Podstawy działania regulatorów ciśnienia

Dostępne regulatory ciśnienia firmy Beswick można znaleźć w naszym katalogu online: Click Here for Pressure Regulators

Regulatory ciśnienia znajdują się w wielu powszechnych zastosowaniach domowych i przemysłowych. Na przykład, regulatory ciśnienia są używane w grillach gazowych do regulacji propanu, w domowych piecach grzewczych do regulacji gazów naturalnych, w sprzęcie medycznym i dentystycznym do regulacji tlenu i gazów znieczulających, w pneumatycznych systemach automatyki do regulacji sprężonego powietrza, w silnikach do regulacji paliwa i w ogniwach paliwowych do regulacji wodoru. Ta częściowa lista pokazuje, że istnieje wiele zastosowań dla regulatorów, ale w każdym z nich regulator ciśnienia spełnia tę samą funkcję. Regulatory ciśnienia redukują ciśnienie zasilania (lub wlotowe) do niższego ciśnienia wylotowego i działają w celu utrzymania tego ciśnienia wylotowego pomimo wahań ciśnienia wlotowego. Redukcja ciśnienia wlotowego do niższego ciśnienia wylotowego jest kluczową cechą regulatorów ciśnienia.

Przy wyborze regulatora ciśnienia należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Ważne czynniki obejmują: zakresy ciśnienia roboczego dla wlotu i wylotu, wymagania dotyczące przepływu, płyn (czy jest to gaz, ciecz, płyn toksyczny lub łatwopalny?), oczekiwany zakres temperatury roboczej, wybór materiału dla elementów regulatora, w tym uszczelek, a także ograniczenia dotyczące rozmiaru i wagi.

Materiały stosowane w regulatorach ciśnienia

Dostępna jest szeroka gama materiałów do obsługi różnych płynów i środowisk roboczych. Powszechne materiały składowe regulatorów obejmują mosiądz, plastik i aluminium. Dostępne są również różne gatunki stali nierdzewnej (takie jak 303, 304 i 316). Sprężyny stosowane wewnątrz regulatora są zazwyczaj wykonane z drutu muzycznego (stal węglowa) lub stali nierdzewnej.

Mosiądz nadaje się do większości typowych zastosowań i jest zazwyczaj ekonomiczny. Aluminium jest często określane, gdy waga jest brana pod uwagę. Plastik jest uważany, gdy niski koszt jest przede wszystkim obawy lub wyrzucić element jest wymagane. Stale nierdzewne są często wybierane do stosowania z płynami korozyjnymi, stosowania w środowiskach korozyjnych, gdy czystość płynu jest rozważana lub gdy temperatury pracy będą wysokie.

Równie ważna jest zgodność materiału uszczelki z płynem i z zakresem temperatur pracy. Buna-n jest typowym materiałem uszczelniającym. Niektórzy producenci oferują opcjonalne uszczelnienia, do których należą: Fluorocarbon, EPDM, Silikon i Perfluoroelastomer.

Używany płyn (gaz, ciecz, toksyczny lub łatwopalny)

Właściwości chemiczne płynu należy rozważyć przed określeniem najlepszych materiałów dla danego zastosowania. Każda ciecz będzie miała swoją unikalną charakterystykę, należy więc zadbać o wybór odpowiedniego korpusu i materiałów uszczelniających, które będą miały kontakt z cieczą. Części regulatora mające kontakt z cieczą są znane jako elementy „zwilżane”.

Ważne jest również określenie, czy ciecz jest łatwopalna, toksyczna, wybuchowa lub niebezpieczna z natury. Do stosowania z niebezpiecznymi, wybuchowymi lub drogimi gazami preferowany jest regulator nieredukujący, ponieważ jego konstrukcja nie powoduje uwolnienia nadmiernego ciśnienia do atmosfery. W przeciwieństwie do reduktora nieredukcyjnego, reduktor odciążający (znany również jako samoredukujący) jest zaprojektowany tak, aby odprowadzać nadmiar ciśnienia do atmosfery. Zazwyczaj w tym celu w bocznej części korpusu regulatora znajduje się otwór odpowietrzający. W niektórych specjalnych konstrukcjach port odpowietrzający może być gwintowany, a nadmiar ciśnienia może być odprowadzany z korpusu regulatora przez przewody rurowe i wydalany w bezpiecznym miejscu. Jeśli wybrano ten typ konstrukcji, nadmiar płynu powinien być odpowiednio odpowietrzony i zgodnie ze wszystkimi przepisami bezpieczeństwa.

