Det grundlæggende om trykregulatorer

Du kan finde Beswick’s tilgængelige trykregulatorer i vores online katalog: Klik her for trykregulatorer

Trykregulatorer findes i mange almindelige hjemmet og industrielle applikationer. For eksempel anvendes trykregulatorer i gasgrill til regulering af propan, i varmeovne til regulering af naturgas, i medicinsk og dental udstyr til regulering af ilt og anæstesigasser, i pneumatiske automatiseringssystemer til regulering af trykluft, i motorer til regulering af brændstof og i brændselsceller til regulering af brint. Som det fremgår af denne delvise liste, er der mange anvendelsesområder for regulatorer, men i hvert af dem har trykregulatoren den samme funktion. Trykregulatorer reducerer et forsyningstryk (eller indgangstryk) til et lavere udgangstryk og arbejder for at opretholde dette udgangstryk på trods af udsving i indgangstrykket. Reduktionen af indgangstrykket til et lavere udgangstryk er den vigtigste egenskab ved trykregulatorer.

Når man vælger en trykregulator, skal man tage mange faktorer i betragtning. Vigtige overvejelser omfatter: driftstrykintervaller for ind- og udløb, flowkrav, væsken (er det en gas, en væske, giftig eller brændbar?), forventet driftstemperaturinterval, materialevalg for regulatorkomponenterne, herunder tætninger, samt størrelses- og vægtbegrænsninger.

Materialer, der anvendes i trykregulatorer

Der findes et bredt udvalg af materialer til håndtering af forskellige væsker og driftsmiljøer. Almindelige regulatorkomponentmaterialer omfatter messing, plast og aluminium. Forskellige kvaliteter af rustfrit stål (f.eks. 303, 304 og 316) er også tilgængelige. Fjedre, der anvendes inde i regulatoren, er typisk fremstillet af musiktråd (kulstofstål) eller rustfrit stål.

Messing er velegnet til de fleste almindelige anvendelser og er normalt økonomisk rentabelt. Aluminium er ofte specificeret, når vægten er en overvejelse. Plast overvejes, når lave omkostninger er af primært betydning, eller når der kræves en genstand, der kan smides væk. Rustfrit stål vælges ofte til brug med korrosive væsker, til brug i korrosive miljøer, når renheden af væsken er et hensyn, eller når driftstemperaturerne vil være høje.

Det er lige så vigtigt, at tætningsmaterialet er kompatibelt med væsken og med driftstemperaturområdet. Buna-n er et typisk tætningsmateriale. Nogle producenter tilbyder valgfrie tætninger, og disse omfatter bl.a: Fluorcarbon, EPDM, silikone og perfluoroelastomer.

Væske, der anvendes (gas, væske, giftig eller brandfarlig)

Væskens kemiske egenskaber bør tages i betragtning, før du bestemmer de bedste materialer til din anvendelse. Hver væske vil have sine egne unikke egenskaber, så man skal være omhyggelig med at vælge de passende krops- og tætningsmaterialer, der vil komme i kontakt med væsken. De dele af regulatoren, der er i kontakt med væsken, er kendt som de “væskeberørte” komponenter.

Det er også vigtigt at afgøre, om væsken er brændbar, giftig, eksplosiv eller farlig af natur. En ikke-aflastningsregulator foretrækkes til brug med farlige, eksplosive eller dyre gasser, fordi konstruktionen ikke udleder et for højt tryk nedstrøms til atmosfæren. I modsætning til en ikke-aflastningsregulator er en aflastningsregulator (også kendt som selvaflastningsregulator) konstrueret til at udlede overskydende tryk i nedstrømsleddet til atmosfæren. Typisk er der et udluftningshul i siden af regulatorhuset til dette formål. I nogle specielle konstruktioner kan udluftningsåbningen være forsynet med gevind, og overtryk kan udluftes fra regulatorhuset gennem en slange og udledes i et sikkert område. Hvis denne type konstruktion vælges, skal den overskydende væske udluftes på passende vis og i overensstemmelse med alle sikkerhedsforskrifter.

Temperatur

De materialer, der vælges til trykregulatoren, skal ikke blot være kompatible med væsken, men skal også kunne fungere korrekt ved den forventede driftstemperatur. Det drejer sig først og fremmest om, hvorvidt det valgte elastomer vil fungere korrekt i hele det forventede temperaturområde. Desuden kan driftstemperaturen påvirke flowkapaciteten og/eller fjederhastigheden i ekstreme anvendelser.

