Régulateur "type KBIO"

Hello!
Ayant une chaudière qui produit plus de chaleur que ma machine ne peut en consommer, j’ai souhaité un système de régulation simple et efficace, et surtout que je puisse usiner moi même avec les moyens du bord.
Voilà un moment que je me demandais s’il n’était pas possible de me faire un régulateur “HP” qui puisse se dispenser de la fameuse membrane, qui, si elle présente un avantage indéniable dans la souplesse, présente aussi un inconvénient majeur, lorsqu’elle se déchire, ou se déforme.
Son intérêt réside surtout dans la précision de réglage sous moins de 4/5 bars . Au dessus de cette pression, c’est aléatoire.
Que demande-t-on à un régulateur?
Qu’il passe le brûleur en veilleuse lorsque la pression demandée est atteinte.Je n'ai rien inventé et ce n'est pas la panacée en la matière, mais c'est la facilité de construction qui m’intéresse.
Pour travailler à haute pression, +/- 8 bars, il vaut mieux s’assurer que la vapeur ne passe pas dans le gaz suite à une défaillance technique. Ce qui est toujours désagréable. Et je ne voulais pas d'un double membrane, aiguille ou autre.
Aussi, me concertais-je et me dis-je que je pouvais tout simplement m’usiner une simple vanne coupe-gaz tarée à la pression désirée. Cette vanne coupe l’arrivée principale du gaz lorsque la pression de consigne est atteinte.
Le brûleur, lui, est alimenté par une conduite indépendante et en parallèle, en mode veilleuse permanent.
Rien de très élaboré, mais le but est justement de faire le plus simple possible et surtout le plus fiable.
Bien sur, j’ai mis à contribution, quelques compétences de ce Forum afin de mettre toutes les chances de mon coté.
Un florilège de talents qui garantissent le succès de l'opération (Espérons!).
 
Le problème principal du régulateur que je propose, est dans la fabrication du ressort. Il est bien évident que si le piston qui est en contact avec la vapeur fait 20 mm de diamètre, il faudra un ressort de 25 kg pour s’opposer au 8 bars de la chaudière.
Autant aller voler un ressort sur un camion poids lourd. La méthode la plus simple étant de réduire la surface de ce piston à 8 mm. Ce qui nous donne , en tenant compte du passage du gaz à 2 bars sur la surface du joint de 4 mm:
- (4x4xx3.14x8bars)= 4kg – 1/4 kg = un ressort de +/- 4 kg.
Facilement gérable.

J'ai aussi fait appel à Bobino afin qu'il m'explique comment faire le ressort nécessaire en fonction de la pression demandée, de la hauteur désirée et du diamètre extérieur de la spirale.

