De grondbeginselen van drukregelaars

U kunt de beschikbare drukregelaars van Beswick vinden in onze online catalogus: Klik hier voor drukregelaars

Drukregelaars komen voor in veel voorkomende huishoudelijke en industriële toepassingen. Zo worden drukregelaars gebruikt in gasbarbecues om propaan te regelen, in huisverwarmingsovens om natuurlijke gassen te regelen, in medische en tandheelkundige apparatuur om zuurstof en anesthesiegassen te regelen, in pneumatische automatiseringssystemen om perslucht te regelen, in motoren om brandstof te regelen en in brandstofcellen om waterstof te regelen. Zoals uit deze gedeeltelijke lijst blijkt, zijn er talrijke toepassingen voor drukregelaars, maar in elk van deze toepassingen vervult de drukregelaar dezelfde functie. Drukregelaars reduceren een toevoerdruk (of inlaatdruk) tot een lagere uitlaatdruk en zorgen ervoor dat deze uitlaatdruk gehandhaafd blijft ondanks schommelingen in de inlaatdruk. De verlaging van de inlaatdruk tot een lagere uitlaatdruk is het belangrijkste kenmerk van drukregelaars.

Bij de keuze van een drukregelaar moet met veel factoren rekening worden gehouden. Belangrijke overwegingen zijn: werkdrukbereiken voor inlaat en uitlaat, debietvereisten, de vloeistof (is het een gas, een vloeistof, giftig of ontvlambaar?), verwacht bedrijfstemperatuurbereik, materiaalkeuze voor de onderdelen van de drukregelaar, inclusief afdichtingen, evenals afmetingen en gewichtsbeperkingen.

Materialen gebruikt in drukregelaars

Er is een breed scala aan materialen beschikbaar om verschillende vloeistoffen en bedrijfsomgevingen aan te kunnen. De gemeenschappelijke materialen van de regelaarcomponent omvatten messing, plastiek, en aluminium. Verschillende rangen van roestvrij staal (zoals 303, 304, en 316) zijn ook beschikbaar. De veren die in de regelaar worden gebruikt, zijn meestal gemaakt van muziekdraad (koolstofstaal) of roestvrij staal.

Messing is geschikt voor de meest voorkomende toepassingen en is meestal economisch. Aluminium wordt vaak gespecificeerd wanneer gewicht een overweging is. Het plastiek wordt overwogen wanneer de lage kosten van primair belang zijn of een wegwerpvoorwerp wordt vereist. Roestvrij staal wordt vaak gekozen voor gebruik met corrosieve vloeistoffen, gebruik in corrosieve omgevingen, wanneer de zuiverheid van de vloeistof een overweging is of wanneer de bedrijfstemperaturen hoog zullen zijn.

Even belangrijk is de compatibiliteit van het afdichtingsmateriaal met de vloeistof en met het bedrijfstemperatuurbereik. Buna-n is een typisch afdichtingsmateriaal. Optionele afdichtingen worden door sommige fabrikanten aangeboden en deze omvatten: Fluorkoolstof, EPDM, Silicone, en Perfluorelastomeer.

Gebruikte vloeistof (gas, vloeistof, giftig, of brandbaar)

De chemische eigenschappen van de vloeistof moeten worden overwogen alvorens de beste materialen voor uw toepassing te bepalen. Elke vloeistof heeft zijn eigen unieke kenmerken, zodat de juiste materialen moeten worden gekozen voor de behuizing en de afdichtingen die in contact komen met de vloeistof. De onderdelen van de regelaar die met de vloeistof in contact komen, worden de “bevochtigde” onderdelen genoemd.

Het is ook belangrijk om te bepalen of de vloeistof ontvlambaar, giftig, explosief of gevaarlijk van aard is. Een niet-ontlastende regelaar verdient de voorkeur voor gebruik met gevaarlijke, explosieve of dure gassen, omdat het ontwerp geen overmatige stroomafwaartse druk naar de atmosfeer afvoert. In tegenstelling tot een niet-ontlastende drukregelaar is een ontlastende (ook bekend als zelfontlastende) drukregelaar ontworpen om een te hoge stroomneerwaartse druk te ontluchten naar de atmosfeer. Gewoonlijk is er voor dit doel een ontluchtingsgat in de zijkant van de behuizing van de drukregelaar. Bij sommige speciale ontwerpen kan de ontluchtingsopening van schroefdraad worden voorzien en kan de overdruk via een slang uit de behuizing van de drukregelaar worden afgevoerd naar een veilige plaats. Wanneer voor dit type ontwerp wordt gekozen, moet de overtollige vloeistof op de juiste wijze en in overeenstemming met alle veiligheidsvoorschriften worden afgevoerd.

