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s.A. des Ateliers de Construction BUROKHARDT, à Bâle, (Suisse).
Système de réglage continu du débit de compresseurs. (Faisant l'objet d'une première demande de brevet d'invention déposée en Suisse le ker. ovembre 1943.)
L'on connaît déjà un système de réglage permettant de régler le débit de compresseurs à piston jusqu'à une certaine limite, appelé système de réglage par orifice d'échappement partiel, ce système de réglage comportant une soupape de réglage située au milieu de la course de piston et reliant la chambre de cylindre avec le canal
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d' aspiration.
A la fig. 1 du dessin annexé, on a représenté, a titre d'explication du fonctionnement de ce système, les diagrammes pouvant être réalisés avec celui-ci. Avec la soupape de réglage fermée, le compresseur fournit son débit total et l'on obtient un diagramme normal 1 - 2 - 3 - 4 -- 1, la superficie du diagramme représentant le travail adiabatique nécessaire et la distance V le volume aspiré. Lorsque la soupape de réglage est complètement ouverte, l'on obtient la réduction maximum de débit. Le diagramme est déterminé par les points 1-5-6-3-4-1 et montre qu'au début de la course de compression le piston refoule d'aoord le gaz incomprimé dans le canal d'aspiration. C'est seulement lorsque le piston a dépassé l'orifice de réglage que la compression oommenoe au point 5.
Le volume de gaz effectivement débité est représenté par la distance V. Le travail adiabatique nécessaire, représenté par la superficie du diagramme, a été réduit dans la même proportion que le volume débité,de sorte que le réglage fonctionne dans ces conditions théoriquement sans pertes.
Or, en fermant partiellement la soupape de réglage, on peut établir tout débit voulu entre la limite inférieure et le dédit total, en obtenant ainsi des diagrammes avec le contour 1 - 7 - 8 - 3 - 4 - 1. Au début de la course de compression, le piston refoule de nouveau une certaine quantité de gaz à travers la lumière de réglage et la ramène dans le canal d'aspiration ; toutefois,l'étran-
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glement de l'orifice produit une certaine oompression jusqu'au point 7,..ou le piston passe par-dessus l'orifice de réglage et l'obture. Sur le reste de course de 7 à 8; la compression est adiabatique. Si l'on prolonge l'adiabate 7 - 8 en arrière jusqu'au point 9, la distance V" de 9 à 4 correspond au volume de gaz effectivement débité.
En supposant un réglage sans pertes, cette distance V" correspondrait au diagramme 9 - 8 - 3 - 4 - 9 dont la super- ficie est égale à celle du réglage à orifice d'échappement moins la superficie haohurée 1 - 7 - 9. Cette superficie représente donc un travail supplà mentaire absorbé par la compression inutile d'une partie du gaz refoulé. Le calcul montre que ce travail supplémentaire est très insignifiant et ne s'élève qu'à quelques pourcents du travail de compression total, de façon à pouvoir être pratiquement négligé. En particulier dans les compresseurs à plusieurs étages ou cette perte ne se produit qu'au premier étage et diminue donc proportionnellement, elle n'entre plus en considération.
En comparaison d'autres méthodes connues pour le réglage continu du débit de compresseurs, le réglage à orifice d'échappement est avantageux du fait qu'il se dispense d'organes mobiles actionnés en permanence à la cadence de la machine et donnant lieu, comme on le sait, à de fréquentes perturbations.
Si le réglage à l'orifice d'échappement n'a, en
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dépit de cet avantage, pour ainsi dire pas été employé pratiquement jusqu'à présent, la raison en réside en divers inconvénients inhérents, résultant du mode d'opération mécanique de la soupape de réglage utilisé jusqu'à présent, à savoir au moyen d'un volant et d'une tige filetée. La manoeuvre de la soupape de réglage dont les dimensions sont assez considérables dans les grands compresseurs demande un effort physique considérable et un certain temps, ce qui la rend incommode. En outre, elle ne peut être effectuée que sur la macnine même, car un réglage à distance ne pourrait être réalisé qu'avec des moyens extrêmement compliqués et coûteux.
