Installation pour l'alimentation à pression constante de chalumeaux et autres appareils utilisant des gaz. L'invention a pour objet une installation pour l'alimentation à pression constante de chalumeaux et autres appareils utilisant des gaz, tels que par exemple les chalumeaux sondeurs ou oxycoupeurs alimentés par exemple avec de l'oxygène et de l'acétylène à une pression invariable.
L'invention permet de réaliser une cen trale ou un bloc d'alimentation en gaz sus ceptible d'alimenter indifféremment un nom bre quelconque de chalumeaux d'oxycoupage ou de soudure.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ple, quelques formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un régulateur à double détente d'un type connu pour l'alimentation d'un poste portatif.
La fig. 2 montre un poste régulateur cen tral pour la fourniture de deux gaz à pres sion constante et asservissement mutuel des alimentations des deux gaz.
Les fig. 3, 4 et 5 sont des coupes d'appa reils régulateurs faisant partie du poste cen tral de la fig. 2.
La fig. 6 montre un système pilote cen tral pour l'asservissement à distance de régulateurs compounds individuels, et la fig. 7 montre en coupe un régulateur compound asservi par système pilote central.
En se référant à la fig. 1, qui montre un détendeur à double détente destiné à des postes portatifs appelés à travailler sur chantier ou pour des postes d'ateliers non desservis par des canalisations de distribu tion d'oxygène, l'alimentation automatique en oxygène à pression constante d'un chalu meau oxycoupeur ou soudeur peut être réa lisée à l'aide d'un appareil de ce genre, d'un type connu, moyennant les modifications sui vantes: Dans le détendeur représenté à la fig. 1, le gaz à haute pression qu'il s'agit de déten dre arrive par la conduite 1, en amont d'un obturateur 2 relié à une membrane 3 sou mise, d'une part, à l'action d'un fort ressort équilibreur 4 et, d'autre part, à la pression du gaz dans la chambre 5.
Le gaz, détendu une première fois à une pression moyenne appropriée, franchit un second obturateur 6, relié à une seconde membrane 7, soumise, d'une part, à l'action d'un ressort équi- libreur 8, dont la tension est réglée, une fois pour toutes, par une vis 9, recouverte d'un capot plombé et, d'autre part, à la pression finale du gaz dans la chambre 10, le gaz dé tendu à la pression réglée par la vis 9 sor tant par la conduite 11.
La construction de ces détendeurs, dans lesquels une manette de réglage remplace la vis sous capot plombé 9, étant bien connue, il paraît inutile d'en donner une description plus complète. Or, les détendeurs à double détente de ce type, connus jusqu'à ce jour, ont principalement pour objet de fournir à un opérateur, travaillant avec un gaz à dé bit constant, une pression d'emploi réglable, ne subissant pas de variations, pendant que la pression dans la bouteille tombe de <B>150</B> kg/cm2 au voisinage de la pression d'em ploi.
Ce résultat, a été généralement obtenu par le montage en série d'un petit détendeur haute pression, assurant une première dé tente à environ 40 kg/cm2 et d'un détendeur basse pression, phis grand, assurant une seconde détente à la pression d'emploi.
On ne s'est pas préoccupé d'adapter un appareil de ce genre au réglage d'une pression qui ne va rierait avec le débit que dans une mesure très faible, puisque le but de ces appareils était de donner une pression stable, mais réglable, afin d'assurer sans troubles l'alimentation des chalumeaux connus, qui exigent, avec une buse donnée et à fortiori avec des buses dif férentes, des pressions différentes suivant l'épaisseur des matériaux à couper ou la sou dure à réaliser.
Au contraire, lorsqu'il s'ait d'obtenir un débit variable à pression constante dans -Lui détendeur à. double détente; il est nécessaire que l'obturateur 6 du détendeur basse pres sion soit assez largement dimensionné pour permettre moyennant un très faible déplace ment correspondant à, des variations de pres sion minimes, le passage d'un débit impor tant.
Si dans un détendeur classique, on se contente d'augmenter dans ce but le diamètre du siège de l'obturateur basse pression, on peut obtenir une pression relativement stable malgré les variations de débit, mais cet appa reil est très sensible aux variations de la pression intermédiaire dans la chambre 5, qui se produisent à partir du moment où la pression de la bouteille tombe au-dessous de cette pression intermédiaire de réglage.
En effet, si l'on appelle S la surface active de la membrane 7, et s la. surface offerte par l'ob turateur 6 à la différence de pression entre la pression intermédiaire pi dans la chambre 5, et la pression p2 dans la chambre 10, la relation entre les sections S et s et les varia tions de pression<B>-1p,</B><I>et</I> _11-m s'établit ainsi:
EMI0002.0011
_1h1><B>'</B> <SEP> s-,pû <SEP> ..S
<tb> soit- <SEP> encore:
<tb> @h$=
<tb> S Pour obtenir une détente basse pression qui permette des variations de débit. de 500 à 20 000 1/h par exemple, correspondant à l'alimentation de chalumeaux coupeurs tra vaillant sur des épaisseurs variant de 2 à 250 mm, débitant de l'oxygène à une pression relative de<B>0,3</B> à. 0,4 kg/em2 avec une varia tion de 30 g/em , l'expérience démontre que la section s doit. avoir un diamètre d'au moins 5 mm.