Temperatuur

De voor de drukregelaar gekozen materialen moeten niet alleen compatibel zijn met de vloeistof, maar moeten ook goed kunnen functioneren bij de verwachte bedrijfstemperatuur. De eerste zorg is of het gekozen elastomeer al dan niet goed zal functioneren over het gehele verwachte temperatuurbereik. Bovendien kan de bedrijfstemperatuur van invloed zijn op de doorstroomcapaciteit en/of de veerconstante in extreme toepassingen.

Bedrijfsdrukken

De inlaat- en uitlaatdruk zijn belangrijke factoren om te overwegen alvorens de beste regelaar te kiezen. Belangrijke vragen om te beantwoorden zijn: Wat is het bereik van de fluctuatie in de inlaatdruk? Wat is de vereiste uitlaatdruk? Wat is de toelaatbare variatie in uitlaatdruk?

Flow Requirements

Wat is het maximale debiet dat de toepassing vereist? Hoeveel varieert het debiet? Vereisten voor de poorten zijn ook een belangrijke overweging.

Grootte &Gewicht

In veel hoogtechnologische toepassingen is de ruimte beperkt en is gewicht een factor. Sommige fabrikanten zijn gespecialiseerd in miniatuurcomponenten en moeten worden geraadpleegd. De materiaalselectie, in het bijzonder de componenten van het regelaarlichaam, zal gewicht beïnvloeden. Overweeg ook zorgvuldig de afmetingen van de poorten (schroefdraad), de wijze van afstellen en de montagemogelijkheden, aangezien deze van invloed zijn op de afmetingen en het gewicht.

Drukregelaars in bedrijf

Een drukregelaar bestaat uit drie functionele elementen

1. ) Een drukverlagend of restrictief element. Vaak is dit een veerbelaste schotelklep.
2. ) Een sensorelement. Gewoonlijk een membraan of een zuiger.
3. ) Een referentiekracht element. Meestal een veer.

In werking opent de door de veer opgewekte referentiekracht de klep. Door het openen van de klep wordt druk uitgeoefend op het sensorelement, dat op zijn beurt de klep sluit totdat deze net open genoeg is om de ingestelde druk te handhaven. Het vereenvoudigde schema “Drukregelaar Schema” illustreert deze krachtbalans opstelling. (zie hieronder)

(1) Drukreducerend element (schotelklep)

Het meest gebruikelijk is dat drukregelaars een veerbelaste “schotelklep” als restrictief element gebruiken. De schotel omvat een elastomere afdichting of, in sommige hogedrukontwerpen, een thermoplastische afdichting, die is geconfigureerd om een afdichting op een klepzitting te maken. Wanneer de veerkracht de afdichting van de klepzitting verwijdert, kan vloeistof van de inlaat van de regelaar naar de uitlaat stromen. Naarmate de uitlaatdruk toeneemt, biedt de door het voelelement opgewekte kracht weerstand tegen de kracht van de veer en wordt de klep gesloten. Deze twee krachten bereiken een evenwichtspunt bij het instelpunt van de drukregelaar. Wanneer de stroomafwaartse druk onder het instelpunt daalt, duwt de veer de klepschotel weg van de klepzitting en kan extra vloeistof van de inlaat naar de uitlaat stromen totdat het krachtenevenwicht is hersteld.

(2) Voelerelement (zuiger of membraan)

Zuigerdrukontwerpen worden vaak gebruikt wanneer hogere uitlaatdrukken vereist zijn, wanneer robuustheid een punt van zorg is of wanneer de uitlaatdruk niet aan een krappe tolerantie hoeft te worden gehouden. Zuigerontwerpen zijn vaak trager dan membraanontwerpen, vanwege de wrijving tussen de zuigerafdichting en het huis van de regelaar.