Dans bien des cas, les avantages par rapport à l'économie de travail résultant d'un réglage continu ne peuvent être réalisés que lorsque le réglage se produit toujours au moment requis, c'est à dire de façon complètement automatique. Cependant, le réglage automatique du système mécanique entraînerait des complications inadmissibles, et cela en particulier lorsqu'il faut éviter un surréglage. Finalement la tige filetée est soumise, lors de son action, à' un effort excessivement pré- judiciable. Au début de la course de compression sur une extrémité du cylindre, le gaz remplissant le cylindre est refoulé dans le canal d'aspiration à travers l'orifice de réglage en accusant des vitesses considérables par suite de la pression régnant dans le cylindre particulièrement lorsque la soupape de réglage est partiellement fermée.
Aussitôt que le piston a passé par-dessus l'orifice, celleci entre en communication avec l'autre extrémité du cylindre dans laquelle se produit en même temps la course d'aspiration et, de ce fait, le gaz passe maintenant en sens,
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inverse dans le cylindre à travers l'orifice d'échappement.
Au changement de course, la direction d'admission vient à nouveau se renverser. La soupape de réglage et sa tige filetée sont continuellement seoouées par suite de ce double changement du sens d'admission et cela avec une force d'autant plus grande que la position de la soupape se rapproche de la fermeture complète. Etant donné que le filet de réglage doit être pourvu d'origine d'un certain jeu, il sera bientôt abfmé et la soupape commencera à cogner.
La présente invention concerne une commande hydraulique s'adaptant aux conditions de fonctionnement particulières de cette soupape de réglage, commande éliminant tous ces inconvénients.et permettant de réaliser une manoeuvre très simple et présentant toute sécurité de service de la soupape de réglage, manoeuvre pouvant être effectuée à la main ou automatiquement. Cette commande permet d'augmenter les possibilités d'emploi du réglage a orifice d'échappement, de l'adapter à toutes les conditions de service désirées et d'en augmenter l'étendue de réglage.
La fig. 2 montre schématiquement une forme d'exécution de l'objet de l'invention. Dans cette figure, A désigne une partie d'un cylindre a double effet d'un compresseur, B le piston, 0 les poches dans lesquelles sont logées les soupapes d'aspiration (non-représentées) du type usuel et D le canal d'aspiration commun aux deux extrémités de cylindre. Au milieu de la course est placée la soupape de réglage 10 reliée sans jeu au servo-piston 11. Un fort ressort 12 a
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la tendance de solliciter la soupape vers la position d'ouverture. La soupape est maintenue a la position de fermeture par un liquide sous pression agissant dans la chambre 13 à l'encontre de la force du ressort, en tant que la pression du liquide surmonte la pression du ressort tendu.
Lors d'un décroissement lent de la pression du liquide, la soupape s'ouvre graduellement et vient toujours au repos dans une position dans laquelle l'équilibre est établi entre la force du ressort et la pression du liquide. La soupape fonctionne donc de manière exactement proportionnelle a la pression du liquide entre une limite supérieure et une limite inférieure de celle-ci, ces limites étant déterminées par la force du ressort à l'état tendu et détendu. A toute pression de liquide entre les deux limites correspond donc une position bien déterminée de la soupape et par conséquent aussi un débit déterminé du compresseur.
Le piston 11 est ajusté avec un jeu dans le cylindre tel qu'il a une étanchéité faiblement imparfaite, de sorte qu'une petite quantité du liquide sous pression peut constamment passer dans la chambre 14 communiquant avec le réservoir 16 par une conduite de décharge 15.
La conduite 15 est raccordée au point le plus élevé de la chambre 14 , de sorte que l'air de celle-ci est évacué automatiquement. La conduite 15 débouche dans le réservoir 16 audessous du niveau de liquide, de sorte que, par suite d'un déplacement de piston 11 en direction de l'ouverture, donc d'un élargissement de la chambre 14, du liquide peut être
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aspiré du réservoir 16 afin que la chambre 14 reste .toujours remplie de liquide. A l'endroit d'admission du liquide dans la chambre 13 ou de son issue de cette chambre, ou aux deux endroits ensemble, on peut prévoir des passages d'étranglement réglables 17 à l'aide desquels la vitesse de déplacement du servo-piston peut être réglée à volonté.