La surface active S, limitée par l'encombrement habituel de ces appareils est de l'ordre de 30 em . On constate alois qu'un appareil classique, dans lequel on por terait à 5 mm le diamètre du siège de son obturateur haute pression, pour une pression pl variant entre 40 et. 3 kg/em2 donnerait une variation de pression d'emploi<B>A p2</B> de:
EMI0002.0022
Une telle variation de pression pendant l'épuisement d'une bouteille d'oxygène serait inacceptable lorsqu'il s'a-it d'alimenter des chalumeaux à pression constante.
Au con traire, en combinant cette modification du second étage de détente avec un réglage fixe de la pression pl limitée à. 4 hg/cm2 par exemple (au lieu de 40), et considérant que la pression d'épuisement de la. bouteille sera toujours de 3 kg/cm2 (elle sera en réalité su périeure quand on travaillera à, fort débit), la variation de pression d'utilisation<B>A p2</B> ne sera plus que de
EMI0002.0027
Une variation de cet ordre, pour uni cha lumeau alimenté par des bouteilles indivi duelles,
est très inférieure à l'erreur moyenne des lectures de pression que commet- trait un opérateur conscencieux et parfaite ment documenté sur la meilleure pression d'emploi d'un chalumeau classique. Un dé tendeur double ainsi modifié est donc en me sure, sans aucune complication constructive, d'être utilisé comme régulateur d'oxygène individuel, destiné à alimenter indistincte ment un chalumeau coupeur pour toutes épaisseurs jusqu'à 250 mm ou un chalumeau soudeur pour toutes épaisseurs, sans aucun réglage ni aucune intervention de l'opéra teur,
en donnant automatiquement une pres sion relative de 300 g/em2 par exemple avec une variation de 30 g/em2. L'appareil se trouve même simplifié grâce à la suppres sion du manomètre basse pression et de l'or gane de réglage.
En définitive, le résultat désiré peut être obtenu dans le cas d'un chalumeau à alimen tation individuelle à l'aide d'un manodéten- cleur à, double détente, dans lequel la varia tion de pression 4p2 à la sortie en fonction d'une chute de pression d'une bouteille de gaz comprimé de 150 kg/cm2 à (p2 -I- 3) kg/cmr', et. en fonction d'une variation de dé bit de 500 à 20 000 1/h, est inférieure à 0,15 p2, ce qui, pour la sections de l'obtu rateur du second étage de détente impose la condition suivante:
EMI0003.0012
Un poste individuel de soudage et de cou page alimenté en oxygène par un appareil automatique de ce type a tout avantage à être équipé avec un régulateur de gaz com bustible ayant des caractéristiques analogues. Pour le gaz combustible, le problème est plus facile à résoudre, car les variations de pres sions d'amont sont toujours beaucoup plus faibles, et quelquefois nulles: les gaz liqué fiés, propane, butane, par exemple, ont des pressions à peu près constantes;
les varia tions de pression de l'acétylène en bouteilles sont dix fois plus faibles que celles de l'oxy- (,ène, et celles de l'acétylène produit par un générateur à carbure sont inférieures à 0,5 kg/cm2. Un régulateur quelconque bien construit, interposé sur le circuit de gaz combustible assure donc, avec ou sans ré glage fixe, un fonctionnement satisfaisant comparable à celui du manodétendeur d'oxy gène à double détente décrit ci-dessus.
Pour l'alimentation en oxygène à pres sion constante au moyen d'une centrale dis tributrice, on peut utiliser avantageusement une disposition connue qui permet de suppri mer tout réglage individuel de la pression par l'opérateur, grâce à des organes de ré glage centralisés atteignant une précision suf fisante pour permettre toutes les variations de débit qu'exigent les différents modèles de chalumeaux soudeurs ou coupeurs, et pour assurer l'extinction ou l'allumage simultanés de plusieurs d'entre eux sans perturber ceux qui restent en fonction.
Dans les installations décrites ci-après, on a supprimé les organes de protection de chaque poste de soudure ou d'oxycoupage contre le retour de l'un quelconque des gaz dans le circuit de l'autre, en supprimant la cause même de tels retours; ces installations ont en outre été perfectionnées dans le but soit de réduire la section des canalisations de distribution, soit de simplifier les organes de distribution des gaz à chaque poste d'emploi.
La fig. 2 montre un poste central de ré glage des pressions d'oxygène et de gaz com bustible (acétylène par exemple) destiné à réaliser le réglage des pressions des deux gaz tout en subordonnant le débit de chacun des deux gaz à celui de l'autre, de telle sorte qu'en cas d'arrêt accidentel du générateur d'acétylène alimentant une usine, par exem ple, un retour d'oxygène dans la canalisation d'acétylène soit impossible, même en cas de mise en communication de celle-ci avec la canalisation d'oxygène, ou vice versa. Cette disposition rend superflus les organes anti- retour individuels dont tout poste individuel de soudure ou d'oxycoupage, desservi par canalisations, devait jusqu'à ce jour être pourvu.
Le poste central de réglage représenté à la fig. 2 comprend deux régulateurs à mem brane 12 et 13, dans lesquels les gaz, arri- vaut par une tubulure 14 (fig. 3) franchis sent un obturateur 15 solidaire de la mem brane par une tige 16 articulée sur un levier 17 ayant un doigt 18 s'appuyant sur l'une des faces d'une membrane compensatrice 19, dont la face opposée est soumise à la pres sion d'amont grâce à un conduit 20 en com munication avec la tubulure 14. La mem brane principale, décrite ci-après, est sou mise sur sa face supérieure à la. pression cons tante d'un fluide contenu dans une cham bre 21. Le gaz, détendu dans la chambre 22 à. une pression déterminée par celle régnant dans la chambre 21, s'échappe par une tubu lure 23.