Temperatura

Materiały wybrane do budowy regulatora ciśnienia nie tylko muszą być kompatybilne z płynem, ale również muszą być w stanie prawidłowo funkcjonować w oczekiwanej temperaturze roboczej. Podstawowym problemem jest to, czy wybrany elastomer będzie działał prawidłowo w całym oczekiwanym zakresie temperatur. Dodatkowo temperatura robocza może wpływać na wydajność przepływu i/lub szybkość sprężyny w ekstremalnych zastosowaniach.

Ciśnienia robocze

Ciśnienia wlotowe i wylotowe są ważnymi czynnikami, które należy rozważyć przed wyborem najlepszego regulatora. Ważne pytania, na które należy odpowiedzieć to: Jaki jest zakres wahań ciśnienia wlotowego? Jakie jest wymagane ciśnienie wylotowe? Jakie są dopuszczalne wahania ciśnienia wylotowego?

Wymagania dotyczące przepływu

Jakie jest maksymalne natężenie przepływu wymagane przez aplikację? Jak bardzo zmienia się natężenie przepływu? Wymagania dotyczące portów są również ważnym czynnikiem rozważań.

Wielkość &Waga

W wielu zastosowaniach zaawansowanych technologii przestrzeń jest ograniczona, a waga jest czynnikiem. Niektórzy producenci specjalizują się w elementach miniaturowych i należy się z nimi skonsultować. Wybór materiału, szczególnie komponentów korpusu regulatora, będzie miał wpływ na wagę. Należy również dokładnie rozważyć rozmiary portów (gwintów), style regulacji i opcje montażu, ponieważ będą one miały wpływ na rozmiar i wagę.

Regulatory ciśnienia w działaniu

Regulator ciśnienia składa się z trzech elementów funkcjonalnych

1. ) Elementu redukującego lub ograniczającego ciśnienie. Często jest to sprężynowy zawór kołpakowy.
2. ) Element wyczuwający. Zazwyczaj jest to membrana lub tłok.
3. ) Element siły odniesienia. Najczęściej jest to sprężyna.

W działaniu, siła odniesienia generowana przez sprężynę otwiera zawór. Otwarcie zaworu powoduje przyłożenie ciśnienia do elementu czujnikowego, który z kolei zamyka zawór, dopóki nie zostanie on otwarty na tyle, aby utrzymać zadane ciśnienie. Uproszczony schemat „Schemat regulatora ciśnienia” ilustruje ten układ równowagi sił. (patrz poniżej)

(1) Element redukujący ciśnienie (zawór poppet)

Najczęściej w regulatorach stosuje się sprężynowy zawór „poppet” jako element ograniczający. Poppet zawiera uszczelnienie elastomerowe lub, w niektórych konstrukcjach wysokociśnieniowych, uszczelnienie termoplastyczne, które jest skonfigurowane tak, aby uszczelnić gniazdo zaworu. Gdy siła sprężyny odsuwa uszczelkę od gniazda zaworu, płyn może przepływać z wlotu regulatora do wylotu. Wraz ze wzrostem ciśnienia wylotowego siła generowana przez element czujnikowy przeciwstawia się sile sprężyny i zawór zostaje zamknięty. Te dwie siły osiągają punkt równowagi w punkcie nastawy regulatora ciśnienia. Gdy ciśnienie za zaworem spada poniżej wartości zadanej, sprężyna odpycha poppet od gniazda zaworu i dodatkowy płyn może przepływać z wlotu do wylotu do momentu przywrócenia równowagi sił.

(2) Element czujnikowy (tłok lub membrana)

Konstrukcje tłokowe są często używane, gdy wymagane są wyższe ciśnienia wylotowe, gdy chodzi o wytrzymałość lub gdy ciśnienie wylotowe nie musi być utrzymywane w ścisłej tolerancji. Konstrukcje tłokowe są zwykle powolne, w porównaniu z konstrukcjami membranowymi, z powodu tarcia między uszczelką tłoka a korpusem regulatora.