Exemple de calcul sur la base de pression de service demandée et détermination de la surface vapeur.
Ressort à boudin  à base de fil rond en acier.
On n'a pas toujours le ressort convenable sous la main . Les formules  pour le fabriquer sont simples
 Tout d'abord la force maxi  F  à ne pas dépasser en service car , en dépassant la limite élastique , elle cause une déformation permanente  On peut l'appliquer une fois ou   deux pour régler la longueur du ressort à l'état libre mais sa multiplication  le casse .
 Exemple  faire un ressort pour un régulateur de chauffe à membrane d'un diamètre de 10mm utile ( 0,785 cm2 ) dont le l'obturateur fait passer le débit gaz de 0 à 100% pour un mouvement de 0,5 mm
  On désire stabiliser la pression à 8 + ou - 0,4 b
 Indépendamment des  propriétés variables et en général inconnues du fil dont  on  dispose la solution n'est pas unique , l'encombrement peut être limité
   Le diamètre moyen de l'enroulement  est lié à celui du fil et la force  F  par la formule     D = a . d exp3  / F    mm  kg       
          Par sécurité  et résister à une pression de 10 b   on aura F = 10 . 0,785   = 7,85 kg    ,  le coefficient a   peut  être choisi de 30    soit un fil de  d=1 mm  d'ou D = 3,82 mm
          Maintenant  combien de spires ?   Chaque spire s'allonge ou se contracte de  f = 0,0011 . D exp3  / d exp 4       par kg                 soit  0,0613  mm
        L'obturateur doit bouger de  0,5 mm pour une variation de pression de 2.  0,4 = 0,8 b  soit   une variation de poussée sur la membrane  de 0;8 . 0,785 = 0,628 kg
          Il faut   0,5 / 0628 / 0,0613 = 13 spires
           Ce ressort est capable de se déformer de  13 . 0,0613 . 7.85  =  6.26 mm     avec une longueur libre  de 20 mm  sa longueur passera de 20 - ( 8 . 0785  . 13 . 0,0613)  = 15  mm+ ou - 0,5 mm  en fonctionnement
       Ces calculs sont approximatifs ils montrent l'interdépendance   entre D et d 
      Le coefficient a varie pour un acier de 30 à 40
       Un essai permet  d'évaluer a et surtout  de connaître D en fonction du mandrin
       On laisse une à deux spires jointives à chaque extrémités pour pouvoir meuler les bouts afin que le ressort  reste bien dans l'axe
Les coefficients :  a  dans le  calcul de la charge maxi  et  0,0011 pour la flexibilité  dépendent des propriétés du métal  et de la forme du fil  ( rond , carré )
  On peut les contrôler en prenant  ressort  fait avec le même fil enroulé à peu près au même diamètre pour que l'écrouissage soit le même  . On fait un ressort de quelques spires non jointives ( pour ne pas avoir de précontrainte )  , on mesure sa longueur libre , et l'on suspend  une charge jusqu'elle provoque un allongement permanent . C'est rapide  , je viens de faire un essai et aux tolérances de mesure près j'ai trouvé a = 30  
 
Pour ceux qui aiment se faire mal, Rookie me communique des sites spécialisés qui permettent de se faire une idée sur la « simplicité » de fabrication d'un ressort.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ressort_hélicoïdal
On y trouve une feuille de calculs pas trop compliquée:
http://calcul.ressorts.org/
  et aussi une abaque bien pratique de détermination rapide:


Alors, pour faire avancer les choses, j'ai demandé à notre ami de Grenoble (très réputé !) de bien vouloir me faire un schéma 3D de ce que je désirais !
Ma demande est allée au delà de mes espérances, puisque le projet lui ayant tellement plus, il en a même fabriqué un dans la foulée !
Mâtin ! Quel Forum ! Et quels Forumeurs, devrais-je ajouter !

Le schéma ci-dessous nous montre le principe du régulateur. Un (ou deux) joints toriques remplacent la membrane.
Le passage du gaz de la chambre à l'autre est en « tout ou rien». Impossible d'extruder le joint à ces pressions de service = 1@ 3 bars et la contre pression est négligeable.
Le déplacement du piston sera dans le pire des cas de 1mm. Ce qui ne pose aucun problème de déformation aux joints si le cylindre est proprement usiné.
Et la pression de la vapeur peut être de 100 bars ou plus si on rêve un peu.
Aucune contrainte de température, puisque la pression de la vapeur est en statique et donc à température ambiante.


Le voilà en vrai:



Une autre façon de procéder est celle de tarer une vanne coupe gaz comme précédemment, mais d'installer une ligne complètement séparée , qui by-pass le régulateur et alimente le brûleur en permanence avec un très faible débit = veilleuse.



J'attends vos commentaires pour amélioration possible.
Les essais suivront plus tard ! Il fait trop chaud pour jouer avec le gaz !
Cordialement.

Hello,


Belle réflexion et que dire des schémas j'adore ces vues en coupe ou en 3D

J'attends tes essais avec impatience car je ne suis pas convaincu que les frottements des joints ne modifient pas les calculs de façon rédhibitoire.
Je pense que si nos précurseurs sont passés à la membrane ce n'est pas pour rien.
As tu fais des essais au moins à l'air comprimé pour voir à quelle valeur le clapet se ferme et surtout à quelle valeur il se réouvre ?