Bij lage-druktoepassingen, of wanneer hoge nauwkeurigheid vereist is, wordt de voorkeur gegeven aan de membraanstijl. Membraanregelaars hebben een dun, schijfvormig element dat wordt gebruikt om drukveranderingen waar te nemen. Zij zijn gewoonlijk gemaakt van een elastomeer, maar in speciale toepassingen wordt dun gewikkeld metaal gebruikt. Diafragma’s elimineren in wezen de wrijving die inherent is aan ontwerpen met zuigers. Bovendien is het voor een bepaalde grootte van de regelaar vaak mogelijk om een groter detectiegebied te verkrijgen met een membraanontwerp dan mogelijk zou zijn als een zuigerontwerp werd gebruikt.

(3) Het referentiekrachtelement (veer)

Het referentiekrachtelement is gewoonlijk een mechanische veer. Deze veer oefent een kracht uit op het sensorelement en zorgt ervoor dat de klep opengaat. De meeste reduceerventielen zijn voorzien van een instelmogelijkheid, waarmee de gebruiker de gewenste uitlaatdruk kan instellen door de kracht van de referentieveer te veranderen.

Nauwkeurigheid en capaciteit van het reduceerventiel

De nauwkeurigheid van een reduceerventiel wordt bepaald door de uitlaatdruk af te zetten tegen het debiet. De resulterende grafiek toont de daling van de uitlaatdruk als het debiet toeneemt. Dit verschijnsel staat bekend als droop. De nauwkeurigheid van een drukregelaar wordt gedefinieerd als de mate van droop die het toestel vertoont over een reeks debieten; minder droop is gelijk aan grotere nauwkeurigheid. De druk versus debiet curven in de grafiek “Direct Acting Pressure Regulator Operating Map”, geven de bruikbare regelcapaciteit van de regelaar aan. Bij de keuze van een drukregelaar moeten ingenieurs de druk-volumestroomcurves bestuderen om er zeker van te zijn dat de drukregelaar kan voldoen aan de prestatie-eisen die nodig zijn voor de voorgestelde toepassing.

Droop Definitie

De term “droop” wordt gebruikt om de daling van de uitlaatdruk te beschrijven, onder het oorspronkelijke instelpunt, als het debiet toeneemt. Droop kan ook worden veroorzaakt door aanzienlijke veranderingen in de inlaatdruk (ten opzichte van de waarde toen de uitgang van de regelaar werd ingesteld). Wanneer de inlaatdruk stijgt ten opzichte van de oorspronkelijke instelling, daalt de uitlaatdruk. Omgekeerd, als de inlaatdruk daalt, stijgt de uitlaatdruk. Zoals te zien is in de grafiek “Direct Acting Pressure Regulator Operating Map”, is dit effect belangrijk voor een gebruiker omdat het de bruikbare regelcapaciteit van een regelaar aangeeft.

Office Size

Het vergroten van de klepopening kan de doorstroomcapaciteit van de regelaar vergroten. Dit kan gunstig zijn als uw ontwerp is geschikt voor een grotere regelaar maar wees voorzichtig niet te veel specificeren. Een regelaar met een te grote klep, voor de omstandigheden van de beoogde toepassing, zal resulteren in een grotere gevoeligheid voor fluctuerende inlaatdrukken, en kan overmatige droop veroorzaken.

Lock Up Pressure

“Lockup pressure” is de druk boven het set-point die nodig is om het regelventiel volledig af te sluiten en ervoor te zorgen dat er geen flow is.

Hysterese

Hysterese kan optreden in mechanische systemen, zoals drukregelaars, als gevolg van wrijvingskrachten veroorzaakt door veren en afdichtingen. Kijk naar de grafiek en u zult zien dat bij een gegeven debiet de uitlaatdruk hoger zal zijn bij afnemend debiet dan bij toenemend debiet.