L'influence des variations de la pression d'amont sur l'obturateur 15 est com pensée par celle de la membrane auxiliaire 19.
Les régulateurs 12, 13 se distinguent toutefois des régulateurs connus, par le fait qu'ils possèdent chacun une double mem brane 24, 25, l'espace intermédiaire 26 com muniquant avec l'atmosphère par un ou plusieurs orifices 26a afin d'éviter, en cas de fuite accidentelle aux membranes, le mélange des gaz contenus en 22 et 21. Le régulateur 12 est interposé sur la canalisation d'acéty lène 27 et le régulateur 13 sur la canalisation d'oxygène 28.
En amont de chacun de ces appareils sont disposés un filtre 29, 30, per mettant de retenir les saletés, poussières, ete., qui pourraient être mélangées nu gaz, et un robinet 31, 32 servant à isoler chacune des canalisations. Celles-ci sont reliées à, des sources quelconques d'oxygène et de gaz combustible associées à des détendeurs quel conques. Une dérivation d'oxygène 33, pré levée en amont du régulateur 13, comme in diqué par les flèches, amène de l'oxygène à un petit régulateur pilote 34.
On pourrait aussi bien prévoir une dérivation d'acétylène, prélevée en amont du régulateur 12, et tout le système décrit ci-après serait, inversé, c'est- à-dire que l'acétylène jouerait le rôle de l'oxygène dans le système pilote . Le régu lateur pilote (fig. 4) est un régulateur de pression comprenant une membrane 35, sou mise à l'action d'un ressort réglable 36 et çommandant un obturateur 37, dont la mis- lion est de maintenir dans la canalisation d'aval 38 une pression constante (sauf varia tion volontaire, comme expliqué plus loin).
Pour assurer la précision et la sensibilité du réglage, une fuite permanente très faible, de 20 1/h par exemple, s'opère par un petit trou pratiqué dans la canalisation aval 38. Celle-ci alimente par des raccords 39 et 39a deux autres régulateurs 40 et 41 à la pres sion de réglage assurée par le régulateur 34.
Ces deux régulateurs 40 et 41 (fig. 5) sont du même ty pe que le régulateur 34, mais le ressort réglable est supprimé et la mem brane 35 est remplacée par une double mem brane 42, 43 dont l'espace intermédiaire 44 est mis en communication avec l'atmosphère par un ou plusieurs orifices 44u et qui est soumise sur l'une de ses faces à la pression régnant dans une chambre 45, dans laquelle agit la pression du gaz venant. chi raccord 39.
La membrane du régulateur 40 pourrait être simple, car ses deux faces sont, en con tact avec de l'oxygène, mais, pour respecter la similitude de ses comportements avec ceux de la membrane du régulateur 41, il est pré férable de construire les deux régulateurs de la. même manière. La tubulure d'amont 46 du régulateur 40 est branchée par le raccord 47 et le tuyau 33 sur l'arrivée d'oxygène du régulateur 13. L'amont. du régulateur 41 est branché par le tuyau 48 sur l'amont du régu lateur d'acétylène. La tubulure d'aval 49 du régulateur 40 est reliée à la chambre 21 du régulateur d'acétylène 12 et la tubulure d'aval 50 du régulateur 41 est reliée à, la chambre 21. du régulateur d'oxygène 13.
Ainsi, par l'excitation commune constituée par la pression d'oxygène, contrôlée par le régulateur pilote 34, régnant dans la con duite 38, les régulateurs 40 et 41 envoient de l'oxygène à pression constante dans la cham bre de réglage 21. du régulateur d'acétylène 12, et de l'acétylène à pression constante dans la chambre de réglage 21 du régulateur d'oxygène 13.
Chacun des deux petits régulateurs 40 et 41 débite également, pour que la pression de réglage qu'il. assure soit régulière et cons- tante, par une fuite volontaire très faible de 20 1/1r par exemple disposée sur leur cir- euit aval.
Le fonctionnement de cette installation est. le suivant: Le régulateur d'acétylène 12, excité par la pression d'oxygène constante régnant sur sa double membrane 24, 25, distribue dans son circuit aval 51 de l'acétylène à pression rigoureusement constante. De même, le régu lateur d'oxygène 13, dont la double mem brane 24, 25 est soumise à une contre-pres- sion constante d'acétylène, distribue dans son circuit aval 52 de l'oxygène à, pression cons tante dans les mêmes conditions de précision.
En cas de défaillance de la source d'oxygène, le régulateur pilote 34 n'est plus alimenté; les régulateurs 40 et 41 n'étant plus excités, l'excitation des deux régulateurs 12 et 13 disparaît en même temps, et la pression tombe dans les deux canalisations 51 et 52 en même temps, rendant impossible tout retour acci dentel de l'un des deux gaz dans la canali sation de l'autre. En cas de défaillance de la source d'acétylène, c'est le régulateur 41 qui cesse d'être alimenté; le régulateur principal d'oxygène 13 n'étant plus excité, la pression d'oxygène tombe dans la canalisation 52 en même temps que celle de l'acétylène tombe dans la canalisation 51.