Peux tu nous expliquer le fonctionnement ,il y un truc que je ne comprend pas avec l'age je dois avoir la vue qui baisse

J'ai mis en couleur le cheminement du gaz (enfin celui auquel je pense)
Le circuit vert ok c'est la veilleuse ,mais pour le rouge comment passe le gaz dans le canal inférieur, si il n'y avait pas le joint au sommet du clapet conique je voie bien mais là je sèche .



scyllias

:bo2:Salut Scyllias!
Tes commentaires sont judicieux et j'aime bien que l'on me reprenne le cas échéant.
Ça me permet de peaufiner mes explications!
Comme j'explique dans le texte plus haut, j'ai décidé de mettre un joint torique parce que le régulateur est fait pour travailler à plus de 5 bars. La pression de travail étant de 8 bars.
L'idée d'utiliser une membrane ne me plait pas à cette pression.Peut être ai-je tort, et  comme tu dis, seuls les tests pourront me conforter dans cette option.

Concernant le passage du gaz, c'est le piston du bas qui poussé par le ressort (taré) , repousse le piston du haut , qui est en contact avec la pression vapeur.
Ces deux pistons s'emboitent l'un dans l'autre pour la facilité de l'usinage et bougent ensemble.
Le gaz peut passer de la chambre supérieure à la chambre inférieure tant que la force du ressort inférieur est supérieur à la pression vapeur.
Mais pour que ce soit plus clair, notre ami Francis va pouvoir tracer le passage en couleur.

On reste à l'ombre et on boit frais!      
Cordialement!

Si j'ai bien compris, quand le petit cône de la chambre supérieure se soulève, il existe un léger jeu entre la tige et le joint torique qui laisse passer le gaz.

Malevthi a écrit:Si j'ai bien compris, quand le petit cône de la chambre supérieure se soulève, il existe un léger jeu entre la tige et le joint torique qui laisse passer le gaz.

C'est ce que j'entrevoie comme solution, mais comment tient le joint;il n'est pas dans une gorge ?

Scyllias

Hello!
Vous avez tout compris.
L'axe ne doit pas toucher le joint torr. Ce joint doit être maintenu dans son logement en le "forçant" un peu . Au besoin un peu de Loctite pour l'aider à tenir.
Le passage du gaz (à 2/3 bars maxi) va toujours dans la même direction et plaque ce joint dans son logement. Il ne peut y avoir de pression positive du gaz du bas vers le haut. Donc l'axe ne peut le relever par friction.
Je ne suis pas encore persuadé qu'il faille avoir une étanchéité conique sur le joint. Un plat "tout ou rien" qui vienne en butée est peut être mieux. L’expérience nous le dira.
Le proto de Francis semble lui donner satisfaction. Peut être pourra-t-il nous en dire plus.
Je vous rendrai compte dès les premiers tests......................s'il ne me pète pas à la figure!
Bonne soirée!

Ce qui me gène un peu dans ce montage est que les pistons doivent vaincre la friction de 4 joints toriques. A forte pression, ça ne doit pas poser problème, mais à plus faible, cette friction n'aide pas à la précision. Sinon belle compacité

dans la pratique j'ai réalisé un ressort de Ø 6mm extérieur fil de 0.8 en acier Ø intérieur  4.4mm poussée théorique 4KG.
J’ai réalisé un ressort force de 4Kg environ avec 10 spires, plus long que prévu afin de pouvoir ajuster la longueur selon les essais à 8 Bars.
Il suffit de couper  le ressort spire par spire  pour un résultat final.
Nota : je ne détiens pas de groupe vapeur capable de produire une pression de 8 bars
En terme de sécurité j’ai testé le piston vapeur  pas de fuite ou de passage dans la  chambre gaz.