Un oognement de la soupape par suite du changement rapide de la direction de refoulement du gaz est complètement empêché par le liquide remplissant les chambres 13 et 14. Grâce à son jeu largement calculé, le piston 11 peut d'ailleurs se déplacer sans frottement , de sorte qu'un réglage très précis est assuré conformément à la pression de liquide actuelle.
La pression de liquide nécessaire au déplacement du servo-piston 11 est produite par une pompe 18 aspirant dans le réservoir 16 et est réglée par une soupape régulatrice de pression 19 laissant retourner l'excédent de liquide au réservoir par la conduite de retour 20. Le débit du compresseur peut être réglé à volonté en tendant ou en détendant leressort de la soupape régulatrice de pression 19 ; cette soupape peut être placée directement sur le servomoteur ou à un endroit approprié en une distance arbitraire, par exemple être montée sur un tableau de distribution. La pression déterminée par la soupape régulatrice peut être lue sur un manomètre 21 qui peut également être placé a une distance arbitraire de la machine.
Comme il a déjà été mentionné, un débit déterminé de la machine correspond à chaque pression
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de liquide entre les limites de réglage; il est donc sans autre possible de prévoir sur le manomètre une division de l'échelle correspondante permettant la lecture directe du débit actuel de la machine.
Dans la plupart des cas, il sera indiqué d'employer de l'huile comme liquide sous pression parce que celle-ci s'adapte le mieux a ce but. Toutefois, un autre fluide approprié doit être choisi pour la pression de gaz qui n'ose pas entrer en contact avec de l'huile.
Evidemment, il serait aussi possible, comme solution ultérieure, de séparer le servo-moteur du cylindre par une lanterne, afin d'empêcher ainsi, par suite de la longueur plus grande de la soupape régulatrice, en toute sûre- té un oontact entre l'huile et le gaz.
Lorsqu'on utilise de l'huile comme liquide de commande, l'on peut éventuellement se dispenser de la pompe à huile 18 et du réservoir 16 si l'huile sous pression est prélevée sur la lubrification à circulation sous pression du mécanisme ; dans ce cas, l'appareil régulateur devient tout particulièrement simple et bon marché.
Pour le réglage de machines à plusieurs étages, il est sans autre possible de pourvoir chaque étage d'un réglage à orifice d'échappement séparé et de commander tous les servo-moteurs à partir d'une soupape régulatrice de pression commune, de sorte que le débit de tous les étages diminuerait simultanément et uniformément et que les pressions intermédiaires resteraient constantes lors du réglage.
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En général, on préfère cependant de ne régler que le premier étage, car cela rend la machine plus simple et parce que, de ce fait, le faible travail supplémentaire nécessaire, inhérent au réglage à orifice d'échappement,se trouve ainsi diminué encore d'avantage et l'on supporte dans ce cas la variation des pressions d'étage. Sans aucun doute, le rapport de pression du dernier étage accroît alors dans la même proportion du fait que le volume d'aspiration décroît, et il est souvent nécessaire de diminuer après une certaine réduction de débit aussi le volume d'aspiration du dernier étage par un réglage supplémentaire, afin d'empêcher un trop grand accroissement du rapport de pression dans cet étage.
Grâce à la présente invention, il est sans autre possible de réaliser un réglage supplémentaire automatique en dépendance du réglage du premier étage.
Dans la modification suivant la fig. 3, 23 désigne la chambre de cylindre du dernier étage, 24 un espace nuisible supplémentaire pour la réduction de débit du dernier étage, 25 une soupape d'arrêt sollicitée vers la position d'ouverture par un ressort 26 et vers la position de fermeture par la pression d'un liquide agissant sur le piston 27. Des fuites de liquide passant éventuellement par les points de manque d'étanchéité du piston 27 sont évacuées par la conduite 15. Le servo-moteur du premier étage (dont l'agencement est du reste le même que de celui représenté à la figure 2) est muni à peu près au milieu de la course d'une lumière 28 ayant une largeur égale à celle du piston 11 ,ou légèrement plus grande.