W zastosowaniach niskociśnieniowych lub gdy wymagana jest wysoka dokładność, preferowany jest styl membranowy. Regulatory membranowe wykorzystują cienki element w kształcie dysku, który jest używany do wykrywania zmian ciśnienia. Zwykle są one wykonane z elastomeru, jednak w specjalnych zastosowaniach stosuje się cienki, zwinięty metal. Membrany zasadniczo eliminują tarcie charakterystyczne dla konstrukcji tłokowych. Dodatkowo, dla danego rozmiaru regulatora, często możliwe jest zapewnienie większego obszaru wykrywania za pomocą membrany niż byłoby to możliwe w przypadku zastosowania konstrukcji tłokowej.

(3) Element siły odniesienia (sprężyna)

Elementem siły odniesienia jest zazwyczaj sprężyna mechaniczna. Sprężyna ta wywiera siłę na element czujnikowy i działa w celu otwarcia zaworu. Większość regulatorów jest zaprojektowana z regulacją, która umożliwia użytkownikowi dostosowanie wartości zadanej ciśnienia wylotowego poprzez zmianę siły wywieranej przez sprężynę referencyjną.

Dokładność i pojemność regulatora

Dokładność regulatora ciśnienia określa się poprzez sporządzenie wykresu ciśnienia wylotowego w stosunku do natężenia przepływu. Wykres wynikowy pokazuje spadek ciśnienia wylotowego wraz ze wzrostem natężenia przepływu. Zjawisko to znane jest jako spadek ciśnienia. Dokładność regulatora ciśnienia definiuje się jako stopień spadku urządzenia w zakresie przepływów; mniejszy spadek równa się większej dokładności. Krzywe zależności ciśnienia od przepływu przedstawione na wykresie „Mapa działania regulatora ciśnienia bezpośredniego działania” wskazują użyteczną zdolność regulacyjną regulatora. Przy wyborze regulatora inżynierowie powinni przeanalizować krzywe ciśnienia i przepływu, aby upewnić się, że regulator może spełnić wymagania dotyczące wydajności niezbędne dla proponowanego zastosowania.

Droop Definicja

Termin „droop” jest używany do opisania spadku ciśnienia wylotowego, poniżej pierwotnej wartości zadanej, wraz ze wzrostem przepływu. Spadek ciśnienia może być również spowodowany przez znaczne zmiany ciśnienia wlotowego (od wartości, gdy wyjście regulatora było ustawione). Gdy ciśnienie wlotowe wzrasta w stosunku do ustawienia początkowego, ciśnienie wylotowe spada. I odwrotnie, gdy ciśnienie wlotowe spada, ciśnienie wylotowe wzrasta. Jak widać na wykresie „Mapa działania regulatora ciśnienia bezpośredniego działania”, efekt ten jest ważny dla użytkownika, ponieważ pokazuje użyteczną zdolność regulacyjną regulatora.

Rozmiar kryzy

Zwiększenie kryzy zaworu może zwiększyć wydajność przepływu regulatora. Może to być korzystne, jeśli projekt może pomieścić większy regulator, jednak należy uważać, aby nie przesadzić. Regulator z zaworem o zbyt dużym rozmiarze, dla warunków zamierzonego zastosowania, spowoduje większą wrażliwość na wahania ciśnienia wlotowego i może spowodować nadmierny spadek ciśnienia.

Ciśnienie zablokowania

„Ciśnienie zablokowania” to ciśnienie powyżej wartości zadanej, które jest wymagane do całkowitego zamknięcia zaworu regulatora i zapewnienia braku przepływu.

Histereza

Histereza może występować w układach mechanicznych, takich jak regulatory ciśnienia, z powodu sił tarcia powodowanych przez sprężyny i uszczelki. Przyjrzyj się wykresowi, a zauważysz, dla danego natężenia przepływu, że ciśnienie wyjściowe będzie wyższe przy malejącym przepływie niż przy rosnącym przepływie.

Regulator jednostopniowy

Regulatory jednostopniowe są doskonałym wyborem dla stosunkowo niewielkich redukcji ciśnienia. Na przykład, sprężarki powietrza używane w większości fabryk wytwarzają maksymalne ciśnienie w zakresie od 100 do 150 psi. Ciśnienie to jest przesyłane rurami przez fabrykę, ale często jest redukowane za pomocą jednostopniowego regulatora do niższych ciśnień (10 psi, 50 psi, 80 psi itd.) w celu obsługi zautomatyzowanych maszyn, stanowisk testowych, obrabiarek, urządzeń do badania szczelności, siłowników liniowych i innych urządzeń. Jednostopniowe regulatory ciśnienia zazwyczaj nie działają dobrze przy dużych wahaniach ciśnienia wlotowego i/lub natężenia przepływu.