Nous verrons si les joints tiennent à 8 bars pendant les essais vapeur par KBIO ?  
En pratique le régu fonctionne bien à 6 bars la course du piston vapeur peut être limité par une bague de fin de course, mais je pense que le mécanisme peut fonctionner ainsi pour l'instant.
Je pense que la course de 2 mm des pistons accouplés est profitable pour absorber la contrainte de freinage des joints toriques. (la poussée est plus dynamique)
Le système fonctionne bien car nous entendons (le toc engendré par le piston vapeur) signifie que la poussée est vaillante et positive.
C'est un prototype  sympathique je retourne à mon BE pour finaliser des projets pour les sous-mariniers (clapets de décharge pour ballast et inverseur gaz à trois voies pour tubes lance torpilles)
c'est différent de la vapeur les techniques sont différentes    je valide l'idée et la conception de KBIO le principe est bon pour le régu à piston HP. Toutefois la pression à 8 bars est une étape à franchir avec un maximum de sécurité et beaucoup de vigilance car nous franchissons un niveau supérieur de difficultés      bon courage KBIO pour les essais  
A+

Hello!
Tu as raison Malevthi, concernant la surcharge de friction des joints.
Un seul joint suffit si on a le bon "Duro".
Mais avec 8 bars, ça doit passer.
Il faudra plusieurs tests et modif's pour confirmer la "chose"!
Inc'Allah comme on dit par chez toi!
Parait qu'il fait tellement chaud chez toi que les chamelles donnent du lait en poudre et que tu en as plein le nez!!
Reste à l'ombre!

Bien cordialement.  

Je prépare secrètement un nouveau régulateur à huile. Mais chut, les américains nous écoutent !

Bonjour à tous
L'usinage du logement du petit  joint torique du réglage du débit gaz est délicat   sans outil  spécial  , il faut un serrage suffisant pour qu'il reste en place mais pas au point de créer des  "bosses " . Utilisant le même principe  cône/ joint torique j'ai rendu son logement usinable séparément  et maitenu en place par une soudure à l'étain . Ca marche depuis des années .

Hello!
Sympa, le petit insert usiné séparément pour apporter plus de précision dans l’usinage du logement du joint.
Cet insert peut être soudé à l’étain , mais il peut aussi être serré fermement sans plus. Si par hasard, il y avait une fuite par le filetage, ça ne ferait qu’une veilleuse supplémentaire. Aucun souci, de ce coté là, donc!
D’une discussion avec Bobino, ont germé plusieurs idées et améliorations possibles. Comme quoi, sur ce Forum, tout est travail d’équipe et quand l’équipe se met au boulot................!
- Les pistons se déplaceront probablement par à coups au fur et à mesure de l’augmentation de pression. Même si le déplacement est minime, l’usinage doit être très fin.
Afin d’atténuer le phénomène, il est peut être judicieux d’augmenter la surface du piston et de renforcer le ressort = à voir.
- Une tige filetée peut être mise en place dans le centre du piston gaz , et permettre de repousser le piston coté vapeur, afin d’obtenir un réglage encore plus fin dans l’ouverture du passage. A étudier.
- Le piston vapeur peut être usiné en deux parties indépendantes, pour permettre un peu de jeu au niveau du passage du gaz, et de rester bien en ligne afin de permettre un contact uniforme et bien
réparti sur le joint.
- Une collerette d’arrêt peut être mise en place sur le piston gaz, au niveau de la sortie de gaz afin d’empêcher le joint de s’endommager en passant devant l’orifice lorsque la pression de vapeur
revient à 0.
- Le régulateur peut être usiné sans brasure aucune. La veilleuse pouvant être usiné séparément et connectée sur le régulateur avec des raccords rapides.
- Un orifice de mise à l’atmosphère sur le coté ressort gaz peut être percé. A priori, le filetage n’est pas étanche et permet la circulation d’air, mais pour ceux qui coupent les cheveux en 4!
(J’en connais!)
Bref! Tout est possible et chacun y prendra ce qui lui semble intéressant. D’autres apporteront leurs idées!
Bien cordialement.

