A nyomásszabályozók alapjai

A Beswick elérhető nyomásszabályozóit megtalálja online katalógusunkban: Kattintson ide a nyomásszabályozókért

A nyomásszabályozók számos gyakori otthoni és ipari alkalmazásban megtalálhatók. Például nyomásszabályozókat használnak gázgrillekben a propán szabályozására, otthoni fűtőkemencékben a földgázok szabályozására, orvosi és fogászati berendezésekben az oxigén és altatógázok szabályozására, pneumatikus automatizálási rendszerekben a sűrített levegő szabályozására, motorokban az üzemanyag szabályozására és üzemanyagcellákban a hidrogén szabályozására. Amint ez a részleges felsorolás is mutatja, a nyomásszabályozóknak számos alkalmazási területe van, mégis mindegyikben a nyomásszabályozó ugyanazt a funkciót látja el. A nyomásszabályozók az ellátási (vagy bemeneti) nyomást alacsonyabb kimeneti nyomásra csökkentik, és a bemeneti nyomás ingadozásai ellenére fenntartják ezt a kimeneti nyomást. A bemeneti nyomás alacsonyabb kimeneti nyomásra való csökkentése a nyomásszabályozók legfontosabb jellemzője.

A nyomásszabályozó kiválasztásakor számos tényezőt kell figyelembe venni. Fontos szempontok a következők: a bemeneti és kimeneti üzemi nyomástartományok, az áramlási követelmények, a folyadék (gáz, folyadék, mérgező vagy gyúlékony?), a várható üzemi hőmérséklettartomány, a szabályozó alkatrészeinek anyagválasztása, beleértve a tömítéseket, valamint a méret- és súlykorlátozások.

A nyomásszabályozókban használt anyagok

A különböző folyadékok és üzemi környezetek kezelésére szolgáló anyagok széles skálája áll rendelkezésre. A nyomásszabályozó alkatrészek gyakori anyagai közé tartozik a sárgaréz, a műanyag és az alumínium. A rozsdamentes acél különböző fajtái (például 303, 304 és 316) is rendelkezésre állnak. A szabályozó belsejében használt rugók általában zenélőhuzalból (szénacél) vagy rozsdamentes acélból készülnek.

A sárgaréz a legtöbb gyakori alkalmazáshoz alkalmas és általában gazdaságos. Az alumíniumot gyakran határozzák meg, ha a súly szempont. A műanyag akkor jöhet szóba, ha az alacsony költség az elsődleges szempont, vagy ha eldobható elemre van szükség. A rozsdamentes acélokat gyakran választják korrozív folyadékokkal való használatra, korrozív környezetben való használatra, ha a folyadék tisztasága szempont, vagy ha az üzemi hőmérséklet magas lesz.

Egyaránt fontos a tömítés anyagának a folyadékkal és az üzemi hőmérséklettartományban való kompatibilitása. A buna-n egy tipikus tömítőanyag. Egyes gyártók opcionális tömítéseket kínálnak, ezek a következők: Fluorkarbon, EPDM, szilikon és perfluoroelasztomer.

A felhasznált folyadék (gáz, folyadék, mérgező vagy gyúlékony)

A folyadék kémiai tulajdonságait figyelembe kell venni, mielőtt meghatározzuk a legjobb anyagokat az alkalmazáshoz. Minden folyadéknak megvannak a maga egyedi jellemzői, ezért gondosan ki kell választani a folyadékkal érintkező megfelelő test- és tömítőanyagokat. A szabályozónak a folyadékkal érintkező részeit “nedvesített” alkatrészeknek nevezzük.

Azt is fontos meghatározni, hogy a folyadék gyúlékony, mérgező, robbanásveszélyes vagy veszélyes jellegű. Veszélyes, robbanásveszélyes vagy drága gázok esetén előnyben részesítik a nem légtelenítő szabályozót, mivel ez a kialakítás nem engedi ki a túl nagy nyomást a légkörbe. A nem tehermentesítő szabályozóval ellentétben a tehermentesítő (más néven önterhelő) szabályozót úgy tervezték, hogy a túlnyomást a légkörbe engedje. Erre a célra a szabályozótest oldalán általában egy szellőzőnyílás található. Néhány speciális kivitelben a légtelenítőnyílás menetes lehet, és a túlnyomás csöveken keresztül levezethető a szabályozótestből, és biztonságos helyen elszívható. Ha ezt a fajta kialakítást választja, a felesleges folyadékot megfelelően és az összes biztonsági előírásnak megfelelően kell levezetni.