Dwustopniowy regulator

Dwustopniowy regulator ciśnienia jest idealny do zastosowań z dużymi wahaniami natężenia przepływu, znacznymi wahaniami ciśnienia wlotowego lub malejącym ciśnieniem wlotowym, jak to ma miejsce w przypadku gazu dostarczanego z małego zbiornika magazynowego lub butli gazowej.

W przypadku większości reduktorów jednostopniowych, z wyjątkiem tych, które wykorzystują konstrukcję z kompensacją ciśnienia, duży spadek ciśnienia wlotowego spowoduje niewielki wzrost ciśnienia wylotowego. Dzieje się tak, ponieważ siły działające na zawór zmieniają się, ze względu na duży spadek ciśnienia, w stosunku do ciśnienia wyjściowego, które było początkowo ustawione. W konstrukcji dwustopniowej drugi stopień nie będzie narażony na te duże zmiany ciśnienia wlotowego, a jedynie na niewielką zmianę w stosunku do ciśnienia wylotowego pierwszego stopnia. Taki układ skutkuje stabilnym ciśnieniem wylotowym z drugiego stopnia pomimo znacznych zmian ciśnienia dostarczanego do pierwszego stopnia.

Trójstopniowy regulator

Trójstopniowy regulator zapewnia stabilne ciśnienie wylotowe podobne do dwustopniowego regulatora, ale z dodatkową zdolnością do obsługi znacznie wyższego maksymalnego ciśnienia wlotowego. Na przykład trójstopniowy regulator Beswick serii PRD3HP jest przystosowany do obsługi ciśnienia wlotowego o wartości 3000 psi i zapewnia stabilne ciśnienie wylotowe (w zakresie od 0 do 30 psi) pomimo zmian ciśnienia zasilania. Mały i lekki regulator ciśnienia, który może utrzymać stabilne niskie ciśnienie wyjściowe pomimo ciśnienia wlotowego, które z czasem będzie spadać z wysokiego ciśnienia, jest krytycznym elementem w wielu konstrukcjach. Przykłady obejmują przenośne instrumenty analityczne, wodorowe ogniwa paliwowe, bezzałogowe statki powietrzne oraz urządzenia medyczne zasilane gazem pod wysokim ciśnieniem dostarczanym z naboju gazowego lub butli magazynowej.

Po wybraniu regulatora, który najlepiej pasuje do danego zastosowania, ważne jest, aby regulator został prawidłowo zainstalowany i wyregulowany w celu zapewnienia, że działa zgodnie z przeznaczeniem.

Większość producentów zaleca instalację filtra przed regulatorem (niektóre regulatory mają wbudowany filtr), aby zapobiec zanieczyszczeniu gniazda zaworu brudem i cząstkami stałymi. Eksploatacja reduktora bez filtra może spowodować wyciek do portu wylotowego, jeśli gniazdo zaworu jest zanieczyszczone brudem lub ciałami obcymi. Regulowane gazy powinny być wolne od olejów, smarów i innych zanieczyszczeń, które mogłyby zanieczyszczać lub uszkadzać elementy zaworu lub atakować uszczelki regulatora. Wielu użytkowników nie zdaje sobie sprawy, że gazy dostarczane w butlach i małych kartuszach mogą zawierać śladowe ilości olejów pochodzących z procesu produkcyjnego. Obecność oleju w gazie jest często niezauważalna dla użytkownika, dlatego przed wyborem materiałów uszczelniających do regulatora należy omówić ten temat z dostawcą gazu. Dodatkowo, gazy powinny być wolne od nadmiernej wilgoci. W zastosowaniach o dużym natężeniu przepływu w przypadku obecności wilgoci może dojść do oblodzenia regulatora.

