The Basics of Pressure Regulators

Beswick の利用可能な圧力調整器をオンラインカタログで探すことができます。 圧力調整器はこちら

圧力調整器は、一般家庭や産業用アプリケーションの多くで見受けられます。 例えば、ガスグリルでプロパンを、家庭用暖房炉で天然ガスを、医療機器や歯科機器で酸素や麻酔ガスを、空気圧自動化システムで圧縮空気を、エンジンで燃料を、燃料電池で水素を制御するために圧力レギュレータが使用されています。 このように、レギュレーターの用途は多岐にわたるが、どの用途においても圧力調整器は同じ機能を担っている。 圧力調整器は、供給（または入口）圧力を低い出口圧力に下げ、入口圧力が変動してもこの出口圧力を維持するように働く。 圧力レギュレータを選ぶ際には、多くの要素を考慮する必要があります。 重要な考慮点は、入口と出口の動作圧力範囲、流量要件、流体（気体、液体、毒性、可燃性か）、予想動作温度範囲、シールを含むレギュレータ部品の材料選択、さらにサイズと重量の制約などです。 一般的なレギュレータの部品材料には、真鍮、プラスチック、アルミニウムなどがあります。 また、ステンレス鋼（303、304、316など）のグレードもさまざまです。 レギュレーターの内部で使用されるスプリングは、一般的にミュージックワイヤー（炭素鋼）またはステンレス鋼で作られています。

真鍮は、ほとんどの一般的な用途に適しており、通常、経済的です。 重量を考慮する場合は、アルミニウムがよく指定される。 プラスチックは、低コストが第一の関心事である場合、または使い捨てのアイテムが必要な場合に考慮されます。

同様に重要なのは、シール材が流体と動作温度範囲に適合していることである。 Buna-nは典型的なシール材である。 オプションのシールはいくつかのメーカーから提供されており、これらは以下の通りである。 フルオロカーボン、EPDM、シリコン、パーフルオロエラストマーなどです。

使用する流体（気体、液体、毒性、可燃性）

アプリケーションに最適な材料を決定する前に、流体の化学的特性を考慮する必要があります。 流体にはそれぞれ固有の特性がありますので、流体と接触する本体およびシール材を適切に選択するよう注意する必要があります。 レギュレータの流体と接触する部分は、「接液」部品として知られています。

また、流体が可燃性、毒性、爆発性、または危険な性質を持っているかどうかを判断することが重要です。 非リリーフ型レギュレーターは、下流の過剰な圧力を大気中に放出しない設計であるため、危険なガス、爆発性ガス、高価なガスに使用することが望ましいです。 ノンリリーフ型とは対照的に、リリーフ型（セルフリリーフ型とも呼ばれる）レギュレーターは、下流側の過剰な圧力を大気中に逃がすように設計されています。 通常、この目的のためにレギュレータ本体の側面にベントホールが設けられている。 特殊な設計では、ベントポートをねじ込み、レギュレーター本体からチューブを介して余分な圧力を排出し、安全な場所で排気できるものもあります。 このタイプの設計を選択した場合、余分な液体は、すべての安全規則に従って適切に排出される必要があります。

Temperature

圧力レギュレーターに選択された材料は、流体に適合するだけでなく、予想される動作温度で適切に機能する必要があります。 主な関心事は、選択したエラストマーが予想される温度範囲全体で適切に機能するかどうかです。 さらに、極端な用途では、動作温度が流量やスプリングレートに影響することもあります。

動作圧力

最適なレギュレータを選ぶ前に考慮すべき重要な要素として、入口と出口の圧力があります。 答えるべき重要な質問は以下の通りです。 入口圧力の変動幅はどの程度か。 必要な出口圧力は？ 出口圧力の許容変動幅は？

Flow Requirements

アプリケーションが必要とする最大流量は？ 流量はどの程度変化しますか。

サイズ & 重量

多くのハイテク・アプリケーションでは、スペースが限られており、重量も重要な要素となっています。 小型コンポーネントを専門に製造しているメーカーもありますので、相談してみてください。 材料の選択、特にレギュレータ本体の部品は重量に影響します。

Pressure Regulators in Operation

A pressure regulator is composed of three functional elements

1. ). 減圧または制限する要素。 多くの場合、これはバネ仕掛けのポペットバルブである
2. ) センシングエレメント。 一般的にはダイアフラムまたはピストン。） 基準力要素。 最も一般的なものはスプリングです。

