouvre le robinet de sortie 22 suivant les besoins d'utilisation de gaz détendu.
La commande automatique de la soupape 16 est assurée par la membrane 6 soumise sur une de ses faces à la pression extérieure et sur l'autre face à la pression de la chambre de détente 5. La soupape se ferme lorsque l'action produite sur le poussoir 15 par la memgrane 6 et le ressort 13 censé de l'emporter sur la résistance opposée à l'ouverture. La soupape 16 est sollicitée dans le sens de la fermeture par la pression élevée régnant dans l'antichambre 3.
Cette pression décroît à mesure que la bouteille de gaz comprimé se vide et c'est pour contrebalancer la diminution de la résistance ainsi produite qu'on adjoint à la soupape 16 le dispositif compensateur qui fait l'objet de l'invention
On supposera,par exemple, qu'on branehe le détendeur sur une bouteille d'air comprimé à 200 Kg/em2 et que sous la pression initiale, la résistance à l'ouverture de la soupape 16 est de 9 Kg. (résistance proportionnelle à la section du canal 20 supposée par exemple égale à 4,5 mm2).
Quand l'arrivée d'air à haute pression est fermée, la soupape 16 est en équilibre, étant écartée de son siège sous l'effet de la membrane 6 et du ressort 13 et étant, d'autre part, soutenue par le ressort 29
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d'une force de 9 Kg. qui agit sur cette soupape par l'intermédiaire du poussoir 28 et de la membrane 25.
Si l'on fait arriver dans l'antichambre 3, l'air comprimé à 200 Kg/cm2, la aoupape 16 se ferme dès que la pression dans la chambre b atteint la valeur déterminée d'utilisation, par exemple 1.100 gr/om2. La membrane 25 subit sur sa surface libre intérieure une poussée de 9 Kg. qu'elle transmet au ressort 29, de manière à le comprimer. Le détendeur fonctionne alors comme s'il n'avait pas de dispositif compensateur.
A mesure qu'est utilisé en aval du robinet 22 l'air provenant de la bouteille et ayant traversé l'enoeinte 5, 17 et le tuyau 18, la pression s'abaisse dans cette bouteille et par suite dans l'antichambre 3 et il en est de même de la poussée exercée sur la face intérieure de la membrane 25. En conséquence,la foree statique du ressort 29 qui précédemment était annihilée, se trouve maintenant peu à peu libérée dans la mesure convenable.
Par exemple, quand la pression ue la bouteille est tombée au quart de la valeur initiale, boit à 50 Kg/cm2, l'air non détendu exerce sur la soupape 16 une poussée de 2Kg, 250. La membrane 2b dont la surface libre a le même diamètre que la section de fermeture de la soupape 16, reçoit aussi une poussée de 2Kg, 250 dirigée en sens inverse de la poussée de 9 Kg. exercée par le ressort 29. La soupape 16 subit donc une pression égale à la différence des deux efforts, soit9Kg. 2Kg,250 c'est-à-dire 6Kg ,750 . La poussée totale exercée sur la soupape 16 est donc toujours de 9 Kg.
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On voit ainsi que malgré les variations de la pression d'arrivée au détendeur la soupape 16 s'ouvre toujours pour la même valeur de la pression régnant dans la chambre 5, de sorte que cette dernière pression demeure invariable.
Dans le dispositif de la Fig. 3, la soupape 34 donnant accès à la chambre de détente 35 s'ouvre dans le sens de la pression due au gaz comprimé.
Sur cette figure, on voit en 36 le taraudage dans lequel se visse la conduite d'amenée de gaz, reliée à la bouteille d'alimentation. Le gaz parvient par le canal 37 à la capacité 38 qui constitué l'antichambre du détendeur. La soupape 34 porte une extension 39 en contact avec un levier 41 pivotant en 42 et muni d'un ressort de rappel 43 réglé au moyen d'une vis 44.
Le levier 41 est connecté par une tige 45 à une membrane 46 maintenue par le couvercle perforé 47 du boitier 48, de telle sorte que cette membrane est soumise sur une face à la pression extérieure et sur l'autre face à la pression de la chambre de détente.
Une tubulure 49 permet de brancher la conduite d'utili- sation.
Le dispositif compensateur comprend une membrane 51 serrée sur son pourtour par une rondelle 52 et touchant en son centre un poussoir 53 soumis luimême à l'action d'un ressort 54 qui prend appui sur le couvercle 55 de la cavité 56. La surface libre de la membrane 51 a le même diamètre Que la surface de fermeture de la soupape 34.
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Le ressort 54: ajoute son action à celle du gaz comprimé arrivant dans l'antichambre 38 de telle sorte que malgré la diminution de la pression d'arrivée au détendeur, la poussée exercée sur la soupape 3 dans le sens de l'ouverture reste constante.