Hőmérséklet

A nyomásszabályozóhoz kiválasztott anyagoknak nemcsak a folyadékkal kell kompatibilisnek lenniük, hanem a várható üzemi hőmérsékleten is megfelelően kell működniük. Az elsődleges szempont az, hogy a kiválasztott elasztomer megfelelően fog-e működni a várható hőmérséklet-tartományban. Ezenkívül az üzemi hőmérséklet szélsőséges alkalmazások esetén befolyásolhatja az áramlási kapacitást és/vagy a rugósebességet.

Működési nyomás

A bemeneti és kimeneti nyomás fontos tényező, amelyet figyelembe kell venni a legjobb nyomásszabályozó kiválasztása előtt. A megválaszolandó fontos kérdések a következők: Mekkora a bemeneti nyomás ingadozási tartománya? Mekkora a szükséges kimeneti nyomás? Mekkora a kimeneti nyomás megengedett ingadozása?

Áramlási követelmények

Milyen maximális áramlási sebességet igényel az alkalmazás? Mennyire változhat az áramlási sebesség? A portolási követelmények szintén fontos szempontok.

Méret & Súly

Sok csúcstechnológiai alkalmazásnál a hely korlátozott, és a súly is tényező. Egyes gyártók miniatűr alkatrészekre specializálódtak, és konzultálni kell velük. Az anyagválasztás, különösen a szabályozótest alkatrészei befolyásolják a súlyt. Gondosan mérlegelje a nyílások (menetek) méretét, a beállítási módokat és a szerelési lehetőségeket is, mivel ezek befolyásolják a méretet és a súlyt.

A nyomásszabályozók működése

A nyomásszabályozó három funkcionális elemből áll

1. ). Egy nyomáscsökkentő vagy szűkítő elem. Gyakran ez egy rugóterhelésű buborékszelep.
2. ) Egy érzékelő elem. Tipikusan egy membrán vagy dugattyú.
3. ) Egy referenciaerő elem. Leggyakrabban egy rugó.

Működés közben a rugó által létrehozott referenciaerő nyitja a szelepet. A szelep nyitása nyomást gyakorol az érzékelő elemre, amely viszont zárja a szelepet, amíg az éppen csak annyira nyitva van, hogy a beállított nyomást fenntartsa. Az egyszerűsített “Nyomásszabályozó vázlatrajz” ezt az erőegyensúlyi elrendezést szemlélteti. (lásd alább)

(1) Nyomáscsökkentő elem (buborékszelep)

A szabályozókban leggyakrabban rugós “buborékszelepet” alkalmaznak szűkítő elemként. A csappantyú egy elasztomer tömítést vagy néhány nagynyomású kivitelben egy hőre lágyuló műanyag tömítést tartalmaz, amely úgy van kialakítva, hogy a szelepülésen tömítést képezzen. Amikor a rugóerő elmozdítja a tömítést a szelepüléstől, a folyadék a szabályozó bemenetéről a kimenet felé áramolhat. Ahogy a kimeneti nyomás emelkedik, az érzékelő elem által generált erő ellenáll a rugó erejének, és a szelep bezáródik. Ez a két erő a nyomásszabályozó beállítási pontjánál éri el az egyensúlyi pontot. Amikor a lefelé irányuló nyomás a beállított érték alá csökken, a rugó eltolja a csappantyút a szelepüléstől, és további folyadék áramlik a bemenetről a kimenetre, amíg az erőegyensúly helyre nem áll.

(2) Érzékelőelem (dugattyú vagy membrán)

A dugattyús kiviteleket gyakran használják, ha nagyobb kimeneti nyomásra van szükség, ha a robusztusság fontos szempont, vagy ha a kimeneti nyomást nem kell szűk tűréshatárok között tartani. A dugattyús kivitelek a dugattyútömítés és a szabályozótest közötti súrlódás miatt általában lassúak a membrános kivitelekhez képest.