Hello!
Seul un test devrait  nous convaincre que l’idée est bonne.
Et ..................................... le test est fait !
ET????
Et ben c’est pas terrible. Je passe sur veilleuse à 10 bars et le bruleur ne reprend bien qu’à 4 bars. Autant dire quand je n’ai plus de vapeur dans la chaudière. Pas précis le “zimbreck”!
Par contre je peux le faire marcher à 100 bars si je veux!
Quand j’ai montré ça à Bobino et à Graine au Vent, ils m’ont gentiment sourit, comme à un grand malade que l’on ne voudrait surtout pas contrarier et retirer toutes ses illusions!
Des gueux!
Mais je n’ai pas dit mon dernier mot et je continue à cogiter d’arrache-pied! Et quand je me prends la tête avec mon pied, j’épate, mon ami! J’épate et pas des Panzani!
Alors on reste sur le morceaux .


Bien cordialement.

L'hystérésis ! Voila tout le problème des régulations ....
Je ne vois qu'une solution ... l'électronique
Deux capteurs de pression, l'un pour la mise en veilleuse, l'autre pour le rallumage complet. (Je vais me faire taper dessus )

je pense qu'il faut un ressort de 6 Kg pour gagner environ 2 bars qui nous permettrai d'ouvrir la passage du gaz à 6bars au lieu de 4 bars.
Toutefois l'hystérésis répond bien à la consigne du ressort à 4 Kg qui est insuffisant compte tenu du frottement des joints toriques.
L'idée est bonne mais il ne faut rien changer à la qualité de l'usinage c'est un problème de ressort uniquement il faut un ressort dur court dans ce cas si je me trompe...

voici un nouveau projet réalisable selon mon étude personnelle.
je verrai dans ce type de régulateur deux pistons cote à cote séparés par une distance ajustable afin de placer un levier amplificateur pour ajuster l’hystérésis avec une plus grande précision.
exemple un piston gauche pour le gaz le levier amplificateur au milieu et le piston vapeur à droite.
Il suffit dans ce cas d'augmenter le bras de levier pour vaincre la contrainte mécanique des pistons.
Ainsi le différentiel de pression serai limité par l'amplification de force du levier ajustable en longueur par une vis moletée. En conclusion nous aurions deux sources de réglages le ressort et le réglage du levier.
idée à cogiter pour réduire les effets de frein des joints toriques.
construction
Pour le réglage du levier il suffit de déplacer son axe de pivot soit à droite ou à gauche par une glissière réglable en largeur. Ainsi nous augmentons ou diminuons le bras de levier.
pourquoi pas un nouveau proto vap38

Hélas tes essais confirment ce que j'avais écris quelques posts  plus haut, il y a trop de frottements avec les joints.
J'ai repris ton schéma avec des modifs ,je pense que tu peux supprimer 3 des 4 joints qui travaillent en friction  cela oblige aussi à réusiner le coté molette de réglage .
Le gain en friction doit être non négligeable et ainsi améliorer la précision  du Biniou breton made in Kbio.



Pour avoir une idée de ce que peut apporter la suppression des joints tu peux faire un essais en supprimant 1 joint sur 2 dans ton montage tous les joints étant doublés. Pour un essais en atelier ça ne pose pas de problème.

Scyllias

Hello!
L’eccéité de mon arlequinade technique aura au moins eu le mérite de secouer l’aboulie “caniculairistique” de mes Copains du Forum!
T’as vu? C’est pas du Charentais dans le texte, ça, hein mon pote? On babeline pas comme-ça dans ton rade de la rade?
Rien que pour ça, ça valait le coup de se balloter les méninges, et de les sortir de cette nonchalance léthargique, et contemplative.
Caractéristique du Forumeur lambda qui consulte le Forum comme on consulte Closer chez le dentiste! Le regard aussi vide que la pensée est abstruse!
Heureusement! Les pointus du bulbe répondent présent!  