Le dispositif compensateur qui fait l'objet de l'invention peut s'appliquer dans toutes les circonstances où l'on doit utiliser, après avoir abaissé sa pression jusqu'à une valeur déterminée, un gaz détendu provenant d'une réserve à haute pression. Ce dispositif convient notamment aux cas d'un débit constant (chalumeau, inhalateur etc ...
) d'un débit variable à volonté (alimentation d'un moteur à explosion par exemple) d'un débit intermittent et régulier (remplissa- ge automatique d'un récipient, alimentation d'un appareil respiratoire etc ...)
Dans tous les cas, à mesure que la pression d'arrivée au détendeur s'abaisse, le dispositif conforme à l'invention intervient pour maintenir constante la pression dans la chambre de détente, et évite les troubleu de fonstionnement qui se produisent généralement dans les appareils ordinairement employés.
L'invention ne doit d'ailleurs pas être considérée comme se limitant aux dispositifs visés cidessus et il est vinent que les divers éléments constituant ces dispositifpeuvent être remplacés par des éléments équivalents.
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"AUTOMATED COMPENSATION REGULATOR FOR GAS
COMPRESSED"
The invention relates to devices intended to discharge, after having lowered its pressure to a determined value, a gas (such as air) coming from a high pressure reserve (tank, bottle, cylinder, etc.) by example). Such devices called regulators include an expansion chamber interposed between the high pressure reserve and the expanded gas distribution pipe.
The expansion chamber is fitted with an inlet valve through which it receives the compressed gas from the reserve
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and this valve is placed under the control of a deformable membrane provided with a suitable return member and subjected on one side to the pressure of the expansion chamber and (the other side to the external pressure. the deformable membrane and the transmission acting on the inlet valve is established with a view to automatically maintaining the pressure prevailing in the expansion chamber at a determined value.
However, experience has shown that in devices of this type 1a. the difference between the external pressure and the pressure of the expansion chamber does not remain strictly constant. Indeed, while the return force of the diaphragm is invariable (whether it is the specific elasticity of this diaphragm or of an auxiliary spring) the pressure acting on the inlet valve to the expansion chamber decreases as the reserve becomes empty. consequently, during operation, there occurs in the expansion chamber, that is, an increasingly large increase in pressure, if the inlet valve overrides in the direction opposite to the distribution pressure;
or an increasingly marked decrease in pressure, if the inlet valve opens in the direction of the distribution pressure.
The object of the preaente invention is a compensating slide intended to maintain the pressure of the expansion chamber at an invariable value until the reserve is exhausted.
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This device comprises an additional membrane subjected on one side to the distribution pressure of the expanded gas and on the other side to the external pressure, this additional membrane also being able to come into contact, on the one hand with a spring plunger and on the other side. 'on the other hand with the inlet valve of the expansion chamber, so that the force exerted by this spring on said valve is added to that of the distribution pressure and counterbalances the reduction undergone by this pressure.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a longitudinal section of a compensated regulator according to the invention.
Fig. 2 is a section showing on an enlarged scale the compensating device.
Fig. 3 shows another embodiment of the compensated regulator.
The device shown in FIG. 1 oomprend a pipe 1 which receives the gas from a compressed gas cylinder (not shown) and this pipe is connected by a connector 2 with a capacity 3 provided in a block 4 and constituting the antechamber of the regulator.
Above the block 4 is the expansion chamber 5 surmounted by a membrane 6 comprising a rigid central part and a flexible annular edge.
This membrane, mounted in a housing 7, communicates with the outside through openings 8 and it is, on the other hand, connected to a lever 11 pivoting on a
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support 12 and provided with an adjustable return return 13. A lever 14 pivoting on the support 12 and a button August 15 interposed between the lever 11 and the valve 16 which controls an oanal 20 -The magnet communicating the antechamber 3 and the expansion chamber 5. The valve 16 opens in the opposite direction ue the action exerted on it by the distribution oression.
The expansion chamber 5 communicates via a tube 17 with a pipe 18 provided with a valve 22 which allows the flow of expanded gas to be opened and closed as desired.
According to the invention, the pressure reducer thus formed is provided with a compensating device intended to keep the resistance to opening of the valve 16 constant despite the variations in the distribution pressure prevailing in the anteroom 3.
The compensating device visible in Fig. 2 comprises in the anteroom 3 an elastic membrane 25 fixed on its edge by means of a threaded washer 26 and placed so as to act on the rod 27 of the valve 16. The free surface of the membrane 25 is equivalent to the section valve closing 16.
This membrane 25 is in contact with a pusher 28 on which acts a spring 29 contained in a cavity 32. The tension of the spring 29 is adjusted by means of the cover 31 screwed onto a threaded surface of the block 4.