Pendant que la soupape régulatrice 10 du premier étage est fermée, la pression régnant dans la chambre 13 se propage dans la conduite 29 et maintient la
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soupape 25 fermée. En donnant au ressort 26 et au piston 27 des dimensions correspondantes, on obtient que la soupape 25 reste encore fermée même lorsque la pression diminue et le piston 11 se déplace vers la droite. Mais aussitôt que la soupape 10 s'ouvre à moitié et que le piston 11 passe au-delà de la lumière 28, la conduite 29 vient communiquer avec la chambre 14 et sa pression tombe à zéro en sorte que le ressort 26 ouvre la soupape 25 en établissant ainsi la communication avec l'espace nuisible 24.
Le réglage de débit supplémentaire du dernier étage pourrait être réalisé, a la place de l'espace nuisible, aussi a l'aide d'une soupape de dérivation ou d'un autre moyen connu quelconque sans aucune modification du schéma de la commande automatique.
Très souvent on se trouve en face du problème de régler le débit d'un compresseur de manière complètement automatique en dépendance d'un facteur de service quelcon- que. La présente invention rend la solution de ce problème particulièrement simple, parce que le problème se réduit au réglage de la valeur de la pression de liquide dans le servo-moteur en dépendance du facteur de service en question.
A titre d'exemple d'exécution, la fig. 4 montre une soupape de réglage réglant automatiquement la pression de liquide en fonction de la pression finale du oompres- seur. L'excédent de liquide fourni par la pompe 18 soulève le disque ,de soupape 30 à rencontre de la pression du ressort de charge 31 et retourne à travers la conduite
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de décharge 20 au réservoir. Dans la conduite 32 conduisant au servo-moteur règne donc une pression dont la valeur dépend de la tension actuelle du ressort 31. La pression finale' du compresseur agit sur la face inférieure du piston rodé 33 étanche dans sa chambre.
A chaque pression finale du compresseur correspond de ce fait une pression de liquide déterminée et également un débit déterminé du compresseur, ce dernier décroissant au fur et à mesure de l'accroissement de la pression finale. Le réglage est par conséquent complètement stable et vient se régler asymtotiquement sans oscillations et sans surréglage sur la nouvelle condition- dtéquilibre. La pression finale peut être réglée à volonté en tendant ou détendant le ressort 34. Il va de soi que bien des modifications peuvent être apportées au principe de conception de cette soupape régulatrice automatique sans changer l'idée de base fondamentale.
On pourrait, par exemple, placer le piston de commande 33 et la soupape régulatrice de pression 30 côteà côte au lieu de les réunir concentriquement ensemble e.t le ressort 31 devrait être tendu dans ce cas par un levier de oommande en fonction du mouvement du piston 33. A la place du piston rodé 33, l'on pourrait aussi employer une membrane ou un soufflet à tube ondulé ou un autre dispositif quelconque qui se détend lors d'un accroissement de pression, ce qui serait avantageux en particulier dans les cas dans lesquels l'emploi d'un piston rodé entraînerait des difficultés à cause de la nature du gaz ou d'une pression trop élevée.
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En outre, il va de soi qu'un réglage peut également être effectué de la même manière en fonction d'un autre facteur de service que la pression finale. Par exemple, il peut être nécessaire dans des compresseurs à multiple étage, de maintenir une pression intermédiaire oonstante et d'effectuer le réglage en fonction de celle-ci, par exemple à cause d'un lavage. En outre, il peut être requis un réglage en fonction dela pression d'aspiration ou en fonction du niveau de la cloche d'un gazomètre, afin de conformer le volume d'aspiration au débit limité d'une source de gaz spéciale quelconque.
Il est également possible que le réglage doit être effectué en fonction d'un second volume si le rapport de mélange de deux gaz doit être maintenu constant.
En outre, on peut s'imaginer des réglages en fonction d'une température et d'autres grandeurs queloon- ques. Dans ces cas, il est nécessaire de remplacer le piston de commande 33 psr un organe qui se meut conformément à la fonction requise du facteur de service en question.