Alacsony nyomású alkalmazásokban, vagy amikor nagy pontosságra van szükség, a membrános kiviteleket részesítik előnyben. A membránszabályozók egy vékony tárcsa alakú elemet alkalmaznak, amely a nyomásváltozások érzékelésére szolgál. Általában elasztomerből készülnek, azonban speciális alkalmazásokban vékony tekercselt fémet is használnak. A membránok lényegében kiküszöbölik a dugattyús kialakításokban rejlő súrlódást. Ezenkívül egy adott szabályozóméret esetén gyakran nagyobb érzékelési felületet lehet biztosítani membrános kialakítással, mint ami dugattyús kialakítás esetén megvalósítható lenne.

(3) A referenciaerő-elem (rugó)

A referenciaerő-elem általában egy mechanikus rugó. Ez a rugó erőt fejt ki az érzékelő elemre, és a szelep nyitására hat. A legtöbb nyomásszabályozót olyan beállítással tervezték, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy a referenciarugó által kifejtett erő megváltoztatásával állítsa be a kimeneti nyomás beállítási pontját.

Regulátor pontossága és teljesítménye

A nyomásszabályozó pontosságát a kimeneti nyomás és az áramlási sebesség grafikonjának segítségével határozzák meg. Az így kapott grafikon a kimeneti nyomás csökkenését mutatja az áramlási sebesség növekedésével. Ezt a jelenséget droopnak nevezik. A nyomásszabályozó pontosságát úgy határozzák meg, hogy a készülék mekkora esést mutat egy adott áramlási tartományban; a kisebb esés nagyobb pontosságot jelent. A “Közvetlen működésű nyomásszabályozó működési térképe” című ábrán látható nyomás-áramlás görbék jelzik a szabályozó hasznos szabályozási kapacitását. A szabályozó kiválasztásakor a mérnököknek meg kell vizsgálniuk a nyomás-áramlás görbéket, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a szabályozó megfelel a javasolt alkalmazáshoz szükséges teljesítménykövetelményeknek.

Droop meghatározása

A “droop” kifejezést a kimeneti nyomásnak az eredeti beállítási pont alatti csökkenésére használják az áramlás növekedésével. A droopot a bemeneti nyomás jelentős változása is okozhatja (a szabályozó kimenetének beállításakor mért értékhez képest). Ahogy a bemeneti nyomás az eredeti beállításhoz képest emelkedik, a kimeneti nyomás csökken. Megfordítva, ahogy a bemeneti nyomás csökken, a kimeneti nyomás emelkedik. Amint az a “Közvetlen működésű nyomásszabályozó működési térképe” című grafikonon látható, ez a hatás fontos a felhasználó számára, mert megmutatja a szabályozó hasznos szabályozási kapacitását.

nyílásméret

A szelepnyílás növelésével növelhető a szabályozó áramlási kapacitása. Ez előnyös lehet, ha az Ön tervezése nagyobb szabályozót tud befogadni, azonban ügyeljen arra, hogy ne adja meg túlságosan. A tervezett alkalmazás körülményeihez túlméretezett szeleppel rendelkező szabályozó nagyobb érzékenységet eredményez a bemeneti nyomás ingadozására, és túlzott leesést okozhat.

Lock Up Pressure

A “Lock Up Pressure” az a nyomás a beállított érték felett, amely a szabályozó szelep teljes elzárásához és az áramlás megakadályozásához szükséges.

Hiszterézis

A mechanikus rendszerekben, például a nyomásszabályozókban, a rugók és tömítések által okozott súrlódási erők miatt hiszterézis léphet fel. Nézze meg a grafikont, és észre fogja venni, hogy adott áramlási sebesség esetén a kimeneti nyomás csökkenő áramlás esetén magasabb lesz, mint növekvő áramlás esetén.

Egyfokozatú szabályozó

Az egyfokozatú szabályozók kiváló választás viszonylag kis nyomáscsökkenések esetén. Például a legtöbb gyárban használt légkompresszorok maximális nyomása a 100-150 psi tartományban van. Ezt a nyomást végigvezetik a gyárban, de gyakran egy egyfokozatú szabályozóval csökkentik alacsonyabb nyomásra (10 psi, 50 psi, 80 psi stb.) az automatizált gépek, tesztállványok, szerszámgépek, szivárgásvizsgáló berendezések, lineáris működtetők és egyéb eszközök működtetéséhez. Az egyfokozatú nyomásszabályozók jellemzően nem teljesítenek jól a bemeneti nyomás és/vagy az áramlási sebesség nagy ingadozásai esetén.