Le montage ci-dessus représenté pourrait être simplifié en supprimant le régulateur 40 et en excitant directement le régulateur prin cipal d'acétylène 12 au moyen du régulateur pilote 34, mais on risquerait alors de produire un déséquilibre dans le fonctionnement dû au manque de symétrie des organes de réglage <B>-</B> chacune des canalisations. D'autre part, <B>s</B> sui il est recommandable pour l'alimentation des flammes de chalumeaux, notamment dans le cas d'emploi d'acétylène, d'assurer une légère prépondérance de la pression de l'acétylène sur celle de l'oxygène.
Des essais de chalu- rrieaux d'oxycoupage par exemple ont mon tré que de bons résultats sont obtenus avec les pressions absolues suivantes: oxygène 1,3 kg:/cm2, acétylène 1,35 kg/cm2. Cette dif férence peut être aisément obtenue en modi- fiant le rapport entre les surfaces des soit des régulateurs 12 et 13, soit des régulateurs 40 et 41, soit ces deux rapports simultanément.
Ce dispositif peut être avantageusement perfectionné en vue d'obtenir une variation de pression dans les canalisations 51 et 52 de l'ordre de grandeur des pertes de charge dans ces canalisations, mais en sens inverse, afin de tendre à les annuler. Les pressions de détente ou de réglage des appareils con nus diminuent lors des augmentations de dé bit, et ces variations s'ajoutent à celles que provoquent les pertes de charge en canali sation. Le dispositif décrit ci-après permet au contraire d'établir une pression qui, par exemple, serait de 1,3 kg/cm2 absolue pour un débit de 50 1/h et de 1,32 kg/cm2 pour un débit de 20 000 1/h.
On remarquera qu'en amont du régulateur pilote 34, la pression dans la canalisation d'oxygène 28, reliée à la sortie d'un détendeur classique, subira la chute habituelle qui accompagne toute aug mentation de débit. Si donc on utilise un régulateur pilote 34 dans lequel (comme re présenté à la fig. 4) le clapet-obturateur 37 est situé en amont de son siège (au lieu d'être en aval) on peut, en augmentant la surface du siège de l'obturateur 37, faire en sorte que la pression aval dans la tubulure 38 soit d'autant plus forte que la pression amont (pression d'oxygène dans le tuyau 33 ou 28) est plus faible.
Si: <I>d p</I> est la variation de la pression amont en 28 ou 33, dpl la variation de pression en aval en 38, s la surface du siège de l'obturateur 37 du régulateur 34 et S la surface active de la membrane 35 du régulateur 34,
EMI0005.0030
Pour une variation de débit de 500 à 20 000 1/h par exemple, à une pression de réglage initiale de 2 kg/em2, la variation de pression d'un détendeur classique est de l'ordre de 0,3 kg/cm2. Si l'on admet une sur face active de membrane de 15 cm2 et si l'on veut obtenir une variation de pression de 0,01 kg/cm2 dans la canalisation d'aval 38, la section s du siège de l'obturateur 37 devra être:
EMI0006.0004
soit pour la section s du siège de l'obtu rateur, un diamètre de 8 mm.
Ainsi, .en utilisant un poste central de réglage des pressions comme décrit ci-dessus et des canalisations distributrices étudiées pour limiter les pertes de charges aux diffé rents débits à un chiffre très faible (0,01 kg/cm2 par exemple pour une distri bution à la pression absolue de 1,3 kg/cin2 ou d'une faon plus générale, à un chiffre n'excédant pas 10% de la pression relative distribuée), on voit qu'il est possible d'assu rer un fonctionnement des chalumeaux qui est insensible aux fluctuations de débit des gaz, sans aucun risque de retour de l'un des gaz dans la canalisation de l'autre gaz, et qu'il suffit, pour brancher les tuyaux de caoutchouc alimentant les chalumeaux, de munir les canalisations, aux postes d'emploi,
de robinets à large section, munis d'olives sur lesquelles se branchent lesdits tuyaux.
Cette disposition permet ainsi de sup primer non seulement les organes de ré glage individuels, mais encore les appareils antiretour destinés à la sécurité de chaque poste.
Selon une variante, il est possible de mo difier la centrale précédente soit en vue d'utiliser des canalisations déjà existantes et non conformes aux exigences d'une distribu tion à réglage centralisé en ce qui concerne les pertes de charge, soit, en cas d'installation nouvelle, en vue d'économiser les frais d'une longue canalisation sans perte de charge, soit en vue de permettre une augmentation ultérieure des débits, imprévisible au mo ment de l'étude de la canalisation.
A cet effet, les deux régulateurs een- traux 12 et 13 sont supprimés, et une déri vation 53 branchée sur l'une des canalisa tions, de préférence la canalisation d'acéty lène 54, alimente un régulateur pilote 55 analogue au régulateur pilote 34. Ce régu lateur pilote 55 excite un régulateur 56, ana logue au régulateur 41, c'est-à-dire que l'acé tylène, dont la pression est réglée à une va leur constante par le régulateur pilote 55, est amenée par un tuyau 57 à. la chambre 45 du régulateur 46.
Celui-ci est alimenté par une dérivation 58, branchée sur la-canalisa- tion d'oxygène 59, et assure dans un tube pilote 60 une pression constante, tributaire du comportement du régulateur pilote 55. Ce régulateur pilote 55 n'ayant pas à com penser de pertes de charge, la section s de son siège d'obturateur doit être réduite au minimum afin de le rendre insensible aux variations de pression dans la canalisa tion 54.