動作時には、スプリングによって発生した基準力によってバルブが開きます。 バルブが開くと、検知エレメントに圧力がかかり、設定した圧力を維持するのに十分な開度になるまでバルブが閉じられます。 このフォースバランスを簡略化したものが「圧力調整器回路図」である。 (下図参照)

(1) 減圧素子 (ポペット弁)

レギュレータには、制限素子としてバネの入った「ポペット弁」が最もよく使われています。 ポペットはエラストマーシール、またはいくつかの高圧設計では熱可塑性シールを含み、弁座にシールを作るように構成されています。 バネの力でシールを弁座から離すと、流体がレギュレータの入口から出口へ流れるようになります。 出口圧力が上昇すると、センシングエレメントが発生する力がスプリングの力に抵抗し、バルブは閉じられる。 この2つの力は、圧力調整器の設定値で平衡点に達します。 下流の圧力が設定点より下がると、スプリングがポペットを弁座から押しやり、力のバランスが回復するまで、入口から出口へ追加の流体が流れます。

(2) センシングエレメント（ピストンまたはダイヤフラム）

ピストン式の設計は、高い出口圧力を必要とし、耐久性が重要な場合や出口圧力を厳しい公差に保持する必要のない場合によく使用されています。 ピストン式は、ピストンシールとレギュレータ本体の間の摩擦のため、ダイヤフラム式に比べて低速になる傾向があります。

低圧用途、または高い精度が必要な場合、ダイヤフラム式が好まれます。 ダイアフラムレギュレータは、圧力変化を感知するために使用される薄い円盤状のエレメントを採用しています。 材質はエラストマーが一般的ですが、特殊な用途では薄いコンボ状の金属も使用されます。 ダイヤフラムは、ピストン式に特有の摩擦を本質的に排除しています。

(3) 基準力要素（スプリング）

基準力要素は通常、機械的なスプリングである。 このばねは感知部に力を与え、弁を開くように作用する。

Regulator Accuracy and Capacity

圧力レギュレータの精度は、出口圧力対流量のグラフで決定されます。 その結果、流量が増加するにつれて出口圧力が低下することを示すグラフが得られます。 この現象はドループとして知られています。 圧力調整器の精度は、流量範囲においてどの程度垂下するかで定義され、垂下が少ないほど精度が高いことになります。 グラフ「直動式圧力調整器動作マップ」の圧力-流量曲線は、圧力調整器の有用な調整能力を示しています。

Droop Definition

Droop という用語は、流量が増加すると、元の設定点よりも出口圧力が下がることを示すために使用されます。 垂下は、入口圧力の大きな変化（レギュレータの出力が設定されたときの値から）でも起こります。 入口圧力が初期設定値から上昇すると、出口圧力は低下します。 逆に、入口圧力が下がると出口圧力は上がります。 グラフ「直動式圧力調整器動作マップ」に見られるように、この効果はレギュレータの有用な調整能力を示すものとして、ユーザーにとって重要なものです。 大きなレギュレータを使用できる設計であれば、この方法は有効かもしれませんが、過剰な指定にならないように注意してください。 使用条件に対してオーバーサイズのバルブのレギュレータは、吸入圧力の変動に対してより敏感になり、過度のドロッピングを引き起こす可能性があります。

Lock Up Pressure

「ロックアップ圧力」とは、レギュレータのバルブを完全に遮断し、流量がないことを保証するために必要な設定点以上の圧力のことです。 グラフを見てください。ある流量に対して、出口圧力は、流量が増加するときよりも減少するときのほうが高くなることがわかります。

Single-Stage Regulator

Single-Stage Regulator は、比較的小さな圧力減少に優れた選択肢となります。 たとえば、ほとんどの工場で使用されているエアコンプレッサは、100～150 psiの範囲で最大圧力を発生します。 この圧力は工場内を配管されていますが、自動機械、テストスタンド、工作機械、リークテスト装置、リニアアクチュエータなどを操作するために、1段レギュレータで低圧（10 psi、50 psi、80 psiなど）に下げることがよくあります。

Two-Stage (Dual Stage) Regulator

2 段階圧力レギュレータは、流量が大きく変動する用途、入口圧力が大きく変動する用途、または小さな貯蔵タンクやガス・シリンダーから供給されるガスで起こるような入口圧力低下に対して理想的なものです。

