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Dispositif de régulation automatique du débit volumétrique d'un compresseur.
La présente invention concerne un dispositif propre à assurer la régulation automatique du débit d'un compresseur d'air en fonction de la demande d'air comprimé, tout en maintenant une pression de fonctionnement sensiblement constante.
On utilise des compresseurs d'air à des fins très variées et le volume d'air comprimé exigé du compresseur à un instant quelconque peut varier considérablement pendant un temps donné. Par exemple, quand on utilise un compresseur d'air pour alimenter en air comprimé un certain nombre de foreuses pneumati- ques en fonctionnement, le débit volumétrique exigé du compres- seur varie suivant le nombre de foreuses qui fonctionnent à un instant donné ; autrementdit, si l'on n'utilise qu'une seule foreu-
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se, il faut beaucoup moins d'air comprimé que si l'on en utilise simultanément plusieurs.
La présente inventiona en conséquence pour but de proposer un dispositif propre à assurer la régulation automatique @ du débit volumétrique d'un compresseur à air en fonction de la demande et, suivant l'invention, on obtient ce résultat à l'aide @ de moyens qui règlent la vitesse de l'élément d'entraînement primaire, suivant la pression d'air qui règne dans un réceptacle d'emmagasi- nage d'air comprimé, l'agencement étant tel que la vitesse de l'élé- ment d'entraînement primaire croît automatiquement, pour augmenter le débit volumétrique du compresseur, quand la pression d'air régnant dans le réceptacle baisse et décroît, pour réduire le débit du compresseur, quand la pression d'air régnant dans ce réceptacle s'élève.
L'invention vise donc un dispositif propre à assurer la régulation automatique du débit volumétrique d'un compresseur d'air en fonction de la demande en air comprimé, tout en maintenant une pression de fonctionnement sensiblement constante, ce dispositif comptenant une soupape sensible à la pression qui subit l'ac- tion d'air comprimé arrivant d'un réceptacle d'emmagasinage d'air comprimé raccordé à l'orifice de refoulement du compresseur pour permettre à une certaine quantité d'air, variant en fonction de la pression d'air régnant dans ledit réceptacle, de passer dans une chambre de dilatation pour manoeuvrer un piston mobile dans cette chambre, ce piston étant raccordé à un levier d'accélération, gouverneur de vitesse ou autre commande de la vitesse de l'élément d'entraînement primaire qui entraîne le compresseur.
Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif de régulation automatique comprend une soupape sensible à la pression-commandée par une membrane sollicitée par ressort-montée dans une chambre de soupape communiquant en permanence avec un réceptacle d'emmagasinage d'air raccordé à l'orifice de refoule- ment du compresseur, cette soupape étant manoeuvrée par de l'air
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comprimé qui arrive de ce réceptacle pour permettre à une certaine quantité d'air, variant en fonction de la pression qui .règne dans le réceptacle de passer dans une chambre de dilatation pour manoeuvrer un piston coulissant dans cette chambre, ce piston présentant une tige de piston accouplée à un levier d'accélération ou autre commande de la vitesse d'un élément d'entraînement pri- maire qui entraîne le compresseur,
de sorte que le mouvementdu piston dans ladite chambre ajuste la vitesse de l'élément d'entraî- nement primaire et, par conséquent., le débit du compresseur.
Pour faire plus clairement comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple un mode de réalisation particulier, en se référant au dessin annexé, sur lequel :
La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de régulation suivant l'invention, associé à un compresseur à air différentiel à deux étages, et la figure 2 en est une vue de détail en coupe axiale.
Sur le dessin, on voit le compresseur d'air, désigné par la. référence générale A, le réceptacle d'air comprimé désigné par la référence générale B et le dispositif de régulation par la référence générale C, tandis que la référence générale D désigne une soupape dite de décompression qu'il est classique d'associer à des compresseurs à air et dont on décrira plus loin le but et la fcnction. L'orifice de refoulement du compresseur à air A est raccordé à travers une conduite d'amenée 3 à un réceptacle d'emmagasinage d'air 4, agencé pour être raccordé par un tuyau de refoulement 5 à des dispositifs d'utilisation pneumatiques (non représentés) dont l'air comprimé doit assurer la manoeuvre.