Le petit tube pilote 60, de faible section (4 à 5 mm par exemple), installé le long des canalisations d'oxygène 59 et d'acétylène 54 dans l'usine (fig. 7), a pour mission d'ap porter à chaque poste d'utilisation une pres sion constante et indéréglable. Cette pres sion excite à chaque poste Lui régulateur compound destiné à, fournir automatique ment à chaque opérateur, sans aucun con trôle ni intervention de sa part, les pressions qui lui sont nécessaires. Ce régulateur com- pound comprend une chambre centrale étanche 69 dans laquelle débouche le tube pilote 60.
La pression régnant dans cette chambre agit sur deux membranes doubles 70 et 71, dont l'espace intermédiaire est mis en communication avec l'atmosphère par des orifices 72 et 73 et elle agit de ce fait sur les obturateurs de réglage 61 et 62 qui sont attelés à, ces membranes. Cet appareil peut être complété par deux vannes d'entrée 74 et 75, destinées à assurer leur isolement en cas de visite; et les tuyaux de caoutchouc ali mentant les chalumeaux peuvent être directe ment branchés sur les raccords de sortie 76 et 77.
Pour obtenir une différence de pression sur l'un des deux circuits, par exemple, une pression pour l'acétylène de 0,05 kg/cm' plus élevée que celle de l'oxygène, il suffit de faire varier en conséquence le rapport des surfaces des membranes de l'un des deux jeux, comme représenté.
On voit que ce régulateur compound assure les avantages de la centrale de la fig. 2, en tant que précision et constance du réglage de la pression, et garantit contre les déficiences de l'une des deux sources de gaz, puisque le circuit piloté ne peut être sous pression qu'à condition que les deux circuits soient eux-mêmes sous pression. Enfin, on comprend également que la perte de charge entre les sources d'oxygène et d'acétylène et l'entrée du régulateur compound n'a aucune influence sur les pressions d'alimentation des chalumeaux.
On notera que, dans les divers régulateurs des fig. 4, 5 et 7 (voir en particulier fig. 4;, la liaison entre la membrane et l'obturateur qu'elle commande est réalisée comme suit: la membrane est solidaire d'un bloc 78 à alé sage intérieur conique, dans lequel un man drin 79, percé d'un trou borgne, enserre comme une pince une tige en corde à piano 80 traversant axialement le bloc.
Les angle d'ouverture des cônes mâle et femelle sont tels que le serrage du mandrin provoque sa contraction et en même temps un matage du métal du mandrin, assurant l'étanchéïté. La corde à piano 80 est bloquée de la même fa çon dans l'obturateur 37, grâce au man drin 81.
Installation for the constant pressure supply of torches and other devices using gas. The subject of the invention is an installation for the supply at constant pressure of torches and other apparatus using gases, such as for example sounding torches or flame cutters supplied for example with oxygen and acetylene at an invariable pressure. .
The invention makes it possible to produce a central or a gas supply unit capable of supplying indifferently any number of flame cutting or welding torches.
The appended drawing shows, by way of example, some embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a vertical section through a double-stage regulator of a known type for supplying a portable station.
Fig. 2 shows a central regulator station for the supply of two gases at constant pressure and mutual slaving of the supplies of the two gases.
Figs. 3, 4 and 5 are cross sections of regulator devices forming part of the central station of FIG. 2.
Fig. 6 shows a central pilot system for the remote control of individual compound regulators, and fig. 7 shows in section a compound regulator slaved by a central pilot system.
Referring to fig. 1, which shows a double expansion regulator intended for portable stations called upon to work on site or for workshop stations not served by oxygen distribution pipes, the automatic supply of oxygen at constant pressure from a heat exchanger or welder can be produced using a device of this type, of a known type, with the following modifications: In the pressure reducing valve shown in fig. 1, the high pressure gas to be released arrives via line 1, upstream of a shutter 2 connected to a membrane 3 subjected, on the one hand, to the action of a strong balancer spring 4 and, on the other hand, to the gas pressure in chamber 5.
The gas, expanded for the first time to an appropriate average pressure, passes through a second shutter 6, connected to a second membrane 7, subjected, on the one hand, to the action of a balancing spring 8, the tension of which is set, once and for all, by a screw 9, covered with a leaded cover and, on the other hand, to the final gas pressure in chamber 10, the gas expanded to the pressure set by the screw 9 out by pipe 11.
The construction of these regulators, in which an adjustment lever replaces the screw under the lead-sealed cover 9, being well known, it seems unnecessary to give a more complete description. However, the double expansion regulators of this type, known to date, are mainly intended to provide an operator, working with a gas at constant flow, an adjustable operating pressure, not undergoing variations, while the pressure in the cylinder drops from <B> 150 </B> kg / cm2 to the vicinity of the working pressure.
This result was generally obtained by mounting in series a small high pressure regulator, ensuring a first expansion at about 40 kg / cm2 and a low pressure regulator, phis large, ensuring a second expansion at the pressure of 'employment.
We did not concern ourselves with adapting an apparatus of this kind to the adjustment of a pressure which would only go with the flow to a very low extent, since the purpose of these apparatus was to give a stable but adjustable pressure. , in order to ensure without disturbances the supply of known torches, which require, with a given nozzle and a fortiori with dif ferent nozzles, different pressures depending on the thickness of the materials to be cut or the hardness to be produced.