圧力補償設計を使用するものを除き、ほとんどの1段式レギュレータでは、入口圧力の大きな低下により、出口圧力がわずかに上昇します。 これは、最初に出口圧力を設定したときと、大きな圧力降下により、弁に作用する力が変化するために起こります。 2段設計の場合、2段目はこのような入口圧力の大きな変化を受けず、1段目の出口からのわずかな変化しか受けません。

3段レギュレータ

3段レギュレータは、2段レギュレータと同様に出口圧力を安定させますが、さらに高い最大入口圧力に対応する能力を備えています。 例えば、Beswick PRD3HPシリーズ3段レギュレータは、3,000 psiという高いインレット圧力に対応し、供給圧力が変化しても安定したアウトレット圧力（0～30 psiの範囲）を供給するように定格されています。 高圧から時間とともに減少する入口圧力にもかかわらず、安定した低出力圧力を維持できる小型軽量の圧力レギュレータは、多くの設計において重要なコンポーネントです。

アプリケーションに最適なレギュレーターを選択したら、レギュレーターが意図したとおりに機能するよう適切に設置および調整することが重要です。

ほとんどのメーカーは、バルブシートの汚れを防ぐために、レギュレーターの上流にフィルターを設置することを推奨しています（フィルターを内蔵しているレギュレーターもあります）。 フィルターなしでレギュレーターを操作すると、バルブシートがゴミや異物で汚染された場合、アウトレットポートに漏れが発生する可能性があります。 調整されたガスは、バルブ部品を汚したり、損傷したり、レギュレーターのシールを攻撃するような、オイル、グ リース、その他の汚染物質がない状態である必要があります。 多くのユーザーは、シリンダーや小型ガスカートリッジで供給されるガスに、製造工程で発生する微量の油分が 含まれていることに気づいていないようです。 ガス中のオイルの存在はユーザーにはわからないことが多いので、レギュレーターのシール材を選択する前に、このトピックについてガス供給会社と話し合う必要があります。 さらに、ガスは過度の湿気がないことが望ましいです。

圧力レギュレータを酸素と一緒に使用する場合、その酸素は安全なシステム設計のために専門的な知識を必要とすることに注意してください。 酸素と互換性のある潤滑剤を指定する必要があり、石油ベースの切削油の痕跡を取り除くための特別なクリーニングが一般的に指定されています。

レギュレータを、レギュレータの定格入口圧力より高い最大圧力を持つ供給源に接続しないでください。 圧力レギュレータは遮断装置として使用するものではありません。 レギュレータを使用しないときは、供給圧力を遮断する必要があります。

取り付け

STEP 1
圧力源を入口ポートに、調整された圧力ラインを出口ポートに接続することから始めてください。 ポートのマークがない場合は、メーカーに確認し、間違った接続をしないようにしてください。

STEP 2
レギュレーターに供給圧力をかける前に、調整ノブを戻し、レギュレーターを通る流れを制限してください。 突然の加圧された液体でレギュレーターにショックを与えないように、徐々に供給圧を加えていきます。 注：レギュレーターの設計によっては、全供給圧がアウトレットポートに供給されるため、調整ネジをレギュレーターの奥まで回さないようにしてください。 レギュレーターがノンリリーフの場合、「デッドエンド」（流れがない）よりも、液体が流れている方が出口圧力の調整がしやすくなります。 測定されたアウトレット圧力が希望のアウトレット圧力を超える場合、レギュレータの下流側から液体を排出し、調整ノブを回してアウトレット圧力を下げます。

リリーフ式レギュレータでは、出力設定を下げるためにノブを回転させると、レギュレータの下流側から過剰な圧力が自動的に大気圧に放出されます。 このため、リリーフ式レギュレータは可燃性、危険性のある液体に使用しないでください。

STEP 4
希望の出口圧力を得るために、希望の設定値以下からゆっくりと圧力を上げて最終調整を行います。 希望する設定値より低い圧力で設定する方が、希望する設定値より高い圧力で設定するよりも望ましいです。 圧力レギュレーターの設定中に設定値をオーバーシュートした場合は、設定値より低いところまで設定圧を下げます。

STEP 5
出口圧力をモニターしながら、供給圧力のオン・オフを数回繰り返し、レギュレーターが常に設定値に復帰していることを確認します。 さらに、アウトレット圧もオン・オフを繰り返し、圧力レギュレータが希望のセットポイントに戻ることを確認する必要があります。 アウトレット圧力が希望の設定値に戻らない場合は、圧力設定手順を繰り返します。

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