Le réceptacle d'air 4 est également raccordé, de manière classique, à la soupape de décompression D par une conduite 6. Une autre condui- te 7 raccorde encore le réceptacle B au dispositif de régulation C, à travers un orifice d'admission 8 débouchant dans la chambre de soupape 9 d'une soupape 10 sensible à la pression, à commande par membrane, représentée en détail sur la figure 2 et qu'on va maintenant décrire en détail. La soupape 10 est portée par
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une membrane 11, sollicitée par ressort dans le sens de fermeture de la soupape, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 12a, par un ressort hélicoïdal 12. On peut ajuster la pression exercée par le ressort 12 à l'aide d'une vis 13.
La soupape 10 est agencée pour laisser passer, sous la commande de la membrane 11, une quantité d'air variable du tuyau 7 dans la chambre de dilatation 14, à travers la chambre de soupape 9, la quantité d'air ainsi admise dans la chambre de dilatation variant en fonction de la pression qui règne dans le réceptacle 4.
La chambre de dilatation 14 constitue le cylindre dans lequel se meut un piston 15, dont l'étanchéité est assurée par une membrane 16 qui se déplace en se repliant sur elle-même. Le piston 15 est solicité élastiquemant par un ressort de compression hélicoïdal 17 qui agit contre la résistance de la pression d'air régnant dans la chambre 14, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 17a. Le piston présente en outre une tige de piston 18, accouplée de maniè- re non illustrée au levier d'accélération, au gouverneur ou autre commande de vitesse de l'élément d'entraînement primaire qui entraîne le compresseur A. L'amplitude des mouvements décrits par le piston 15 pour faire varier la vitesse de l'élément d'entraîne- ment primaire est fonction de la pression d'air régnant dans le réceptacle 4.
Le fonctionnement du dispositif de régulation suivant l'invention est le suivant
Quand le compresseur d'air A fonctionne sous une pression constante donnée, c'est-à-dire quand il assure l'alimentation en air comprimé d'un nombre donné de dispositifs d'utilisation pneumatiques fonctionnant en continu, et que la pression d'air régnant dans le réceptacle 4 demeure ainsi constante, la pression d'air régnant dans la chambre de dilatation 14 du dispositif régu- lateur C demeure également constante et maintient ainsi le piston 15 en équilibre ; dit, ce piston demeure immobile et, en conséquence, la vitesse de l'élément d'entraînement primaire demeu- re constante.
Par contre, quand la demande en air comprimé croit, par exemple lorsqu'on met en oeuvre des dispositifs d'utilisation
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pneumatiques additionnels, la pression régnant dans le récepta- cle 4 baisse, ce qui provoque une baisse de pression dans la chambre de soupape 9. De ce fait, la membrane 11 se déplace vers l'avant sous l'action du ressort 12, fermant la soupape 10 et empêchant ainsi de l'air sous pression de passer de la chambre de soupape 9 dans la chambre de dilatation 14. Cette chambre de dilatation communique en permanence, à travers un orifice calibré 19, un conduit 20 et une conduite 21, avec le radiateur intermédiaire 22 interposé entre le premier et le second étages de compression du compresseur d'air A.
Ainsi, quand la soupape 10, fermée, empêche l'air de passer du réceptacle dans la chambre de dilatation 14 comme décrit ci-dessus, l'air comprimé déjà contenu dans cette chambre de dilatation s'échappe à travers ledit orifice 19, le conduit 20 et la conduite 21, de sorte que la pression régnant dans la chambre de dilatation 14 baisse, ce qui permet au piston 15 de se déplacer dans le sens de la flèche 17a. contre la résistance du i ressort 17. La vitesse de l'élément d'entraînement primaire se trou- ; ve ainsi accrue, ce qui accroît simultanément la vitesse et, par conséquent, le débit du compresseur pour compenser la baisse de pression dans le réceptacle d'air.