On the contrary, when it is necessary to obtain a variable flow rate at constant pressure in the regulator. double trigger; it is necessary that the shutter 6 of the low pressure regulator is sufficiently large enough to allow, with a very small displacement corresponding to, minimal pressure variations, the passage of a large flow rate.
If in a conventional regulator, one is satisfied to increase for this purpose the diameter of the seat of the low-pressure shutter, one can obtain a relatively stable pressure despite the variations in flow, but this device is very sensitive to variations in the pressure. intermediate pressure in chamber 5, which occur from the moment the cylinder pressure falls below this intermediate setting pressure.
Indeed, if we call S the active surface of the membrane 7, and s la. surface offered by the shutter 6 to the pressure difference between the intermediate pressure pi in the chamber 5, and the pressure p2 in the chamber 10, the relation between the sections S and s and the pressure variations <B> - 1p, </B> <I> and </I> _11-m is established as follows:
EMI0002.0011
_1h1> <B> '</B> <SEP> s-, pû <SEP> ..S
<tb> either- <SEP> again:
<tb> @ h $ =
<tb> S To obtain low pressure relief which allows flow variations. from 500 to 20,000 1 / h for example, corresponding to the supply of cutting torches working on thicknesses varying from 2 to 250 mm, delivering oxygen at a relative pressure of <B> 0.3 </ B > to. 0.4 kg / em2 with a variation of 30 g / em, experience shows that the section s must. have a diameter of at least 5 mm.
The active surface S, limited by the usual size of these devices, is of the order of 30 em. It can be seen that a conventional device, in which the diameter of the seat of its high pressure shutter is worn to 5 mm, for a pressure pl varying between 40 and. 3 kg / em2 would give a variation in working pressure <B> A p2 </B> of:
EMI0002.0022
Such a pressure variation during the exhaustion of an oxygen cylinder would be unacceptable when it comes to supplying torches at constant pressure.
On the contrary, by combining this modification of the second expansion stage with a fixed setting of the pressure pl limited to. 4 hg / cm2 for example (instead of 40), and considering that the exhaustion pressure of the. bottle will always be 3 kg / cm2 (it will actually be greater when working at high flow), the variation in operating pressure <B> A p2 </B> will only be
EMI0002.0027
A variation of this order, for a single heat source supplied by individual bottles,
is much less than the average error in pressure readings that a conscientious and fully documented operator would make on the best working pressure of a conventional torch. A double tensioner thus modified is therefore able, without any constructive complications, to be used as an individual oxygen regulator, intended to supply indistinctly a cutting torch for all thicknesses up to 250 mm or a welding torch for all. thicknesses, without any adjustment or intervention by the operator,
by automatically giving a relative pressure of 300 g / em2 for example with a variation of 30 g / em2. The device is even simplified thanks to the elimination of the low pressure manometer and the adjustment device.
Ultimately, the desired result can be obtained in the case of a torch with individual supply using a pressure regulator with double trigger, in which the pressure variation 4p2 at the outlet as a function of a pressure drop of a compressed gas cylinder from 150 kg / cm2 to (p2 -I- 3) kg / cmr ', and. as a function of a variation in flow from 500 to 20,000 1 / h, is less than 0.15 p2, which, for the shutter sections of the second expansion stage imposes the following condition:
EMI0003.0012
An individual welding and welding station supplied with oxygen by an automatic apparatus of this type has every advantage in being equipped with a fuel gas regulator having similar characteristics. For fuel gas, the problem is easier to solve, because the upstream pressure variations are always much smaller, and sometimes zero: liquefied gases, propane, butane, for example, have pressures of approximately constant;
the pressure variations of acetylene in cylinders are ten times lower than those of oxy- (, ene, and those of acetylene produced by a carbide generator are less than 0.5 kg / cm2. Any well-constructed regulator interposed on the fuel gas circuit therefore ensures, with or without fixed adjustment, satisfactory operation comparable to that of the double-expansion oxygen pressure regulator described above.
For the supply of oxygen at constant pressure by means of a central distribution unit, it is advantageously possible to use a known arrangement which makes it possible to eliminate any individual adjustment of the pressure by the operator, thanks to centralized adjustment members. achieving sufficient precision to allow all the variations in flow required by the different models of welding or cutting torches, and to ensure the simultaneous extinction or ignition of several of them without disturbing those which remain in operation.
In the installations described below, the protection members of each welding or flame cutting station against the return of any one of the gases in the circuit of the other have been removed, eliminating the very cause of such returns. ; these installations have also been improved with the aim either of reducing the section of the distribution pipes or of simplifying the gas distribution members at each employment station.
Fig. 2 shows a central station for adjusting the pressures of oxygen and of combustible gas (acetylene for example) intended to adjust the pressures of the two gases while subordinating the flow rate of each of the two gases to that of the other, in such a way that in the event of an accidental shutdown of the acetylene generator supplying a plant, for example, a return of oxygen to the acetylene pipe is impossible, even if the latter is placed in communication with the oxygen pipeline, or vice versa. This arrangement makes superfluous individual non-return devices with which any individual welding or flame cutting station, served by pipelines, had to be provided until now.