Si cet organe ne possède pas la force requise pour tendre le ressort de réglage 31, on peut prévoir l'insertion d'un amplificateur hydraulique.
Comme il a déjà été expliqué, l'étendue de réglage d'un réglage à orifice d'échappement est limité. Dans les cylindres à double effet, il faut pour des raisons de symétrie que la soupape régulatrice soit située au milieu du cylindre de façon qu'on puisse atteindre avec des pistons
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très petits un débit minimum d'environ 50 pouroent. Oepen- dant, avec des pistons plus larges, la lumière est déjà recouverte avant que le piston ait accompli la moitié de sa course, de sorte que la limite se tient ici à environ 60 - 70 pourcent. Dans les cylindres à simple effet, la situation de l'orifioe est arbitraire, de sorte qu'une réduction de débit ultérieure aérait possible.
Etant donné la forte augmentation du travail nécessaire qui en résulte, il est cependant également recommandable dans ce cas de ne pas dépasser les limites susindiquées.
Dans bien des cas, cette réduction de débit est absolument suffisante. Toutefois, une réduction de débit ultérieure est parfois requise. L'invention présente un moyen particulièrement simple pour l'augmentation de l'éten- due de réglage de façon que la transition du réglage à l'orifice d'échappement au réglage d'augmentation s'effectue automatiquement.
La fig. 5 montre comme exemple d'exécution la combinaison du réglage à orifice d'échappement avec un réglage de marche à vide par une obturation de la tubulure d'aspiration. L'agencement de la soupape régulatrice 10 du premier étage avec son servo-moteur est le même que de l'exemple suivant la fig. 2, sauf que le cylindre du servo-moteur est muni à la fin de course d'un orifice 35 de la même largeur ou sensiblement plus large que le servo-piston 11. La pression de liquide régnant dans la chambre 13 se propage à travers l'orifice 35 et la conduite 36 et agit sur le piston 37 qui maintient la soupape d'arrêt 38 de la conduite d'as- piration ouverte à l'encontre dela pression du ressort 39.
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Le piston 37 et le ressort 39 sont calculés de façon que même la faible pression de liquide correspondant à l'ou- verture complète de la soupape régulatrice 10 est encore suffisante pour maintenir la soupape d'arrêt 38 ouverte.
Les fuites de liquide passant par des points de manque d'étanchéité du. piston 37 sont ramenées au réservoir par la conduite 15. Seulement lorsque la soupape 10 est com- plètement ouverte, donc lorsque la limite de débit offerte par le réglage à lumière de refoulement est atteinte, le piston 11 dépasse l'orifice 35 et établit ainsi la com- munication entre la conduite 36 et la chambre sans pres- sion 14. A ce moment, le ressort 39 ferme la soupape d'ar- rêt 38 et fait marcher le compresseur à vide. Au même ins- tant, l'air peut être évacué de la conduite de refoulement du compresseur à l'aide d'une soupape supplémentaire 40.
Au lieu d'obturer la tubulure d'aspiration, le réglage de marche à vide peut aussi être effectué en ou- vrant les soupapes d'aspiration, l'agencement du servo- moteur étant dans ce cas le même que celui de la fig. 5.
La pression d'huile transmise par la conduite 36 agit sur le piston 41 de façon à retenir la fourche 43. Des fuites de liquides éventuelles aont évacuées par la conduite 15. Aus- sitôt que la pression de liquide s'effaoe dans la conduite 36, lorsque la limite de débit du réglage à orifice d'échap- pement est atteint, la fourche 43 avance sous l'action du ressort 42 et ouvre les soupapes d'aspiration de façon que le compres- seur marche à vide.
En comparaison des réglages à vide proprement dit, les systèmes de réglage combinés suivant les fig. 5 et 6 pré-
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sentent l'avantage considérable que le réglage s'effectue dans l'étendue le plus souvent employée de facorr continue, c'est à dire sans gradins; de ce fait, le débit d'air est beaucoup plus uniforme et le réservoir d'air peut être établi beaucoup plus petit.