Bedriftstryk

Indgangs- og udgangstrykket er vigtige faktorer, der skal tages i betragtning, før man vælger den bedste regulator. Vigtige spørgsmål, der skal besvares, er: Hvad er området for udsving i indgangstrykket? Hvad er det nødvendige udgangstryk? Hvad er den tilladte variation i udgangstrykket?

Flowkrav

Hvad er den maksimale flowhastighed, som applikationen kræver? Hvor meget varierer flowhastigheden? Portkrav er også en vigtig overvejelse.

Størrelse & Vægt

I mange højteknologiske applikationer er pladsen begrænset, og vægten er en faktor. Nogle fabrikanter har specialiseret sig i miniaturekomponenter og bør konsulteres. Materialevalg, især regulatorhusets komponenter, vil påvirke vægten. Overvej også omhyggeligt portstørrelser (gevind), justeringsstile og monteringsmuligheder, da disse vil påvirke størrelse og vægt.

Trykregulatorer i drift

En trykregulator består af tre funktionelle elementer

1. ) Et trykreducerende eller begrænsende element. Ofte er dette en fjederbelastet ventil med ventilsæde.
2. ) Et følerelement. Typisk en membran eller et stempel.
3. ) Et referencekraftelement. Oftest en fjeder.

I drift åbner den referencekraft, der genereres af fjederen, ventilen. Åbningen af ventilen lægger tryk på følerelementet, som på sin side lukker ventilen, indtil den er åben lige akkurat nok til at opretholde det indstillede tryk. Den forenklede skematiske oversigt “Pressure Regulator Schematic” illustrerer dette kraftbalancearrangement. (se nedenfor)

(1) Trykreducerende element (ventilsædeventil)

Mest almindeligt anvendes der i regulatorer en fjederbelastet “ventilsædeventil” som begrænsende element. Klappen omfatter en elastomerforsegling eller, i visse højtryksudførelser, en termoplastisk forsegling, som er konfigureret til at danne en forsegling på et ventilsæde. Når fjederkraften flytter tætningen væk fra ventilsædet, kan væsken strømme fra regulators indløb til udløbet. Når udløbstrykket stiger, modstår den kraft, der genereres af følerelementet, fjederens kraft, og ventilen lukkes. Disse to kræfter når et balancepunkt ved trykregulatorens indstillingspunkt. Når trykket nedstrøms falder under setpunktet, skubber fjederen klappen væk fra ventilsædet, og yderligere væske får lov til at strømme fra indløb til udløb, indtil kraftbalancen er genoprettet.

(2) Føleelement (stempel eller membran)

Designs i stempelstil anvendes ofte, når der kræves højere udløbstryk, når robusthed er et problem, eller når udløbstrykket ikke skal holdes inden for en snæver tolerance. Stempelkonstruktioner har tendens til at være langsomme sammenlignet med membrankonstruktioner på grund af friktionen mellem stempelforseglingen og regulatorhuset.

I anvendelser med lavt tryk, eller når der kræves høj nøjagtighed, foretrækkes membranstilen. Membranregulatorer anvender et tyndt skiveformet element, som bruges til at registrere trykændringer. De er normalt fremstillet af en elastomer, men der anvendes tyndt, snoet metal i særlige anvendelser. Membraner eliminerer i det væsentlige den friktion, der er forbundet med stempeldesigns. Desuden er det for en bestemt regulatorstørrelse ofte muligt at tilvejebringe et større aftastningsområde med en membrankonstruktion, end det ville være muligt, hvis der blev anvendt en stempelformet konstruktion.

(3) Referencekraftelementet (fjeder)

Referencekraftelementet er normalt en mekanisk fjeder. Denne fjeder udøver en kraft på følerelementet og virker til at åbne ventilen. De fleste regulatorer er konstrueret med en justering, som gør det muligt for brugeren at justere udgangstrykets setpunkt ved at ændre den kraft, der udøves af referencefjederen.

Regulatornøjagtighed og kapacitet

Nøjagtigheden af en trykregulator bestemmes ved at opstille et diagram over udgangstrykket i forhold til flowhastigheden. Den resulterende graf viser faldet i udgangstrykket, når flowhastigheden stiger. Dette fænomen er kendt som “droop”. Trykregulatorens nøjagtighed defineres som den mængde fald, som anordningen udviser over en række flow; mindre fald er lig med større nøjagtighed. Kurverne for tryk mod flow i grafen “Direct Acting Pressure Regulator Operating Map” viser regulatorens nyttige reguleringskapacitet. Ved valg af regulator bør ingeniører undersøge tryk versus flowkurver for at sikre, at regulatoren kan opfylde de ydelseskrav, der er nødvendige for den foreslåede anvendelse.