The central adjustment station shown in fig. 2 comprises two diaphragm regulators 12 and 13, in which the gas arrives through a pipe 14 (fig. 3) passed through a shutter 15 integral with the diaphragm by a rod 16 articulated on a lever 17 having a finger 18 resting on one of the faces of a compensating membrane 19, the opposite face of which is subjected to the upstream pressure by means of a duct 20 in communication with the pipe 14. The main membrane, described below -after, is sou put on its upper face to the. constant pressure of a fluid contained in a chamber 21. The gas, expanded in chamber 22 to. a pressure determined by that prevailing in the chamber 21, escapes through a tube 23.
The influence of the variations in the upstream pressure on the shutter 15 is compensated for by that of the auxiliary membrane 19.
Regulators 12, 13 differ from known regulators, however, in that they each have a double membrane 24, 25, the intermediate space 26 communicating with the atmosphere through one or more orifices 26a in order to avoid, in the event of an accidental leak from the membranes, the mixture of the gases contained in 22 and 21. The regulator 12 is interposed on the acetylene pipe 27 and the regulator 13 on the oxygen pipe 28.
Upstream of each of these devices are arranged a filter 29, 30, allowing to retain dirt, dust, ete., Which could be mixed naked gas, and a valve 31, 32 for isolating each of the pipes. These are connected to any source of oxygen and fuel gas associated with any regulators. An oxygen bypass 33, taken upstream of the regulator 13, as indicated by the arrows, brings oxygen to a small pilot regulator 34.
One could as well provide an acetylene bypass, taken upstream of the regulator 12, and the whole system described below would be inverted, that is to say that the acetylene would play the role of oxygen in the pilot system. The pilot regulator (fig. 4) is a pressure regulator comprising a diaphragm 35, subjected to the action of an adjustable spring 36 and controlling a shutter 37, the purpose of which is to maintain in the pipeline. downstream 38 a constant pressure (except voluntary variation, as explained below).
To ensure the precision and the sensitivity of the adjustment, a very low permanent leak, of 20 1 / h for example, takes place through a small hole made in the downstream pipe 38. This feeds through fittings 39 and 39a two others regulators 40 and 41 to the setting pressure provided by regulator 34.
These two regulators 40 and 41 (fig. 5) are of the same type as the regulator 34, but the adjustable spring is removed and the diaphragm 35 is replaced by a double diaphragm 42, 43 in which the intermediate space 44 is placed. in communication with the atmosphere through one or more orifices 44u and which is subjected on one of its faces to the pressure prevailing in a chamber 45, in which the pressure of the incoming gas acts. chi fitting 39.
The membrane of the regulator 40 could be simple, because its two faces are in contact with oxygen, but, to respect the similarity of its behaviors with those of the membrane of the regulator 41, it is preferable to construct the two regulators. same way. The upstream tubing 46 of the regulator 40 is connected by the connector 47 and the pipe 33 to the oxygen supply of the regulator 13. The upstream. of regulator 41 is connected by pipe 48 to the upstream side of the acetylene regulator. The downstream tubing 49 of the regulator 40 is connected to the chamber 21 of the acetylene regulator 12 and the downstream tubing 50 of the regulator 41 is connected to the chamber 21. of the oxygen regulator 13.
Thus, by the common excitation constituted by the oxygen pressure, controlled by the pilot regulator 34, prevailing in the duct 38, the regulators 40 and 41 send oxygen at constant pressure into the adjustment chamber 21. of the acetylene regulator 12, and acetylene at constant pressure in the adjustment chamber 21 of the oxygen regulator 13.
Each of the two small regulators 40 and 41 also delivers, so that the setting pressure there. ensures either regular and constant, by a very low voluntary leakage of 20 1 / 1r for example placed on their downstream circuit.
The operation of this facility is. the following: The acetylene regulator 12, excited by the constant oxygen pressure prevailing on its double membrane 24, 25, distributes acetylene at a strictly constant pressure in its downstream circuit 51. Likewise, the oxygen regulator 13, the double membrane 24, 25 of which is subjected to a constant acetylene backpressure, distributes oxygen at constant pressure in its downstream circuit 52 in the same precision conditions.
In the event of failure of the oxygen source, the pilot regulator 34 is no longer supplied; the regulators 40 and 41 no longer being excited, the excitation of the two regulators 12 and 13 disappears at the same time, and the pressure drops in the two pipes 51 and 52 at the same time, making any accidental return of one of them impossible. of the two gases in the canalization of the other. In the event of failure of the acetylene source, it is the regulator 41 which ceases to be supplied; the main oxygen regulator 13 no longer being energized, the oxygen pressure drops in line 52 at the same time as that of acetylene falls in line 51.
The assembly shown above could be simplified by removing the regulator 40 and directly energizing the main acetylene regulator 12 by means of the pilot regulator 34, but there would then be a risk of producing an imbalance in the operation due to the lack of symmetry of the regulators <B> - </B> each of the pipes. On the other hand, <B> s </B> if it is advisable for supplying torch flames, in particular in the case of acetylene use, to ensure a slight preponderance of the acetylene pressure on that of oxygen.
Tests of flame cutting torches, for example, have shown that good results are obtained with the following absolute pressures: oxygen 1.3 kg: / cm2, acetylene 1.35 kg / cm2. This difference can be easily obtained by changing the ratio between the areas of either regulators 12 and 13, or regulators 40 and 41, or both of these ratios simultaneously.