D'une manière analogue, quand @ la pression d'air régnant dans ce réceptacle croit, par exemple lorsqu'un ou plusieurs dispositifs d'utilisation pneumatiques préala-i blement en fonctionnement sont mis à l'arrêt, la pression d'air régnant dans la chambre de soupape 9 croît et déplace la membrane 11, contre la résistance du ressort 12, pour ouvrir la soupape 10 et permettre ainsi à de l'air sous pression de pénétrer dans la chambre de dilatation 14.
Quand de l'air pénètre dans la chambra de dilatation 14 à une vitesse supérieure à celle à laquelle il peut s'échapper à travers l'orifice 19, la pression régnant dans la chambre de dilatation croît, de sorte que le piston se meut dans le sens contraire à la flèche 17a contre la résistance du ressort 17, pour réduire la vitesse de l'élément d'entraînement primaire et, ainsi, la vitesse et le débit du compresseur.
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La soupape 10 comprend un pointeau 23 (figure 2), sollici- té élastiquement vers sa position de fermeture par un ressort de compression 24, ce pointeau 23 coulissant axialement dans l'alésage d'un manchon 25 porté par la membrane 11 et dans l'alésage d'un presse-étoupe 26, vissé dans un taraudage pratiqué dans la paroi de la chambre de dilatation 14. Le manchon 25 et le presse-étoupe 26 sont espacés de manière à ménager un passage permettant à de l'air de passer de la chambre de soupape 9 dans la chambre de dilatation 14, à travers l'alésage du presse-étoupe, quand la soupa- pe est ouverte. L'extrémité extérieure libre du pointeau de soupape s'insère sans jeu, à coulissement, dans un tronçon de l'alésage du presse-étoupe qui est de diamètre réduit comme indiqué en 27.
Cette extrémité extérieure libre du pointeau présente d'un côté un pan coupé d'inclinaison étalonnée, tel que représenté en 23a, de sorte que le volume d'air qui peut passer à travers la soupape dans la chambre de dilatation 14 varie en fonction du degré d'ou- verture du pointeau dans le sens de la flèche 23b,
Le compresseur est équipé d'une soupape de décompression classique D, comportant un obturateur 28, raccordé d'un côté, par une conduite 6, au réceptacle 4 et de l'autre côté, par une conduite 29, à la soupape d'admission 30 du compresseur à air A. Le fonctionnement de la soupape de décompression est le suivant.
Quand la pression régnant dans le réceptacle 4 vient à dépasser une valeur prédéterminée correspondant à la vitesse minimale désirée, la soupape de décompression 28 s'ouvre pour permettre à de l'air de passer, à travers la conduite 29, dans la soupape d'admission 30 ou registre du compresseur, pour maintenir cette soupape ouverte de manière normale et éviter ainsi une compression excessive ou surcompression. Suivant la présente inven- tion, la soupape de décompression D assure en outre le réglage de la vitesse-limite inférieure.
A cette fin, la soupape de décompres- sion est raccordée, à travers une conduite 31 et un clapet de retenue 32, à la chambre de dilatation 14 du régulateur, de sorte
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que quand la pression d'air est maximale, de l'air pénètre dans la chambre de dilatation 14 àtravers le clapet de retenue 32 et porte la pression régnant dans cette chambre de dilatation à une valeur qui maintient le piston 15 appliqué contre une butée de basse vitesse 33.
Quand de l'air est soutiré du réceptacle d'air 4, ce qui provoque une légère baisse de pression, la soupape de décompression D se referme et le compresseur recommence à refouler de l'air comprimé en régime normal. Simultanément, l'air contenu dans la chambre de dilatation 14 est automatiquement isolé de façon étanche de la soupape de décompression par le clapet de retenue 32 et la vitesse de l'élément d'entraînement primaire et du compresseur croît, pour compenser la perte de pression dans le réceptacle d'air 4, sous l'action du régulateur.