Droop Definition

Udtrykket “droop” bruges til at beskrive faldet i udgangstrykket under det oprindelige set-point, når flowet stiger. Droop kan også forårsages af betydelige ændringer i indgangstrykket (i forhold til den værdi, da regulatorudgangen blev indstillet). Når indgangstrykket stiger i forhold til den oprindelige indstilling, falder udgangstrykket. Omvendt stiger udløbstrykket, når indgangstrykket falder, når udløbstrykket stiger. Som det fremgår af grafen “Direct Acting Pressure Regulator Operating Map”, er denne effekt vigtig for en bruger, fordi den viser den nyttige reguleringskapacitet for en regulator.

Obningsstørrelse

En forøgelse af ventilåbningen kan øge regulatorens flowkapacitet. Dette kan være en fordel, hvis din konstruktion kan rumme en større regulator, men vær forsigtig med ikke at overspecificere. En regulator med en overdimensioneret ventil i forhold til forholdene i den påtænkte anvendelse vil resultere i en større følsomhed over for svingende indgangstryk og kan forårsage overdreven hældning.

Lock Up Pressure

“Lockup Pressure” er det tryk over setpunktet, der er nødvendigt for at lukke regulatorventilen helt af og sikre, at der ikke er noget flow.

Hysterese

Hysterese kan forekomme i mekaniske systemer, f.eks. trykregulatorer, på grund af friktionskræfter forårsaget af fjedre og pakninger. Tag et kig på grafen, og du vil for en given flowhastighed bemærke, at udgangstrykket vil være højere med faldende flow end med stigende flow.

Entrinsregulator

Entrinsregulatorer er et glimrende valg til relativt små tryknedsættelser. For eksempel genererer de luftkompressorer, der anvendes i de fleste fabrikker, maksimalt tryk i intervallet 100 til 150 psi. Dette tryk ledes gennem fabrikken, men reduceres ofte med en enkelttrinsregulator til lavere tryk (10 psi, 50 psi, 80 psi osv.) for at drive automatiserede maskiner, testopstillinger, værktøjsmaskiner, udstyr til tæthedsprøvning, lineære aktuatorer og andre enheder. Trykregulatorer med et enkelt trin fungerer typisk ikke godt ved store udsving i indgangstryk og/eller flowhastigheder.

To trin (to-trins) regulator

En to-trins trykregulator er ideel til anvendelser med store variationer i flowhastigheden, betydelige udsving i indgangstrykket eller faldende indgangstryk, som det f.eks. sker med gas, der leveres fra en lille lagertank eller gasflaske.

Med de fleste entrinsregulatorer, undtagen dem, der anvender en trykkompenseret konstruktion, vil et stort fald i indgangstrykket medføre en lille stigning i udgangstrykket. Dette sker, fordi de kræfter, der virker på ventilen, ændres på grund af det store trykfald i forhold til det tidspunkt, hvor udgangstrykket oprindeligt blev indstillet. I et totrinsdesign vil det andet trin ikke blive udsat for disse store ændringer i indgangstrykket, men kun den lille ændring i forhold til udløbet fra det første trin. Dette arrangement resulterer i et stabilt udgangstryk fra andet trin på trods af de betydelige ændringer i det tryk, der tilføres første trin.

Tre-trinsregulator

En tre-trinsregulator giver et stabilt udgangstryk svarende til en to-trinsregulator, men med den ekstra evne til at håndtere et betydeligt højere maksimalt indgangstryk. For eksempel er Beswick PRD3HP-seriens tretrinsregulator i tre trin beregnet til at håndtere et indgangstryk på helt op til 3.000 psi, og den vil give et stabilt udgangstryk (i intervallet 0 til 30 psi) på trods af ændringer i forsyningstrykket. En lille og letvægts trykregulator, der kan opretholde et stabilt lavt udgangstryk på trods af et indgangstryk, der med tiden vil falde fra et højt tryk, er en kritisk komponent i mange konstruktioner. Som eksempler kan nævnes bærbare analyseinstrumenter, brintbrændselsceller, UAV’er og medicinsk udstyr, der drives af højtryksgas, der leveres fra en gaspatron eller opbevaringsflaske.

Nu har du valgt den regulator, der passer bedst til din anvendelse, er det vigtigt, at regulatoren installeres og justeres korrekt for at sikre, at den fungerer efter hensigten.