La marche à vide n'est effectuée que très rarement au cas d'une consommation d'air anormalement faible, de sorte que le compresseur est ménagé. La remise en marche a lieu sous charge partielle, de sorte que, lors d'une commande électrique, les à-coups de courant se trouvent considérable ment réduits. En outre, ces systèmes de réglage présentent la caractéristique agréable que, lors de la mise en marche du compresseur arrêté, celui-ci démarre automatiquement sans charge, parce que la pompe de liquide fournit la pression seulement après quelques révolutions.
Dans les compresseurs a commande électrique, il est économique d'arrêter le compresseur complètement lorsque la limite de débit du réglage à orifice d'échappement est dépassée. Cela peut être réalisé de manière très simple par un manomètre à contact inséré dans la conduite de refoulement du compresseur, de sorte que ce manomètre arrête le moteur lorsque la pression maximum est dépassée et le fait démarrer à nouveau, lorsque la pression baisse au-dessous d'une pression minimum.
En comparaison de la méthode de réglage connue d'arrêter seulement le compresseur, cette méthode combinée présente l'avantage que le réservoir à air peut être choisi beaucoup plus petit, oar le démarrage n'a lieu que sous charge partielle, et que le moteur et-les ap-
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pareils de distribution sont ménagés du fait que les opérations de démarrage et d'arrêt sont plus rares.
Une méthode particulièrement favorable pour l'augmentation de l'étendue de réglage peut être réalisée dans les compresseurs prévus pour la marche a deux nombres de tours différents, la différence du nombre de tours inférieur par rapport au nombre de tours supérieur correspondant dans ce cas aux limites du réglage à orifice d'échappement. Le dispositif de réglage scia commandé par un régulateur de pression automatique suivant la fig. 4. Pour le changement d'un nombre de tours à l'autre, le manomètre 21 de la fig. 4 sera muni de contacts arrangés de façon que, lorsque la limite de pression inférieure est dépassée, un contact à minimum établira le circuit pour le nombre de tours inférieur et, lorsque la limite de pression supérieure est dépassée, un contact à maximum établira le circuit pour le nombre de tours supérieur.
En cas de commande au moyen d'un moteur électrique a changement de couplage de pôles ou par un renvoi à engrenages avec des embrayages électro-magnétiques, le changement d'un nombre de tours à l'autre se fait d'une manière très simple à l'aide des moyens de commande électriques usuels.
Pour effectuer le changement du nombre de tours au moyen d'un renvoi à embrayages mécaniques ou à courroies avec des poulies étagées, il faudrait avoir recours à un servo-moteur hydraulique commandé par le manomètre à contact 21 à l'aide de soupapes a trois voies actionnées électro-magnétiquement.
Le réglage fonctionnerait alors de la façon suivante ; D'abord
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le débit est réduit par le réglage à orifice d'échappement.
Aussitôt que la marche a été mise au nombre de fours inférieur du fait que la limite de débit inférieure a été dépassée, le dispositif de réglage à orifice d'échappement établit automatiquement l'admission totale et poursuit son réglage continu lors d'une réduction ultérieure de la consommation d'air. De cette façon, on peut réaliser un réglage parfaitement continu sur la double étendue, ce réglage fonctionnant même pour des petites charges, grâce a la réduction du nombre de tours, avec un exoellent rendement, tandis que les systèmes de réglage continu connus avec nombre de tours constant ont pour des petites charges un travail nécessaire très défavor able par suite du décroissement du rendement mécanique.
Il va de soi que les dispositifs de commande susdécrits peuvent être employés séparément ainsi que combinés de manière arbitraire. Par exemple, le système de réglage avec réglage supplémentaire du dernier étage suivant la fig.3 peut être commandé avec un régulateur de pression a oommande a main suivant la fig. 2 aussi bien qu'avec un régulateur de pression automatique suivant la fig. 4. Il peut en outre être combiné avec un dispositif pour l'augmentation de l'étendue de réglage par mise sur marche à vide suivant la fig. 5, ou alors avec un dispositif de changement de nombre de tours, etc.