Le régulateur suivant l'invention présente les avantages importants suivants la vitesse de l'élément d'entraînement primai- re estàtout moment liéeau débit de refoulement du compresseur et la vitesse maximum n'apparaît qu'en régime de refoulement maximum, de sorte qu'à tous autres moments, la vitesse et le débit se trouvent réduits ou accrus de la manière voulue pour réduire les frais d'exploitation ainsi que l'usure et le bruit.
Une décompression totale n'apparaît qu'à la vitesse minimale prédéterminée, lorsque les engrenages distributeurs du compresseur fonctionnent à vitesse relativement basse, ce qui réduit l'usure de ces engrenages.
La vitesse moyenne de fonctionnement en régime normal est nettement inférieure à la valeur maximale, ce qui se traduit par une vie plus longue de toutes les pièces actives.
La pleine pression maximale voulue pour faire fonctionner les dispositifs d'utilisation pneumatiques en marche se maintient automatiquement dans toute la gamme de capacités du compresseur à air.
Le régulateur est très sensible et la sûreté de fonction- nement totale, ces deux résultats étant obtenus du fait que le
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fonctionnement du régulateur n'entraîne pas de contact générateur d'usure et virtuellement pas de frottement.
L'air qui s'échappe du cylindre de manoeuvre étant renvoyé en un point intermédiaire entre les deux étages du cycle de compression, on a la certitude que cet air demeure inclus dans le cycle de compression et ne soit pas perdu en ce qui concerne la capacité du compresseur, qui demeure inchangée. Ainsi, la faible quantité d'air comprimé nécessaire pour assurer la régula- tion est prélevée coté refoulement du cylindre sous haute pression, amenée par dilatation à la pression inter-étages, puis restituée par recompression ultérieure dans ce cylindre et représente en conséquence l'énergie nécessaire pour assurer la régulation..
Le régulateur n'est pas compliqué, il est compact, peu coûteux à fabriquer, de fonctionnement sûr et susceptible de réglage préalable par un seul ajustement du ressort de tension de la soupape régulatrice.
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Device for automatic regulation of the volumetric flow of a compressor.
The present invention relates to a device suitable for automatically regulating the flow rate of an air compressor as a function of the demand for compressed air, while maintaining a substantially constant operating pressure.
Air compressors are used for a wide variety of purposes and the volume of compressed air required from the compressor at any one time can vary greatly over a given time. For example, when an air compressor is used to supply compressed air to a number of operating pneumatic drills, the required volumetric flow rate of the compressor varies according to the number of drills operating at a given time; in other words, if we only use one drill-
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s, much less compressed air is required than if several are used simultaneously.
The object of the present invention is therefore to provide a device suitable for automatically regulating the volumetric flow rate of an air compressor as a function of demand and, according to the invention, this result is obtained using means which regulate the speed of the primary drive element, according to the air pressure prevailing in a compressed air storage receptacle, the arrangement being such that the speed of the element of primary drive increases automatically, to increase the volumetric flow of the compressor, when the air pressure prevailing in the receptacle decreases and decreases, to reduce the flow of the compressor, when the air pressure prevailing in this receptacle rises.
The invention therefore relates to a device suitable for automatically regulating the volumetric flow rate of an air compressor as a function of the demand for compressed air, while maintaining a substantially constant operating pressure, this device comprising a valve sensitive to the pressure. pressure which undergoes the action of compressed air coming from a compressed air storage receptacle connected to the discharge port of the compressor to allow a certain quantity of air, varying according to the pressure d 'air prevailing in said receptacle, to pass into an expansion chamber to maneuver a movable piston in this chamber, this piston being connected to an acceleration lever, speed governor or other control of the speed of the driving element primary which drives the compressor.
According to another aspect of the invention, the automatic control device comprises a pressure sensitive valve-controlled by a spring-biased membrane-mounted in a valve chamber permanently communicating with an air storage receptacle connected to the valve. the discharge port of the compressor, this valve being operated by air
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compressed which arrives from this receptacle to allow a certain quantity of air, varying as a function of the pressure which reigns in the receptacle, to pass into an expansion chamber to operate a piston sliding in this chamber, this piston having a rod of piston coupled to an accelerator lever or other speed control of a primary drive element which drives the compressor,
so that the movement of the piston in said chamber adjusts the speed of the primary drive element and hence the flow rate of the compressor.