Eentrapsregelaar

Eentrapsregelaars zijn een uitstekende keuze voor relatief kleine drukverlagingen. Bijvoorbeeld, de luchtcompressoren die in de meeste fabrieken worden gebruikt, genereren maximumdrukken in het bereik van 100 tot 150 psi. Deze druk wordt via leidingen door de fabriek geleid, maar wordt vaak met een eentrapsdrukregelaar verlaagd tot lagere drukken (10 psi, 50 psi, 80 psi enz.) om geautomatiseerde machines, testbanken, gereedschapsmachines, apparatuur voor lektests, lineaire actuators en andere apparaten te bedienen. Enkeltraps drukregelaars presteren meestal niet goed bij grote schommelingen in inlaatdruk en/of debiet.

Tweetraps (tweetraps) drukregelaar

Een tweetraps drukregelaar is ideaal voor toepassingen met grote schommelingen in het debiet, aanzienlijke schommelingen in de inlaatdruk, of afnemende inlaatdruk zoals optreedt bij gas dat uit een kleine opslagtank of gascilinder wordt toegevoerd.

Bij de meeste eentrapsregelaars, behalve die met een drukgecompenseerd ontwerp, zal een grote daling van de inlaatdruk een lichte stijging van de uitlaatdruk veroorzaken. Dit gebeurt omdat de krachten die op de klep werken, door de grote drukdaling, veranderen ten opzichte van toen de uitlaatdruk aanvankelijk was ingesteld. In een tweetrapsontwerp wordt de tweede trap niet onderworpen aan deze grote veranderingen in de inlaatdruk, maar alleen aan de geringe verandering ten opzichte van de uitlaat van de eerste trap. Deze regeling resulteert in een stabiele uitlaatdruk van de tweede trap ondanks de aanzienlijke veranderingen in de druk die aan de eerste trap wordt toegevoerd.

Drietrapsregelaar

Een drietrapsregelaar levert een stabiele uitlaatdruk op die vergelijkbaar is met een tweetrapsregelaar, maar met de toegevoegde mogelijkheid om een aanzienlijk hogere maximale inlaatdruk aan te kunnen. De drietraps Beswick PRD3HP drukregelaar is bijvoorbeeld geschikt voor een inlaatdruk van 3000 psi en zorgt voor een stabiele uitlaatdruk (tussen 0 en 30 psi) ondanks wijzigingen in de toevoerdruk. Een kleine en lichtgewichtdrukregelgever die een stabiele lage outputdruk kan handhaven ondanks een inhamdruk die na verloop van tijd van een hoge druk zal verminderen is een kritieke component in vele ontwerpen. Voorbeelden hiervan zijn draagbare analytische instrumenten, waterstof-brandstofcellen, UAV’s en medische apparaten die worden aangedreven door hogedrukgas dat wordt geleverd vanuit een gaspatroon of opslagcilinder.

Nu u de drukregelaar hebt gekozen die het beste bij uw toepassing past, is het van belang dat de drukregelaar op de juiste wijze wordt geïnstalleerd en afgesteld om ervoor te zorgen dat deze naar behoren functioneert.

De meeste fabrikanten bevelen de installatie van een filter aan stroomopwaarts van de drukregelaar (sommige drukregelaars hebben een ingebouwd filter) om te voorkomen dat vuil en deeltjes de klepzitting verontreinigen. Het gebruik van een regelaar zonder filter kan resulteren in een lekkage naar de uitlaatpoort als de klepzitting verontreinigd is met vuil of vreemd materiaal. Gereguleerde gassen moeten vrij zijn van oliën, vetten en andere verontreinigingen die de kleponderdelen kunnen vervuilen of beschadigen, of de afdichtingen van de regelaar kunnen aantasten. Veel gebruikers zijn zich er niet van bewust dat gassen die in cilinders en kleine gaspatronen worden geleverd, sporen van olie uit het fabricageproces kunnen bevatten. De aanwezigheid van olie in het gas is vaak niet zichtbaar voor de gebruiker en daarom moet dit onderwerp worden besproken met uw gasleverancier voordat u de afdichtingsmaterialen voor uw drukregelaar kiest. Bovendien moeten gassen vrij zijn van overmatig vocht. Bij toepassingen met een hoog debiet kan bij aanwezigheid van vocht ijsvorming in de drukregelaar optreden.

