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Dans les systèmes de fluides industriels, il est essentiel de maintenir un contrôle stable de la pression pour garantir un fonctionnement sûr du système. Les régulateurs de pression réduisent une pression d'entrée élevée, la stabilisent à un niveau inférieur demandé, et répondent aux variations de la pression de sortie pour maintenir ou contrôler la pression souhaitée du système.
1. Composants de base
Schéma de construction des régulateurs de pression.
Mécanisme de chargement (loading mechanism)
Le mécanisme de chargement applique une force de charge descendante depuis le sommet du régulateur de pression. Les régulateurs de pression FITOK utilisent un mécanisme à ressort, largement répandu en raison de sa fiabilité et de son faible coût. La force de chargement peut être ajustée en comprimant le ressort à l'aide de la manette de réglage.
Mécanisme de détection (sensing mechanism)
Le mécanisme de détection permet au clapet de monter et descendre en fonction des variations de pression de sortie du régulateur. Il existe deux types courants : les membranes et les pistons.
- Une membrane est généralement utilisée pour les applications de contrôle de basse pression, sensibles et de haute pureté, comme dans l'industrie des semi-conducteurs. Les membranes en Hastelloy de FITOK assurent une excellente sensibilité et une stabilité de la pression réglée.
- Un piston, bien qu'inadéquat pour les applications de haute pureté à cause des restrictions liées aux joints toriques, peut gérer des pressions plus élevées grâce à sa capacité supérieure à supporter la pression. De plus, le mécanisme à piston est plus résistant aux pics de pression et offre une durée de vie prolongée grâce à une course courte.
Mécanisme de contrôle (controlling mechanism)
Le mécanisme de contrôle réduit une pression d'entrée élevée à une pression de sortie plus basse. Son principal composant est le clapet. Le mouvement du clapet vers ou à l’écart du siège du régulateur ajuste la zone d’écoulement dans le régulateur, permettant ainsi de réduire la pression du fluide à la pression de sortie désirée.
Dans les régulateurs à membrane, il existe deux constructions :
- Clapet libre : Le clapet est en contact avec la membrane uniquement lorsque la pression de sortie est égale ou inférieure à la pression réglée.
- Membrane liée : La membrane et le clapet sont connectés mécaniquement. Lorsque la pression de sortie dépasse la pression réglée, la membrane se fléchit vers le haut, tirant le clapet vers le haut pour obtenir une fermeture positive ("Positive Shut-off"), offrant ainsi une meilleure étanchéité et une sécurité accrue.
Les régulateurs à membrane liée FITOK sont conçus sans filetages ni ressorts dans la zone en contact avec le fluide, améliorant ainsi la propreté du système pour les applications de très haute pureté.
Note importante : Les régulateurs à membrane liée ne doivent pas être utilisés comme vannes d'arrêt ou dispositifs de coupure, bien qu'ils permettent une fermeture du flux.
Régulateurs de pression à membrane liée.
2. Principe de fonctionnement des régulateurs de pression
Lorsqu’un régulateur est en fonctionnement, trois composants de base travaillent ensemble pour atteindre le contrôle de pression désiré. Le mécanisme de détection perçoit les pressions d'entrée (Fi) et de sortie (Fo), puis cherche à équilibrer ces forces avec la force de chargement (Fs), selon l'équation : Fi + Fo = Fs.
Lorsque la pression d'entrée (Fi) diminue, la force constante de chargement (Fs) pousse le clapet loin du siège, augmentant ainsi la zone d'écoulement. Cela diminue le débit, ce qui provoque une augmentation de la pression de sortie (Fo), permettant de rétablir l'équilibre. Les régulateurs de pression maintiennent donc une pression de sortie stable dans une certaine plage.
Diagramme de contrôle de pression des régulateurs de pression.
3. Régulateurs de pression et régulateurs de contre-pression (back-pressure)
Les régulateurs de contre-pression fonctionnent de manière similaire aux régulateurs de pression : ils équilibrent la force ascendante du système de fluide avec la force descendante du mécanisme de chargement.
Différence clé :
- Les régulateurs de pression contrôlent la pression de sortie.
- Les régulateurs de contre-pression contrôlent la pression d'entrée.
Typiquement, les régulateurs de pression sont installés avant que le fluide n’atteigne le processus principal et contrôlent la pression en aval. À l’inverse, les régulateurs de contre-pression sont installés dans les zones où la pression est trop élevée et contrôlent la pression en amont.
Diagramme de fonctionnement des régulateurs de pression et de contre-pression.
Conclusion
Les régulateurs de pression sont principalement utilisés pour maintenir une pression de sortie relativement constante malgré les fluctuations de pression d'entrée. Les composants aux conceptions variées et matériaux différents s'adaptent à diverses conditions de travail. Apprendre à choisir un régulateur de pression et à utiliser un diagramme de flux de régulateurs de pression contribue à un meilleur choix pour vos systèmes de fluides.
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