To make the invention more clearly understood, a particular embodiment will now be described by way of example, with reference to the appended drawing, in which:
FIG. 1 is a sectional view of a regulation device according to the invention, associated with a two-stage differential air compressor, and FIG. 2 is a detail view thereof in axial section.
In the drawing, we see the air compressor, designated by the. general reference A, the compressed air receptacle designated by the general reference B and the regulating device by the general reference C, while the general reference D designates a so-called decompression valve that it is conventional to associate with compressors air and whose purpose and function will be described later. The discharge port of the air compressor A is connected through a supply line 3 to an air storage receptacle 4, arranged to be connected by a discharge pipe 5 to pneumatic operating devices (not shown) whose compressed air must ensure the operation.
The air receptacle 4 is also connected, in a conventional manner, to the decompression valve D by a pipe 6. Another pipe 7 still connects the receptacle B to the regulating device C, through an inlet port 8. opening into the valve chamber 9 of a pressure-sensitive, membrane-controlled valve 10, shown in detail in FIG. 2 and which will now be described in detail. The valve 10 is carried by
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a diaphragm 11, spring loaded in the direction of closing of the valve, that is to say in the direction of arrow 12a, by a helical spring 12. The pressure exerted by the spring 12 can be adjusted to the using a screw 13.
The valve 10 is arranged to let pass, under the control of the membrane 11, a variable quantity of air from the pipe 7 into the expansion chamber 14, through the valve chamber 9, the quantity of air thus admitted into the chamber. expansion chamber varying according to the pressure prevailing in the receptacle 4.
The expansion chamber 14 constitutes the cylinder in which a piston 15 moves, the sealing of which is ensured by a membrane 16 which moves by folding back on itself. The piston 15 is elastically solicited by a helical compression spring 17 which acts against the resistance of the air pressure prevailing in the chamber 14, that is to say in the direction of arrow 17a. The piston further has a piston rod 18, coupled in a manner not shown to the throttle lever, governor or other speed control of the primary drive member which drives compressor A. The range of motion described by the piston 15 to vary the speed of the primary drive element is a function of the air pressure prevailing in the receptacle 4.
The operation of the regulation device according to the invention is as follows
When the air compressor A operates at a given constant pressure, that is, when it ensures the supply of compressed air to a given number of pneumatic operating devices operating continuously, and the pressure d the air prevailing in the receptacle 4 thus remains constant, the air pressure prevailing in the expansion chamber 14 of the regulating device C also remains constant and thus maintains the piston 15 in equilibrium; Said, this piston remains stationary and, as a result, the speed of the primary drive element remains constant.
On the other hand, when the demand for compressed air increases, for example when using devices for use
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additional tires, the pressure prevailing in the receptacle 4 drops, which causes a drop in pressure in the valve chamber 9. As a result, the membrane 11 moves forward under the action of the spring 12, closing the valve 10 and thus preventing pressurized air from passing from the valve chamber 9 into the expansion chamber 14. This expansion chamber communicates permanently, through a calibrated orifice 19, a conduit 20 and a conduit 21, with the intermediate radiator 22 interposed between the first and the second compression stages of the air compressor A.
Thus, when the valve 10, closed, prevents air from passing from the receptacle into the expansion chamber 14 as described above, the compressed air already contained in this expansion chamber escapes through said orifice 19, the conduit 20 and conduit 21, so that the pressure prevailing in the expansion chamber 14 drops, which allows the piston 15 to move in the direction of arrow 17a. against the resistance of the spring 17. The speed of the primary drive element is; This increases the speed, which simultaneously increases the speed and therefore the flow rate of the compressor to compensate for the drop in pressure in the air receptacle.