Als de drukregelaar met zuurstof zal worden gebruikt, moet u zich ervan bewust zijn dat zuurstof speciale kennis vereist voor een veilig systeemontwerp. Zuurstofcompatibele smeermiddelen moeten worden gespecificeerd en extra reiniging, om sporen van op aardolie gebaseerde snijoliën te verwijderen, wordt meestal gespecificeerd. Zorg ervoor dat u de leverancier van uw drukregelaar informeert dat u van plan bent de drukregelaar in een zuurstoftoepassing te gebruiken.

Sluit drukregelaars niet aan op een voedingsbron met een maximumdruk die hoger is dan de nominale inlaatdruk van de drukregelaar. Drukregelaars zijn niet bedoeld om te worden gebruikt als afsluiter. Wanneer de drukregelaar niet in gebruik is, moet de toevoerdruk worden uitgeschakeld.

Installatie

STAP 1
Begin met het aansluiten van de drukbron op de inlaatpoort en de gereguleerde drukleiding op de uitlaatpoort. Als de poorten niet gemarkeerd zijn, neem dan contact op met de fabrikant om onjuiste aansluitingen te voorkomen. Bij sommige ontwerpen kunnen de interne onderdelen beschadigd raken als de toevoerdruk per ongeluk op de uitlaatpoort wordt gezet.

STAP 2
Voordat u de toevoerdruk naar de regelaar inschakelt, draait u de regelknop terug om de stroom door de regelaar te beperken. Schakel de toevoerdruk geleidelijk in om de drukregelaar niet te “shocken” met een plotselinge stoot vloeistof onder druk. OPMERKING: Draai de stelschroef niet helemaal in de drukregelaar, omdat bij sommige drukregelaarontwerpen de volledige toevoerdruk in de uitlaatpoort wordt geleverd.

STAP 3
Stel de drukregelaar in op de gewenste uitlaatdruk. Als de drukregelaar niet ontlast, is het gemakkelijker om de uitlaatdruk in te stellen als er vloeistof stroomt, dan wanneer deze “doodloopt” (geen stroming). Als de gemeten uitlaatdruk hoger is dan de gewenste uitlaatdruk, ontlucht dan de vloeistof aan de stroomafwaartse zijde van de regelaar en verlaag de uitlaatdruk door aan de instelknop te draaien. Ontlucht nooit vloeistof door fittingen los te draaien, dit kan verwondingen veroorzaken.

Bij een drukontlastende drukregelaar wordt de overdruk automatisch aan de stroomafwaartse zijde van de regelaar naar de atmosfeer afgevoerd wanneer de knop wordt gedraaid om de uitgangsinstelling te verlagen. Gebruik daarom geen drukontlastende drukregelaars met ontvlambare of gevaarlijke vloeistoffen. Zorg ervoor dat de overtollige vloeistof veilig en in overeenstemming met alle lokale, staats- en federale voorschriften wordt afgevoerd.

STAP 4
Om de gewenste uitlaatdruk te verkrijgen, voert u de laatste aanpassingen uit door de druk langzaam te verhogen van onder het gewenste instelpunt. Het instellen van de druk van onder de gewenste instelling heeft de voorkeur boven het instellen van de druk van boven de gewenste instelling. Als u tijdens het instellen van de drukregelaar het streefpunt overschrijdt, verlaagt u de ingestelde druk tot een punt onder het streefpunt. Voer vervolgens de druk weer geleidelijk op tot het gewenste instelpunt.

STAP 5
Houd de toevoerdruk enkele malen aan en uit terwijl u de uitlaatdruk controleert om te controleren of de drukregelaar consequent terugkeert naar het instelpunt. Daarnaast moet ook de uitlaatdruk worden in- en uitgeschakeld om te controleren of de drukregelaar terugkeert naar het gewenste instelpunt. Herhaal de drukinstellingsprocedure als de uitlaatdruk niet terugkeert naar de gewenste instelling.

Beswick Engineering is gespecialiseerd in miniatuur vloeistof- en pneumatische fittingen, snelkoppelingen, kleppen en reduceerventielen. Wij hebben een team van gediplomeerde toepassing ingenieurs klaar om u te helpen met uw vragen. Aangepaste ontwerpen zijn beschikbaar op aanvraag. Stel uw vraag op onze Contact pagina of klik op het Live Chat icoon rechtsonder in uw scherm.