This device can be advantageously improved with a view to obtaining a pressure variation in the pipes 51 and 52 of the order of magnitude of the pressure drops in these pipes, but in the opposite direction, in order to tend to cancel them. The expansion or adjustment pressures of known devices decrease when the flow rate increases, and these variations are added to those caused by pressure drops in the pipeline. The device described below makes it possible, on the contrary, to establish a pressure which, for example, would be 1.3 kg / cm2 absolute for a flow rate of 50 1 / h and 1.32 kg / cm2 for a flow rate of 20,000. 1 / h.
It will be noted that upstream of the pilot regulator 34, the pressure in the oxygen line 28, connected to the outlet of a conventional pressure reducer, will undergo the usual drop which accompanies any increase in flow rate. If therefore we use a pilot regulator 34 in which (as shown in fig. 4) the shutter valve 37 is located upstream of its seat (instead of being downstream) it is possible, by increasing the surface of the seat of the shutter 37, ensure that the downstream pressure in the pipe 38 is all the greater as the upstream pressure (oxygen pressure in the pipe 33 or 28) is lower.
If: <I> dp </I> is the variation in the upstream pressure at 28 or 33, dpl is the variation in downstream pressure at 38, s the surface of the valve seat 37 of the regulator 34 and S the active surface of the membrane 35 of the regulator 34,
EMI0005.0030
For a flow rate variation of 500 to 20,000 1 / h for example, at an initial setting pressure of 2 kg / em2, the pressure variation of a conventional regulator is of the order of 0.3 kg / cm2. If we admit an active membrane surface of 15 cm2 and if we want to obtain a pressure variation of 0.01 kg / cm2 in the downstream pipe 38, the section s of the shutter seat 37 has to be:
EMI0006.0004
or for section s of the obturator seat, a diameter of 8 mm.
Thus, by using a central pressure adjustment station as described above and distribution pipes designed to limit the pressure drops at the various flow rates to a very low figure (0.01 kg / cm2 for example for a distribution at the absolute pressure of 1.3 kg / cin2 or more generally, at a figure not exceeding 10% of the relative pressure distributed), it is seen that it is possible to ensure that the torches operate which is insensitive to fluctuations in gas flow, without any risk of one of the gases returning to the pipe with the other gas, and it suffices, to connect the rubber pipes supplying the torches, to fit the pipes , to employment positions,
large section taps, fitted with olives to which the said pipes are connected.
This arrangement thus makes it possible to suppress not only the individual adjustment members, but also the non-return devices intended for the safety of each station.
According to a variant, it is possible to modify the previous plant either with a view to using already existing pipelines that do not comply with the requirements of a centrally regulated distribution with regard to pressure losses, or, in the event of a new installation, with a view to saving the costs of a long pipeline without pressure drop, or with a view to allowing a subsequent increase in flow rates, unforeseeable at the time of the pipeline design.
For this purpose, the two central regulators 12 and 13 are omitted, and a bypass 53 connected to one of the pipes, preferably the acetylene pipe 54, supplies a pilot regulator 55 similar to the pilot regulator 34 This pilot regulator 55 excites a regulator 56, analogous to the regulator 41, that is to say that the acetylene, the pressure of which is set at a constant value by the pilot regulator 55, is supplied by a pipe 57 to. chamber 45 of regulator 46.
This is supplied by a bypass 58, connected to the oxygen pipe 59, and provides a constant pressure in a pilot tube 60, dependent on the behavior of the pilot regulator 55. This pilot regulator 55 does not have to In view of pressure drops, the section s of its shutter seat must be reduced to a minimum in order to make it insensitive to pressure variations in the pipe 54.
The small pilot tube 60, of small cross section (4 to 5 mm for example), installed along the oxygen 59 and acetylene 54 pipes in the plant (fig. 7), has the role of providing constant and foolproof pressure at each workstation. This pressure excites at each station the compound regulator intended to automatically supply each operator, without any control or intervention on his part, with the pressures which are necessary for him. This comprehensive regulator comprises a sealed central chamber 69 into which the pilot tube 60 emerges.
The pressure prevailing in this chamber acts on two double membranes 70 and 71, the intermediate space of which is placed in communication with the atmosphere through orifices 72 and 73 and it therefore acts on the adjustment shutters 61 and 62 which are harnessed to these membranes. This device can be supplemented by two inlet valves 74 and 75, intended to ensure their isolation in the event of a visit; and the rubber hoses supplying the torches can be connected directly to the outlet fittings 76 and 77.
To obtain a pressure difference on one of the two circuits, for example, a pressure for acetylene of 0.05 kg / cm 'higher than that of oxygen, it suffices to vary the ratio of membrane surfaces of one of the two sets, as shown.
It can be seen that this compound regulator provides the advantages of the unit of FIG. 2, as the precision and constancy of the pressure adjustment, and guarantees against the deficiencies of one of the two gas sources, since the piloted circuit can only be pressurized if the two circuits are themselves under pressure. Finally, it is also understood that the pressure drop between the sources of oxygen and acetylene and the inlet of the compound regulator has no influence on the supply pressures of the torches.
It will be noted that, in the various regulators of FIGS. 4, 5 and 7 (see in particular fig. 4;, the connection between the membrane and the shutter that it controls is carried out as follows: the membrane is secured to a block 78 with conical internal randomness, in which a man drin 79, pierced with a blind hole, grips like pliers a piano wire rod 80 axially crossing the block.
The opening angles of the male and female cones are such that the tightening of the mandrel causes its contraction and at the same time a matting of the metal of the mandrel, ensuring tightness. The piano wire 80 is blocked in the same way in the shutter 37, thanks to the man drin 81.