Similarly, when @ the air pressure prevailing in this receptacle increases, for example when one or more pneumatic user devices previously in operation are switched off, the air pressure prevailing in the valve chamber 9 grows and moves the diaphragm 11, against the resistance of the spring 12, to open the valve 10 and thus allow pressurized air to enter the expansion chamber 14.
When air enters the expansion chamber 14 at a rate greater than that at which it can escape through the orifice 19, the pressure in the expansion chamber increases, so that the piston moves in the direction opposite to the arrow 17a against the resistance of the spring 17, to reduce the speed of the primary drive element and, thus, the speed and the flow of the compressor.
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The valve 10 comprises a needle 23 (FIG. 2), resiliently biased towards its closed position by a compression spring 24, this needle 23 sliding axially in the bore of a sleeve 25 carried by the membrane 11 and in the the bore of a stuffing box 26, screwed into a thread made in the wall of the expansion chamber 14. The sleeve 25 and the stuffing box 26 are spaced so as to provide a passage allowing air to pass from the valve chamber 9 into the expansion chamber 14, through the bore of the stuffing box, when the valve is open. The free outer end of the valve needle fits without play, slidably, into a section of the gland bore which is of reduced diameter as shown at 27.
This free outer end of the needle has on one side a cutaway of calibrated inclination, as shown at 23a, so that the volume of air which can pass through the valve into the expansion chamber 14 varies as a function of the degree of opening of the needle in the direction of arrow 23b,
The compressor is equipped with a conventional decompression valve D, comprising a shutter 28, connected on one side, by a pipe 6, to the receptacle 4 and on the other side, by a pipe 29, to the intake valve. 30 of the air compressor A. The operation of the decompression valve is as follows.
When the pressure prevailing in the receptacle 4 exceeds a predetermined value corresponding to the minimum desired speed, the decompression valve 28 opens to allow air to pass, through the line 29, into the relief valve. intake 30 or register of the compressor, to keep this valve open in a normal manner and thus avoid excessive compression or over-compression. According to the present invention, the decompression valve D further provides for the adjustment of the lower speed limit.
To this end, the decompression valve is connected, through a line 31 and a check valve 32, to the expansion chamber 14 of the regulator, so
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that when the air pressure is maximum, air enters the expansion chamber 14 through the check valve 32 and brings the pressure prevailing in this expansion chamber to a value which keeps the piston 15 pressed against a stop of low speed 33.
When air is drawn from the air receptacle 4, which causes a slight drop in pressure, the decompression valve D closes and the compressor resumes delivering compressed air in normal operation. At the same time, the air contained in the expansion chamber 14 is automatically sealed from the decompression valve by the check valve 32 and the speed of the primary drive element and of the compressor increases, to compensate for the loss of pressure. pressure in the air receptacle 4, under the action of the regulator.
The regulator according to the invention has the following important advantages: the speed of the primary drive element is at all times linked to the discharge rate of the compressor and the maximum speed occurs only in the maximum discharge speed, so that at all other times, speed and flow are reduced or increased as desired to reduce operating costs as well as wear and noise.
Full decompression only occurs at the predetermined minimum speed, when the compressor distributor gears are operating at relatively low speed, which reduces wear on these gears.
The average operating speed in normal mode is significantly lower than the maximum value, which results in a longer life of all active parts.
The full maximum pressure required to operate the pneumatic operating devices in operation is maintained automatically throughout the full capacity range of the air compressor.
The regulator is very sensitive and the operating reliability is total, these two results being obtained from the fact that the
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operation of the regulator does not result in contact generating wear and virtually no friction.
The air which escapes from the operating cylinder being returned to an intermediate point between the two stages of the compression cycle, it is certain that this air remains included in the compression cycle and is not lost as regards the compressor capacity, which remains unchanged. Thus, the small quantity of compressed air necessary to ensure the regulation is taken from the discharge side of the cylinder under high pressure, brought by expansion to the inter-stage pressure, then restored by subsequent recompression in this cylinder and consequently represents the pressure. energy required to ensure regulation.
The regulator is not complicated, it is compact, inexpensive to manufacture, reliable in operation, and preadjustable by a single adjustment of the regulator valve tension spring.