Kétfokozatú (kétfokozatú) szabályozó

A kétfokozatú nyomásszabályozó ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol az áramlási sebesség nagymértékben változik, a bemeneti nyomás jelentősen ingadozik, vagy a bemeneti nyomás csökken, mint például a kis tárolótartályból vagy gázpalackból szállított gáz esetében.

A legtöbb egyfokozatú nyomásszabályozónál – kivéve azokat, amelyek nyomáskompenzált kialakításúak – a bemeneti nyomás nagymértékű csökkenése a kimeneti nyomás kismértékű növekedését okozza. Ez azért történik, mert a szelepre ható erők a nagy nyomásesés miatt megváltoznak a kimeneti nyomás eredeti beállításához képest. Kétfokozatú kivitelben a második fokozatra nem hatnak ki ezek a nagy bemeneti nyomásváltozások, csak az első fokozat kimeneti nyomásának enyhe változása. Ez az elrendezés stabil kimeneti nyomást eredményez a második fokozatból az első fokozatba táplált nyomás jelentős változásai ellenére.

Háromfokozatú szabályozó

A háromfokozatú szabályozó a kétfokozatú szabályozóhoz hasonlóan stabil kimeneti nyomást biztosít, de azzal a hozzáadott képességgel, hogy lényegesen nagyobb maximális bemeneti nyomást tud kezelni. A Beswick PRD3HP sorozatú háromfokozatú szabályozó például akár 3000 psi bemeneti nyomás kezelésére is alkalmas, és stabil kimeneti nyomást biztosít (a 0 és 30 psi közötti tartományban) a tápfeszültségi nyomás változása ellenére. A kisméretű és könnyű nyomásszabályozó, amely a magas nyomásról idővel csökkenő bemeneti nyomás ellenére stabilan alacsony kimeneti nyomást képes fenntartani, számos konstrukcióban kritikus fontosságú alkatrész. Ilyenek például a hordozható analitikai műszerek, a hidrogén üzemanyagcellák, az UAV-k és a gázkazettából vagy tároló palackból táplált nagynyomású gázzal működő orvosi eszközök.

Most, hogy kiválasztotta az alkalmazásnak leginkább megfelelő szabályozót, fontos, hogy a szabályozót megfelelően telepítse és beállítsa annak biztosítása érdekében, hogy az rendeltetésszerűen működjön.

A legtöbb gyártó javasolja egy szűrő beszerelését a szabályozó elé (egyes szabályozók beépített szűrővel rendelkeznek), hogy a szennyeződések és részecskék ne szennyezzék a szelepülést. A szűrő nélküli szabályozó üzemeltetése a kimeneti nyílás szivárgását eredményezheti, ha a szelepülést szennyeződés vagy idegen anyag szennyezi. A szabályozott gázoknak mentesnek kell lenniük az olajoktól, zsíroktól és egyéb szennyeződésektől, amelyek elszennyezhetik vagy károsíthatják a szelep alkatrészeit, vagy megtámadhatják a szabályozó tömítéseit. Sok felhasználó nincs tisztában azzal, hogy a palackokban és kis gázpatronokban szállított gázok a gyártási folyamatból származó olajnyomokat tartalmazhatnak. Az olaj jelenléte a gázban gyakran nem nyilvánvaló a felhasználó számára, ezért ezt a témát meg kell beszélni a gázszállítóval, mielőtt kiválasztja a szabályozó tömítőanyagokat. Ezenkívül a gázoknak mentesnek kell lenniük a túlzott nedvességtől. Nagy áramlási sebességű alkalmazásokban a szabályozó jegesedése előfordulhat, ha nedvesség van jelen.

Ha a nyomásszabályozót oxigénnel fogják használni, legyen tisztában azzal, hogy az oxigén speciális ismereteket igényel a biztonságos rendszertervezéshez. Oxigénnel kompatibilis kenőanyagokat kell meghatározni, és általában extra tisztítást írnak elő a kőolaj alapú vágóolajok nyomainak eltávolítására. Feltétlenül tájékoztassa a szabályozó szállítóját arról, hogy a szabályozót oxigénes alkalmazásban kívánja használni.

