Základy tlakových regulátorů

Dostupné tlakové regulátory Beswick najdete v našem online katalogu: Tlakové regulátory naleznete v mnoha běžných domácích a průmyslových aplikacích: Klikněte zde pro tlakové regulátory

Tlakové regulátory se nacházejí v mnoha běžných domácích a průmyslových aplikacích. Regulátory tlaku se například používají v plynových grilech k regulaci propanu, v domácích topeništích k regulaci zemních plynů, v lékařských a zubních zařízeních k regulaci kyslíku a anestetických plynů, v pneumatických automatizačních systémech k regulaci stlačeného vzduchu, v motorech k regulaci paliva a v palivových článcích k regulaci vodíku. Z tohoto částečného výčtu vyplývá, že existuje mnoho aplikací regulátorů, ale v každé z nich plní regulátor tlaku stejnou funkci. Regulátory tlaku snižují přívodní (nebo vstupní) tlak na nižší výstupní tlak a pracují tak, aby tento výstupní tlak udržely i přes kolísání vstupního tlaku. Snížení vstupního tlaku na nižší výstupní tlak je klíčovou vlastností regulátorů tlaku.

Při výběru regulátoru tlaku je třeba zvážit mnoho faktorů. Mezi důležitá hlediska patří: rozsah provozních tlaků na vstupu a výstupu, požadavky na průtok, kapalina (Je to plyn, kapalina, toxická nebo hořlavá kapalina?), předpokládaný rozsah provozních teplot, výběr materiálu pro součásti regulátoru včetně těsnění a také omezení týkající se velikosti a hmotnosti.

Materiály používané v regulátorech tlaku

K dispozici je široká škála materiálů pro různé kapaliny a provozní prostředí. Mezi běžné materiály součástí regulátorů patří mosaz, plast a hliník. K dispozici jsou také různé druhy nerezové oceli (například 303, 304 a 316). Pružiny používané uvnitř regulátoru jsou obvykle vyrobeny z hudebního drátu (uhlíková ocel) nebo z nerezové oceli.

Mosaz je vhodná pro většinu běžných aplikací a je obvykle ekonomická. Hliník se často specifikuje, pokud se zohledňuje hmotnost. O plastu se uvažuje, když jde především o nízkou cenu nebo když je požadován vyhazovací předmět. Nerezové oceli se často vybírají pro použití s korozivními kapalinami, pro použití v korozivním prostředí, pokud se zohledňuje čistota kapaliny nebo pokud budou provozní teploty vysoké.

Stejně důležitá je kompatibilita materiálu těsnění s kapalinou a s rozsahem provozních teplot. Typickým materiálem těsnění je Buna-n. Někteří výrobci nabízejí volitelná těsnění, mezi něž patří např: Fluorouhlíkové, EPDM, silikonové a perfluoroelastomerové.

Použitá kapalina (plynná, kapalná, toxická nebo hořlavá)

Před určením nejvhodnějších materiálů pro vaši aplikaci je třeba zvážit chemické vlastnosti kapaliny. Každá kapalina bude mít své vlastní jedinečné vlastnosti, proto je třeba věnovat pozornost výběru vhodných materiálů tělesa a těsnění, které přijdou do styku s kapalinou. Části regulátoru, které přicházejí do styku s kapalinou, se nazývají „smáčené“ součásti.

Je také důležité určit, zda je kapalina hořlavá, toxická, výbušná nebo nebezpečná. Pro použití s nebezpečnými, výbušnými nebo drahými plyny se upřednostňuje regulátor bez odlehčení, protože jeho konstrukce nevypouští nadměrný tlak za proudem do atmosféry. Na rozdíl od neodlehčovacího regulátoru je odlehčovací (známý také jako samoodlehčovací) regulátor navržen tak, aby vypouštěl nadměrný tlak za proudem do atmosféry. K tomuto účelu je obvykle na boku tělesa regulátoru umístěn odvzdušňovací otvor. U některých speciálních konstrukcí může být odvzdušňovací otvor opatřen závitem a případný přebytečný tlak může být z tělesa regulátoru vypuštěn pomocí trubek a odveden do bezpečného prostoru. Pokud je zvolen tento typ konstrukce, měla by být přebytečná kapalina vypouštěna vhodným způsobem a v souladu se všemi bezpečnostními předpisy.

Teplota

Materiály vybrané pro regulátor tlaku musí být nejen kompatibilní s kapalinou, ale musí být také schopny správně fungovat při očekávané provozní teplotě. Jde především o to, zda zvolený elastomer bude správně fungovat v celém očekávaném rozsahu teplot. Kromě toho může provozní teplota ovlivnit průtokovou kapacitu a/nebo pružnost v extrémních aplikacích.

