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Principe et application des régulateurs de pression
Les régulateurs de pression utilisent une structure spéciale du chemin d'écoulement (voir Figure 1). Lorsque le fluide sous haute pression traverse l'orifice d'entrée, la vitesse d'écoulement augmente et la pression diminue, permettant ainsi de réguler la pression. De plus, les régulateurs de pression équilibrent la charge générée par la pression d'entrée et de sortie en ajustant la charge du ressort, selon la formule (1) :
Félément de charge = Félément de détection + Félément de contrôle
Où :
- Félément de charge = Charge du ressort principal
- Félément de détection = Pression de sortie × Surface efficace de la membrane
- Félément de contrôle = Pression d'entrée × Surface efficace du clapet + Charge du ressort du clapet
Schéma de structure des régulateurs de pression
Les régulateurs de pression ont pour principal objectif de réduire la pression d'entrée en amont à une valeur définie de pression de sortie, tout en maintenant cette dernière stable pour répondre aux exigences spécifiques du système. Ils sont largement utilisés dans les domaines des gaz spéciaux et des applications de haute pureté.
Composition et fonction d'un diagramme de débit
Le diagramme de débit montre la relation entre le débit (axe horizontal) et la pression de sortie (axe vertical) d'un régulateur de pression pour une pression d'entrée donnée. Ce graphique permet d'observer la réponse du régulateur lorsque le débit du système varie. Il indique également la plage de pressions que le régulateur peut maintenir pour des débits donnés. Le diagramme aide à vérifier si le régulateur sélectionné répond aux conditions de fonctionnement réelles (pression, débit, etc.) et facilite le choix de l'équipement.
Diagramme de débit des régulateurs de pression.
Utilisation d'un diagramme de débit
Analyse de la courbe de débit
Les fabricants fournissent généralement plusieurs courbes de débit pour une même série de régulateurs, à différentes pressions d'entrée mais à une pression de sortie identique. Sur le diagramme précédent :
- L'axe horizontal représente le débit.
- L'axe vertical indique la pression de sortie réglée.
- Les courbes de différentes couleurs représentent les pressions d'entrée, telles que 3000 psig (206,8 bar), 2000 psig (137,9 bar) et 1000 psig (68,9 bar).
Lorsque le débit est nul, la pression de sortie affichée sur l'axe vertical est celle réglée à l'origine.
Le diagramme de débit montre un phénomène de "droop". Le "droop" correspond à une diminution progressive de la pression de sortie avec l'augmentation du débit, sous des conditions de pression d'entrée et de pression de sortie définies. Ce phénomène est dû aux limites des composants internes du régulateur. Pour des performances optimales, il est préférable que le "droop" soit minimal.
Comment utiliser un diagramme de débit ?
Pour un type spécifique de régulateur de pression, commencez par trouver le diagramme de débit correspondant et sélectionnez la courbe appropriée en fonction des valeurs réelles de pression d'entrée et de pression de sortie réglée. Ensuite, identifiez le point correspondant sur la courbe selon l'échelle de débit de l'axe horizontal et obtenez la pression de sortie réelle à partir de l'axe vertical. Si la courbe de débit pour les conditions de pression requises n'est pas disponible dans le diagramme de débit fourni, une nouvelle courbe peut être déduite entre deux courbes existantes adjacentes.
De plus, le diagramme de débit fourni par le fabricant est basé sur des conditions de test où le fluide est de l'azote et la température de test est de 70℉ (20°C). Si le système réel utilise un autre fluide ou une autre température de fonctionnement, l'échelle de débit de l'axe horizontal du diagramme de débit doit être modifiée selon la formule suivante, sans changer la tendance de la courbe :
Q2 = Q1 × FG × FT
Dans la formule :
- Q1 est l'échelle de débit initiale,
- Q2 est l'échelle de débit modifiée,
- FG est le coefficient de gravité spécifique,
- FT est le coefficient de modification de température.
Les valeurs de FG et FT peuvent être consultées dans le Tableau 1 et le Tableau 2 respectivement.
Tableau 1
.
Tableau 2
Exemple de sélection
Par exemple, l'organigramme des régualteurs à membrane sensible de la série RDSC de FITOK est illustré ci-dessous. Le client souhaite déterminer la pression de sortie lorsque la pression d'entrée est de 206,8 bar (3000 psig), la pression de consigne de sortie est de 6,2 bar (90 psig), la température de fonctionnement est de 37°C (100°F) et le débit du fluide du système (CO2) est de 283 SLPM (10 SCFM).
Diagramme de débit des régulateurs de pression de la série FCR-1S
Étant donné que le type de fluide et la température de fonctionnement exigés par le client ne correspondent pas au fluide et à la température du diagramme de débit fourni par le fabricant, l'échelle de débit doit être modifiée en fonction du coefficient de gravité modifié (FG) et du coefficient de température modifié (FT).
Comme le montre le tableau 1, lorsque le milieu est le dioxyde de carbone, le coefficient de gravité modifié FG correspondant est de 0,80. Et d'après le tableau 2, lorsque la température est de 37°C (100°F), le coefficient modifié en fonction de la température FT correspondant est de 0,97. En introduisant l'échelle de débit initiale (c'est-à-dire la valeur de l'axe horizontal) de la figure 4, FG et FT dans la formule (2), on obtient l'échelle de débit modifiée (exemple : 3,9 = 5 x 0,8 x 0,97).
Remplacez l'axe horizontal par l'échelle de débit modifiée tout en conservant l'axe vertical et la courbe de débit inchangés pour obtenir un nouveau diagramme de débit, comme le montre la figure ci-dessous :
Diagramme de débit après modification
Comme ce nouveau diagramme, la courbe de débit correspondant à la pression d'entrée de 206,8 bar (3000 psig) et à la pression de sortie de 6,2 bar (90 psig) souhaitées par le client n'est pas représentée. Nous pouvons interpoler et faire une analogie en fonction des deux courbes de débit pour une pression d'entrée de 26,8 bar et des pressions de sortie de 5,2 bar et 6,9 bar pour obtenir une courbe de débit pour une pression d'entrée de 206,8 bar et une pression de sortie de 6,2 bar, comme le montre la courbe rouge de la figure ci-dessous.
Organigramme après interpolation
À partir de la courbe de débit (courbe rouge) illustrée à la figure ci-dessus pour une pression d'entrée de 206,8 bar (3000 psig) et une pression de réglage de sortie de 6,2 bar (90 psig), on trouve le point A sur la courbe avec une échelle d'axe horizontal de 283 SLPM (10 SCFM), et on obtient la pression de sortie réelle de 5,8 bar (84 psig) à partir de l'axe vertical.
Par conséquent, pour les régulateurs à membrane sensible de la série RDSC, à la pression d'entrée de 206,8 bar (3000 psig), à la pression de consigne de sortie de 6,2 bar (90 psig), à la température de fonctionnement de 37°C (100°F) et au débit de CO2 de 283 SLPM (10 SCFM), la pression de sortie réelle est de 5,8 bar (84 psig).
Conclusion
En utilisant correctement le diagramme de débit des régulateurs de pression, nous pouvons vérifier si la plage de pression de travail du type de régulateur de pression sélectionné répond aux exigences du client, ce qui contribue à une sélection rapide et précise de la référence. En outre, le diagramme de débit peut également refléter les performances de régulation de pression régulateurs.
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