The operation of the apparatus shown in Fig. 1 and 2 is as follows:
The high pressure gas supplied by the cylinder
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the antechamber 3 reaches the expansion chamber 5 via the valve 16 which is automatically controlled so as to maintain in the enclosure formed by the chamber 5 and the tube 17 and the pipe 18, a determined pressure. The outlet valve 22 is opened according to the requirements for the use of expanded gas.
The automatic control of the valve 16 is ensured by the membrane 6 subjected on one of its faces to the external pressure and on the other face to the pressure of the expansion chamber 5. The valve closes when the action produced on the valve. pusher 15 by the memgrane 6 and the spring 13 supposed to outweigh the resistance opposed to opening. The valve 16 is biased in the closing direction by the high pressure prevailing in the anteroom 3.
This pressure decreases as the compressed gas cylinder empties and it is to counterbalance the reduction in resistance thus produced that the valve 16 is added to the compensating device which is the subject of the invention.
It will be assumed, for example, that the regulator is connected to a cylinder of compressed air at 200 Kg / em2 and that under the initial pressure, the resistance to opening of the valve 16 is 9 Kg. (Resistance proportional to the section of the channel 20 assumed for example equal to 4.5 mm2).
When the high pressure air supply is closed, the valve 16 is in equilibrium, being moved away from its seat under the effect of the membrane 6 and the spring 13 and being, on the other hand, supported by the spring 29
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with a force of 9 kg. which acts on this valve via the pusher 28 and the membrane 25.
If the air compressed at 200 kg / cm2 is brought into the antechamber 3, the valve 16 closes as soon as the pressure in the chamber b reaches the determined value of use, for example 1,100 gr / om2. The membrane 25 undergoes on its internal free surface a thrust of 9 kg. Which it transmits to the spring 29, so as to compress it. The regulator then operates as if it did not have a compensating device.
As the air coming from the bottle and having passed through the chamber 5, 17 and the pipe 18 is used downstream of the tap 22, the pressure drops in this bottle and consequently in the anteroom 3 and it The same is true of the thrust exerted on the inner face of the membrane 25. Consequently, the static foree of the spring 29 which was previously annihilated, is now gradually released to the appropriate extent.
For example, when the pressure in the bottle has fallen to a quarter of the initial value, drinks at 50 kg / cm2, the non-expanded air exerts on the valve 16 a thrust of 2 kg, 250. The membrane 2b whose free surface has the same diameter as the closing section of the valve 16, also receives a thrust of 2Kg, 250 directed in the opposite direction to the thrust of 9 Kg. exerted by the spring 29. The valve 16 therefore undergoes a pressure equal to the difference between two efforts, or 9Kg. 2Kg, 250 i.e. 6Kg, 750. The total thrust exerted on the valve 16 is therefore always 9 kg.
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It can thus be seen that despite the variations in the inlet pressure to the regulator, the valve 16 always opens for the same value of the pressure prevailing in the chamber 5, so that this latter pressure remains invariable.
In the device of FIG. 3, the valve 34 giving access to the expansion chamber 35 opens in the direction of the pressure due to the compressed gas.
In this figure, we see at 36 the thread into which the gas supply pipe is screwed, connected to the supply bottle. The gas arrives through channel 37 to capacity 38 which constitutes the anteroom of the regulator. The valve 34 carries an extension 39 in contact with a lever 41 pivoting at 42 and provided with a return spring 43 adjusted by means of a screw 44.
The lever 41 is connected by a rod 45 to a membrane 46 held by the perforated cover 47 of the housing 48, so that this membrane is subjected on one side to the external pressure and on the other side to the pressure of the chamber. of relaxation.
A tubing 49 makes it possible to connect the use pipe.
The compensating device comprises a membrane 51 clamped around its periphery by a washer 52 and touching at its center a pusher 53 itself subjected to the action of a spring 54 which bears on the cover 55 of the cavity 56. The free surface of the membrane 51 has the same diameter as the closing surface of the valve 34.
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The spring 54: adds its action to that of the compressed gas arriving in the antechamber 38 so that despite the decrease in the inlet pressure to the regulator, the thrust exerted on the valve 3 in the opening direction remains constant .
The compensating device which is the object of the invention can be applied in all the circumstances where it is necessary to use, after having lowered its pressure to a determined value, an expanded gas coming from a high pressure reserve. . This device is particularly suitable for cases of a constant flow (torch, inhaler, etc.
) a variable flow rate at will (supplying an internal combustion engine for example) an intermittent and regular flow rate (automatic filling of a container, supply of a breathing apparatus, etc.)
In any case, as the inlet pressure to the regulator drops, the device according to the invention intervenes to keep the pressure constant in the expansion chamber, and avoids the operating problems which generally occur in apparatus ordinarily employed.
The invention should not moreover be considered as being limited to the devices referred to above and it is just that the various elements constituting these devices can be replaced by equivalent elements.