Provozní tlaky

Vstupní a výstupní tlaky jsou důležitými faktory, které je třeba zvážit před výběrem nejlepšího regulátoru. Důležité otázky, na které je třeba odpovědět, jsou následující: Jaký je rozsah kolísání vstupního tlaku? Jaký je požadovaný výstupní tlak? Jaké je přípustné kolísání výstupního tlaku?“

Požadavky na průtok

Jaký je maximální průtok, který aplikace vyžaduje? Jak moc se mění průtok? Důležitým faktorem jsou také požadavky na portování.

Velikost &Hmotnost

V mnoha technologicky náročných aplikacích je prostor omezený a hmotnost je faktorem. Někteří výrobci se specializují na miniaturní součásti a je třeba je konzultovat. Výběr materiálu, zejména součástí těla regulátoru, bude mít vliv na hmotnost. Pečlivě zvažte také velikosti portů (závitů), způsoby nastavení a možnosti montáže, protože ty budou mít vliv na velikost a hmotnost.

Regulátory tlaku v provozu

Regulátor tlaku se skládá ze tří funkčních prvků

1. ). Redukční nebo restrikční prvek. Často se jedná o pružinový kuželkový ventil.
2. ) Snímací prvek. Obvykle je to membrána nebo píst.
3. ) Referenční silový prvek. Nejčastěji pružina.

V provozu otevírá ventil referenční síla generovaná pružinou. Otevření ventilu působí tlakem na snímací prvek, který následně ventil zavírá, dokud není otevřený právě tak, aby udržoval nastavený tlak. Zjednodušené schéma „Schéma regulátoru tlaku“ znázorňuje toto uspořádání vyvážení sil. (viz níže)

(1) Redukční prvek (poppet ventil)

V regulátorech se nejčastěji používá pružinový „poppet“ ventil jako omezovací prvek. Poppet obsahuje elastomerové těsnění nebo v některých vysokotlakých provedeních termoplastické těsnění, které je konfigurováno tak, aby vytvořilo těsnění na sedle ventilu. Když síla pružiny oddálí těsnění od sedla ventilu, může kapalina proudit ze vstupu regulátoru do výstupu. Když výstupní tlak stoupá, síla generovaná snímacím prvkem odolává síle pružiny a ventil se uzavře. Tyto dvě síly dosáhnou rovnovážného bodu v nastaveném bodě regulátoru tlaku. Když tlak za ventilem klesne pod nastavenou hodnotu, pružina odtlačí klapku od sedla ventilu a další kapalina může proudit ze vstupu do výstupu, dokud se neobnoví rovnováha sil.

(2) Snímací prvek (pístový nebo membránový)

Pístové provedení se často používá, když jsou požadovány vyšší výstupní tlaky, když je důležitá robustnost nebo když výstupní tlak nemusí být udržován v přísné toleranci. Pístová provedení bývají ve srovnání s membránovými pomalejší kvůli tření mezi těsněním pístu a tělesem regulátoru.

V aplikacích s nízkým tlakem nebo při požadavku vysoké přesnosti se dává přednost membránovému provedení. Membránové regulátory používají tenký prvek ve tvaru kotouče, který slouží ke snímání změn tlaku. Obvykle jsou vyrobeny z elastomeru, ve speciálních aplikacích se však používá tenký stočený kov. Membrány v podstatě eliminují tření, které je vlastní pístovým konstrukcím. Kromě toho je pro určitou velikost regulátoru často možné zajistit větší snímací plochu pomocí membránového provedení, než by bylo možné při použití pístového provedení.

(3) Referenční silový prvek (pružina)

Regulační silový prvek je obvykle mechanická pružina. Tato pružina působí silou na snímací prvek a působí na otevření ventilu. Většina regulátorů je konstruována s regulací, která umožňuje uživateli nastavit požadovanou hodnotu výstupního tlaku změnou síly, kterou působí referenční pružina.

Přesnost a kapacita regulátoru

Přesnost regulátoru tlaku se určuje pomocí grafu závislosti výstupního tlaku na průtoku. Výsledný graf ukazuje pokles výstupního tlaku s rostoucím průtokem. Tento jev je znám jako pokles tlaku. Přesnost regulátoru tlaku je definována jako míra poklesu, kterou zařízení vykazuje v rozsahu průtoků; menší pokles znamená větší přesnost. Křivky závislosti tlaku na průtoku uvedené v grafu „Provozní mapa přímého regulátoru tlaku“ udávají užitečnou regulační kapacitu regulátoru. Při výběru regulátoru by měli technici prozkoumat křivky závislosti tlaku na průtoku, aby se ujistili, že regulátor dokáže splnit výkonnostní požadavky potřebné pro navrhovanou aplikaci.