Pour répondre à Scyllias.
- Tu as raison! J’ai déjà ôté un joint sur deux et j’ai effectivement gagné en terme de friction. Malheureusement, et pour contredire mon théorème, qu’un seul joint suffit, j’ai du endommager celui qui reste et ça fuit!  J’ai de l’eau dans le gaz. Il y a des jours comme ça. Faut que j’en redemande au BE. VAP à l'aide!
- Si j’ôte les deux joints sur le piston , coté ressort, alors j’ai la pression du gaz qui passe au dessus du piston et rentre dans la chambre du ressort. Cette pression, même minime, va s’additionner à   la    force du ressort    contre la pression de vapeur.    Ce n’est pas un handicap en soi , mais je préfère l’idée de ne laisser qu’un joint sur le piston coté ressort. Ton idée est bonne puisqu'elle élimine un joint, mais est-ce que laiton sur  laiton ne crée pas une mauvaise friction supplémentaire ou un travers?  
Je vais continuer de m’amuser avec cet agayon, mais je doute que ce soit une bonne idée en fin de compte .
Peut étre que tous ensemble, on va y arriver!   !
Bon! Mais c'est l'heure de l'apéro! Et comme Modération est parti! J'ai la bouteille pour moi tout seul!  
Bien cordialement.

KBIO a écrit: Hello!


Pour répondre à Scyllias.
- - Si j’ôte les deux joints sur le piston , coté ressort, alors j’ai la pression du gaz qui passe au dessus du piston et rentre dans la chambre du ressort. Cette pression, même minime, va s’additionner à   la    force du ressort    contre la pression de vapeur.    Ce n’est pas un handicap en soi , mais je préfère l’idée de ne laisser qu’un joint sur le piston coté ressort. Ton idée est bonne puisqu'elle élimine un joint, mais est-ce que laiton sur  laiton ne crée pas une mauvaise friction supplémentaire ou un travers?  
Bon! Mais c'est l'heure de l'apéro! Et comme Modération est parti! J'ai la bouteille pour moi tout seul!  
Bien cordialement.

Dans ton montage la pression du gaz combat le ressort,si la pression gaz varie la régulation varie.Si il y a équilibre de pression de part et d'autre du piston seul le tarage du ressort influe sur la régulation.
C'est pas tout mais moi je bosse cet après midi, donc pour le repas je vais tarauder à sec .

Scyllias

Très juste!
J'y ai pensé après l'apéro, avec l'intention de te répondre avant ma sieste, mais tu as été plus rapide!
Bon courage! Nous avons tous une pensée émue pour toi!
Cordialement.

Bien l'bonjour;
Je prend en cours et Scyllias a raison pour l'équilibre de la pression ; Maître Kbio se rat pellé rappeler " la pression est identique en tout point d'un circuit " et là comme la circulation du gaz est libre dans la partie " régulation du ressort " avec celle " du circuit vers le bruleur " il n'y aura que la force de tarage du ressort qui comptera ; Puisque la pression vapeur, elle, restera au dessus du premier piston .

Hello!!
Après quelques bidouilles sur le régulateur = 1 joint sur deux,  graissage à la Lubriplate,  vis pointeau veilleuse, j’ai un meilleur résultat.
Ce n’est pas la panacée, bien sûr, mais c’est nettement mieux.
A 8.5 bars = passage en veilleuse –> +/- 7 bars , reprise plein pot, c’est pas “beaucoup plus pire” qu’un régulateur à membrane.
Ma prochaine étape sera de refaire un ressort plus long, et avec le régulateur sur chaudière et machine en route.Encore baisser la veilleuse (et pas veiller la b...) pour une reprise plus franche.
Ça devrait être encore mieux! Tous les espoirs sont permis et l’espoir , c'est le moteur de tous les projets!
Ce qu’il y a de chiant avec l’espoir, c’est quand se réalise ce qu’on espère tant!
Ça n’a plus aucun intérêt et il faut passer à autre chose!
Mais en attendant, le “gourbi” est en latence et le BBQ a repris du service!
Bien cordialement.