Ne csatlakoztassa a szabályozót olyan tápforráshoz, amelynek maximális nyomása nagyobb, mint a szabályozó névleges bemeneti nyomása. A nyomásszabályozókat nem elzárószerkezetként való használatra szánják. Amikor a szabályozót nem használják, a tápfeszültségi nyomást le kell zárni.

Beszerelés

1. LÉPÉS
A nyomásforrást a bemeneti nyíláshoz, a szabályozott nyomásvezetéket pedig a kimeneti nyíláshoz csatlakoztassa. Ha a portok nincsenek jelölve, a hibás csatlakozások elkerülése érdekében érdeklődjön a gyártónál. Egyes konstrukciókban a belső alkatrészek károsodhatnak, ha a tápfeszültséget tévesen a kimeneti nyílásra táplálják.

STEP 2
Mielőtt bekapcsolná a tápfeszültséget a szabályozóhoz, húzza vissza a beállítási vezérlőgombot, hogy korlátozza az áramlást a szabályzón keresztül. Fokozatosan kapcsolja be a tápfeszültséget, hogy ne “sokkolja” a szabályozót a nyomás alatt álló folyadék hirtelen kiáramlásával. MEGJEGYZÉS: Kerülje el, hogy a szabályozócsavart teljesen befordítsa a szabályozóba, mert egyes szabályozó-konstrukciók esetén a teljes tápfeszültségi nyomás a kimeneti nyílásra kerül.

3. LÉPÉS
Állítsa be a nyomásszabályozót a kívánt kimeneti nyomásra. Ha a nyomásszabályozó nem nyomáscsökkentő, akkor könnyebb lesz beállítani a kimeneti nyomást, ha a folyadék áramlik, mintha “zsákutca” lenne (nincs áramlás). Ha a mért kimeneti nyomás meghaladja a kívánt kimeneti nyomást, engedje ki a folyadékot a nyomásszabályozó áramlás utáni oldaláról, és csökkentse a kimeneti nyomást a szabályozógomb elforgatásával. Soha ne engedje ki a folyadékot a szerelvények meglazításával, mert ez sérülést okozhat.

Elengedező stílusú szabályozó esetén a túlnyomás automatikusan kiszellőzik a légkörbe a szabályozó áramlás utáni oldaláról, amikor a gombot elforgatja a kimeneti beállítás csökkentése érdekében. Emiatt ne használjon tehermentesítő típusú szabályozókat gyúlékony vagy veszélyes folyadékokkal. Ügyeljen arra, hogy a felesleges folyadékot biztonságosan és az összes helyi, állami és szövetségi előírásnak megfelelően engedje ki.

4. LÉPÉS
A kívánt kimeneti nyomás eléréséhez végezze el a végső beállításokat a nyomás lassú növelésével a kívánt beállítási pont alól. A nyomást a kívánt beállítási érték alattról történő beállítása előnyösebb, mint a kívánt beállítási érték felettről történő beállítása. Ha a nyomásszabályozó beállítása közben túllépi a beállított értéket, akkor a beállított nyomást a beállított érték alatti pontra állítsa vissza. Ezután ismét fokozatosan növelje a nyomást a kívánt beállítási pontig.

5. LÉPÉS
A tápnyomást többször be- és kikapcsolja, miközben figyeli a kimeneti nyomást, hogy meggyőződjön arról, hogy a szabályozó következetesen visszatér a beállítási pontra. Ezenkívül a kimeneti nyomást is ciklikusan be- és ki kell kapcsolni, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a nyomásszabályozó visszatér a kívánt beállítási pontra. Ismételje meg a nyomásbeállítási sorozatot, ha a kimeneti nyomás nem tér vissza a kívánt beállítási értékre.

A Weswick Engineering miniatűr folyadék- és pneumatikus szerelvényekre, gyorscsatlakozókra, szelepekre és szabályozókra specializálódott. Diplomás alkalmazásmérnökökből álló csapatunk készen áll arra, hogy segítsen Önnek kérdéseivel. Kérésre egyedi kialakítások is rendelkezésre állnak. Küldje el érdeklődését a Kapcsolat oldalunkon, vagy kattintson a képernyő jobb alsó sarkában található Élő csevegés ikonra.