Droop Definition

Termín „droop“ se používá k popisu poklesu výstupního tlaku, pod původní požadovanou hodnotu, při zvýšení průtoku. Droop může být také způsoben výraznými změnami vstupního tlaku (oproti hodnotě při nastavení výstupu regulátoru). Jak vstupní tlak stoupá oproti původnímu nastavení, výstupní tlak klesá. A naopak, když vstupní tlak klesá, výstupní tlak stoupá. Jak je vidět na grafu „Provozní mapa přímého regulátoru tlaku“, je tento efekt pro uživatele důležitý, protože ukazuje užitečnou regulační kapacitu regulátoru.

Velikost clony

Zvětšením clony ventilu lze zvýšit průtokovou kapacitu regulátoru. To může být výhodné, pokud vaše konstrukce může pojmout větší regulátor, nicméně buďte opatrní, abyste neuvedli příliš velkou hodnotu. Regulátor s předimenzovaným ventilem pro podmínky zamýšlené aplikace bude mít za následek větší citlivost na kolísání vstupních tlaků a může způsobit nadměrný pokles.

Tlak zablokování

„Tlak zablokování“ je tlak nad žádanou hodnotou, který je nutný k úplnému uzavření ventilu regulátoru a zajištění, že nedojde k průtoku.

Hystereze

Hystereze se může vyskytnout u mechanických systémů, jako jsou regulátory tlaku, v důsledku třecích sil způsobených pružinami a těsněními. Podívejte se na graf a zjistíte, že při daném průtoku bude výstupní tlak s klesajícím průtokem vyšší než s rostoucím průtokem.

Jednostupňový regulátor

Jednostupňové regulátory jsou vynikající volbou pro relativně malé snížení tlaku. Například vzduchové kompresory používané ve většině továren vytvářejí maximální tlaky v rozsahu 100 až 150 psi. Tento tlak je rozváděn potrubím po továrně, ale často se pomocí jednostupňového regulátoru snižuje na nižší tlaky (10 psi, 50 psi, 80 psi atd.) pro provoz automatizovaných strojů, zkušebních stojanů, obráběcích strojů, zařízení pro testování těsnosti, lineárních pohonů a dalších zařízení. Jednostupňové regulátory tlaku obvykle nefungují dobře při velkých výkyvech vstupního tlaku a/nebo průtoku.

Dvoustupňový (dvoustupňový) regulátor

Dvoustupňový regulátor tlaku je ideální pro aplikace s velkými výkyvy průtoku, výrazným kolísáním vstupního tlaku nebo klesajícím vstupním tlakem, jako je tomu u plynu dodávaného z malé skladovací nádrže nebo plynové lahve.

U většiny jednostupňových regulátorů, s výjimkou těch, které používají konstrukci s kompenzací tlaku, způsobí velký pokles vstupního tlaku mírné zvýšení výstupního tlaku. K tomu dochází proto, že síly působící na ventil se v důsledku velkého poklesu tlaku změní oproti stavu, kdy byl výstupní tlak původně nastaven. U dvoustupňového provedení nebude druhý stupeň vystaven těmto velkým změnám vstupního tlaku, pouze mírné změně od výstupu prvního stupně. Výsledkem tohoto uspořádání je stabilní výstupní tlak z druhého stupně navzdory výrazným změnám tlaku dodávaného do prvního stupně.

Třístupňový regulátor

Třístupňový regulátor poskytuje stabilní výstupní tlak podobně jako dvoustupňový regulátor, ale navíc je schopen zvládnout výrazně vyšší maximální vstupní tlak. Například třístupňový regulátor Beswick řady PRD3HP je dimenzován na vstupní tlak až 3 000 psi a zajistí stabilní výstupní tlak (v rozsahu 0 až 30 psi) i přes změny přívodního tlaku. Malý a lehký regulátor tlaku, který dokáže udržet stabilní nízký výstupní tlak navzdory vstupnímu tlaku, který bude časem klesat z vysokého tlaku, je v mnoha konstrukcích kritickou součástí. Příkladem mohou být přenosné analytické přístroje, vodíkové palivové články, bezpilotní letadla a lékařské přístroje napájené vysokotlakým plynem dodávaným z plynové kartuše nebo zásobní lahve.

Teď, když jste si vybrali regulátor, který nejlépe vyhovuje vaší aplikaci, je důležité, aby byl regulátor správně nainstalován a seřízen, aby bylo zajištěno, že bude fungovat, jak má.