De fleste producenter anbefaler installation af et filter opstrøms for regulatoren (nogle regulatorer har et indbygget filter) for at forhindre, at snavs og partikler forurener ventilsædet. Drift af en regulator uden filter kan resultere i en lækage til udløbsåbningen, hvis ventilsædet er forurenet med snavs eller fremmedlegemer. Regulerede gasser skal være fri for olier, fedtstoffer og andre forurenende stoffer, som kan forurene eller beskadige ventilkomponenterne eller angribe regulatorens tætninger. Mange brugere er ikke klar over, at gasser, der leveres i flasker og små gaspatroner, kan indeholde spor af olier fra fremstillingsprocessen. Forekomsten af olie i gassen er ofte ikke synlig for brugeren, og derfor bør dette emne drøftes med din gasleverandør, inden du vælger tætningsmaterialer til din regulator. Desuden bør gasserne være fri for overdreven fugt. I applikationer med høj flowhastighed kan der opstå isdannelse på regulatoren, hvis der er fugt til stede.

Hvis trykregulatoren skal bruges med ilt, skal du være opmærksom på, at ilt kræver specialviden for sikker systemkonstruktion. Der skal specificeres iltkompatible smøremidler, og der skal typisk specificeres ekstra rengøring for at fjerne spor af petroleumsbaserede skæreolier. Sørg for at informere din regulatorleverandør om, at du planlægger at bruge regulatoren i en iltanvendelse.

Du må ikke tilslutte regulatorer til en forsyningskilde med et maksimalt tryk, der er større end regulatorens nominelle indgangstryk. Trykregulatorer er ikke beregnet til at blive brugt som afspærringsanordninger. Når regulatoren ikke er i brug, skal forsyningstrykket slås fra.

Installation

STEG 1
Begynd med at tilslutte trykkilden til indgangsporten og den regulerede trykledning til udgangsporten. Hvis portene ikke er markeret, skal du kontakte producenten for at undgå forkerte tilslutninger. I nogle konstruktioner kan der opstå skader på de interne komponenter, hvis forsyningstrykket fejlagtigt tilføres til udgangsporten.

STEG 2
Hvor du tænder for forsyningstrykket til regulatoren, skal du skrue justeringsknappen tilbage for at begrænse flowet gennem regulatoren. Tænd gradvist for forsyningstrykket for ikke at “chokere” regulatoren med en pludselig strøm af tryksat væske. BEMÆRK: Undgå at dreje justeringsskruen helt ind i regulatoren, da det fulde forsyningstryk i nogle reguleringsdesigns vil blive leveret til udløbsåbningen.

TREDJE 3
Sæt trykregulatoren til det ønskede udgangstryk. Hvis regulatoren er uden aflastning, vil det være lettere at justere udgangstrykket, hvis væsken flyder i stedet for at være “dødt” (ingen flow). Hvis det målte udgangstryk overstiger det ønskede udgangstryk, skal væsken udluftes fra regulatorens nedstrømsside, og udgangstrykket sænkes ved at dreje på justeringsknappen. Udluft aldrig væske ved at løsne fittings, da dette kan medføre personskade.

Med en aflastningsregulator vil overskydende tryk automatisk blive udluftet til atmosfæren fra regulatorens nedstrømsside, når drejeknappen drejes for at sænke udgangsindstillingen. Af denne grund må man ikke bruge aflastningsregulatorer med brandfarlige eller farlige væsker. Sørg for, at den overskydende væske udluftes sikkert og i overensstemmelse med alle lokale, statslige og føderale bestemmelser.

STRUP 4
For at opnå det ønskede udgangstryk skal du foretage de endelige justeringer ved langsomt at øge trykket fra under det ønskede indstillingspunkt. Indstilling af trykket fra under det ønskede indstillingspunkt er at foretrække frem for at indstille det fra over det ønskede indstillingspunkt. Hvis du overskrider det indstillede punkt, mens du indstiller trykregulatoren, skal du reducere det indstillede tryk til et punkt under det indstillede punkt. Øg derefter igen gradvist trykket til det ønskede indstillingspunkt.

STEG 5
Cykle tilførselstrykket til og fra flere gange, mens du overvåger udgangstrykket for at bekræfte, at regulatoren konsekvent vender tilbage til indstillingspunktet. Desuden skal udløbstrykket også cykles til og fra for at sikre, at trykregulatoren vender tilbage til det ønskede indstillingspunkt. Gentag trykindstillingssekvensen, hvis udløbstrykket ikke vender tilbage til den ønskede indstilling.

Beswick Engineering har specialiseret sig i miniaturefittings til væsker og pneumatik, quick disconnects, ventiler og regulatorer. Vi har et team af uddannede applikationsingeniører, der er klar til at hjælpe dig med dine spørgsmål. Brugerdefinerede designs er tilgængelige efter anmodning. Indsend din forespørgsel på vores side Kontakt os eller klik på Live Chat-ikonet nederst til højre på skærmen.