Většina výrobců doporučuje instalaci filtru před regulátor (některé regulátory mají zabudovaný filtr), aby se zabránilo znečištění sedla ventilu nečistotami a pevnými částicemi. Provoz regulátoru bez filtru by mohl vést k úniku do výstupního otvoru, pokud je sedlo ventilu znečištěno nečistotami nebo cizím materiálem. Regulované plyny by neměly obsahovat oleje, tuky a jiné nečistoty, které by mohly znečistit nebo poškodit součásti ventilu nebo napadnout těsnění regulátoru. Mnoho uživatelů si neuvědomuje, že plyny dodávané v lahvích a malých plynových kartuších mohou obsahovat stopy olejů z výrobního procesu. Přítomnost oleje v plynu často není pro uživatele zřejmá, a proto by toto téma mělo být projednáno s dodavatelem plynu před výběrem těsnicích materiálů pro váš regulátor. Plyny by navíc neměly obsahovat nadměrnou vlhkost. V aplikacích s vysokým průtokem může v případě přítomnosti vlhkosti dojít k namrzání regulátoru.

Pokud bude regulátor tlaku používán s kyslíkem, uvědomte si, že tento kyslík vyžaduje specializované znalosti pro bezpečnou konstrukci systému. Musí být specifikována maziva kompatibilní s kyslíkem a obvykle se specifikuje dodatečné čištění, aby se odstranily stopy řezných olejů na bázi ropy. Ujistěte se, že jste informovali dodavatele regulátoru, že plánujete použití regulátoru v kyslíkové aplikaci.

Nepřipojujte regulátory ke zdroji napájení s maximálním tlakem vyšším, než je jmenovitý vstupní tlak regulátoru. Regulátory tlaku nejsou určeny k použití jako uzavírací zařízení. Pokud se regulátor nepoužívá, měl by být přívodní tlak vypnutý.

Instalace

KROK 1
Začněte připojením zdroje tlaku ke vstupnímu portu a regulovaného tlakového vedení k výstupnímu portu. Pokud porty nejsou označeny, obraťte se na výrobce, aby nedošlo k nesprávnému připojení. U některých konstrukcí může dojít k poškození vnitřních součástí, pokud je přívodní tlak omylem přiveden do výstupního portu.

KROK 2
Před zapnutím přívodního tlaku do regulátoru stáhněte regulační knoflík, abyste omezili průtok regulátorem. Postupně zapínejte přívodní tlak, aby nedošlo k „šoku“ regulátoru náhlým přívalem tlakové kapaliny. POZNÁMKA: Neotáčejte seřizovacím šroubem až do konce regulátoru, protože u některých konstrukcí regulátorů bude do výstupního otvoru dodáván plný přívodní tlak.

KROK 3
Nastavte regulátor tlaku na požadovaný výstupní tlak. Pokud je regulátor v neodlehčeném provedení, bude snazší nastavit výstupní tlak, pokud kapalina proudí, a ne „ve slepé uličce“ (bez průtoku). Pokud je naměřený výstupní tlak vyšší než požadovaný výstupní tlak, vypusťte kapalinu z dolní strany regulátoru a otáčením nastavovacího knoflíku snižte výstupní tlak. Nikdy neodpouštějte kapalinu uvolněním šroubení, protože by mohlo dojít ke zranění.

U regulátoru s odlehčovacím stylem se při otáčení knoflíku pro snížení nastavení výstupního tlaku automaticky vypustí přebytečný tlak do atmosféry ze strany za regulátorem. Z tohoto důvodu nepoužívejte regulátory odlehčovacího typu s hořlavými nebo nebezpečnými kapalinami. Ujistěte se, že je přebytečná kapalina vypouštěna bezpečně a v souladu se všemi místními, státními a federálními předpisy.

KROK 4
K dosažení požadovaného výstupního tlaku proveďte konečné nastavení pomalým zvyšováním tlaku od nižší než požadované nastavené hodnoty. Nastavení tlaku od nižší než požadované nastavení je vhodnější než nastavení od vyšší než požadované nastavení. Pokud při nastavování regulátoru tlaku překročíte požadovanou hodnotu, stáhněte nastavený tlak do bodu pod požadovanou hodnotou. Poté opět postupně zvyšujte tlak na požadovanou nastavenou hodnotu.

KROK 5
Několikrát zapněte a vypněte přívodní tlak a zároveň sledujte výstupní tlak, abyste se ujistili, že se regulátor trvale vrací k nastavené hodnotě. Kromě toho by se měl cyklicky zapínat a vypínat také výstupní tlak, aby se zajistilo, že se regulátor tlaku vrátí na požadovanou nastavenou hodnotu. Pokud se výstupní tlak nevrátí na požadované nastavení, opakujte sekvenci nastavení tlaku.

Společnost Beswick Engineering se specializuje na miniaturní kapalinové a pneumatické armatury, rychlospojky, ventily a regulátory. Máme tým diplomovaných aplikačních inženýrů, kteří jsou připraveni vám pomoci s vašimi dotazy. Na vyžádání jsou k dispozici zakázková provedení. Zadejte svůj dotaz na naší stránce Kontaktujte nás nebo klikněte na ikonu živého chatu v pravém dolním rohu obrazovky.

.