Jeśli regulator ciśnienia będzie używany z tlenem, należy mieć świadomość, że tlen ten wymaga specjalistycznej wiedzy w celu bezpiecznego zaprojektowania systemu. Należy określić środki smarne kompatybilne z tlenem i zazwyczaj wymagane jest dodatkowe czyszczenie w celu usunięcia śladów olejów do cięcia na bazie ropy naftowej. Należy upewnić się, że dostawca regulatora został poinformowany o planowanym użyciu regulatora w aplikacji z tlenem.

Nie wolno podłączać regulatorów do źródła zasilania o maksymalnym ciśnieniu większym niż znamionowe ciśnienie wlotowe regulatora. Regulatory ciśnienia nie są przeznaczone do stosowania jako urządzenia odcinające. Gdy regulator nie jest używany, należy wyłączyć ciśnienie zasilające.

Instalacja

KROK 1
Zacznij od podłączenia źródła ciśnienia do portu wlotowego i regulowanego przewodu ciśnieniowego do portu wylotowego. Jeśli porty nie są oznaczone, należy skontaktować się z producentem, aby uniknąć nieprawidłowych połączeń. W niektórych konstrukcjach może dojść do uszkodzenia elementów wewnętrznych, jeśli ciśnienie zasilania zostanie omyłkowo doprowadzone do portu wylotowego.

KROK 2
Przed włączeniem ciśnienia zasilania do regulatora należy cofnąć pokrętło regulacji, aby ograniczyć przepływ przez regulator. Stopniowo włączać ciśnienie zasilające, aby nie „wstrząsnąć” regulatorem nagłym strumieniem płynu pod ciśnieniem. UWAGA: Należy unikać przekręcania śruby regulacyjnej do końca w regulatorze, ponieważ w niektórych konstrukcjach regulatorów pełne ciśnienie zasilania zostanie dostarczone do portu wylotowego.

KROK 3
Ustawić regulator ciśnienia na żądane ciśnienie wylotowe. Jeśli regulator nie jest zwrotny, łatwiej będzie wyregulować ciśnienie wylotowe, jeśli płyn przepływa, niż w przypadku „martwego punktu” (brak przepływu). Jeśli zmierzone ciśnienie wylotowe przekracza żądane ciśnienie wylotowe, należy odpowietrzyć płyn z dolnej strony regulatora i obniżyć ciśnienie wylotowe, obracając pokrętło regulacyjne. Nigdy nie należy odpowietrzać płynu przez poluzowanie złączy, ponieważ może to spowodować obrażenia ciała.

W przypadku regulatora typu odciążającego nadmiar ciśnienia będzie automatycznie odprowadzany do atmosfery z dolnej strony regulatora, gdy pokrętło jest obracane w celu obniżenia nastawy wyjściowej. Z tego powodu nie należy używać regulatorów typu odciążającego z płynami łatwopalnymi lub niebezpiecznymi. Należy upewnić się, że nadmiar płynu został bezpiecznie odprowadzony i zgodnie ze wszystkimi przepisami lokalnymi, stanowymi i federalnymi.

KROK 4
Aby uzyskać pożądane ciśnienie wyjściowe, należy dokonać ostatecznej regulacji, powoli zwiększając ciśnienie od dołu żądanego punktu nastawy. Preferowane jest ustawianie ciśnienia od dołu do góry. W przypadku przekroczenia punktu nastawy podczas ustawiania regulatora ciśnienia, należy cofnąć ustawione ciśnienie do punktu poniżej punktu nastawy. Następnie ponownie stopniowo zwiększać ciśnienie do żądanego punktu nastawy.

KROK 5
Kilkakrotnie włączyć i wyłączyć ciśnienie zasilające, monitorując ciśnienie wylotowe, aby potwierdzić, że regulator konsekwentnie powraca do punktu nastawy. Dodatkowo należy również cyklicznie włączać i wyłączać ciśnienie wylotowe, aby upewnić się, że regulator ciśnienia powraca do żądanego punktu nastawy. Powtórzyć sekwencję ustawiania ciśnienia, jeśli ciśnienie wylotowe nie powraca do żądanego ustawienia.

Beswick Engineering specjalizuje się w miniaturowych złączach płynnych i pneumatycznych, szybkozłączach, zaworach i regulatorach. Mamy zespół dyplomowanych inżynierów ds. zastosowań gotowych do pomocy w przypadku pytań. Projekty niestandardowe są dostępne na żądanie. Prześlij zapytanie na naszej stronie Skontaktuj się z nami lub kliknij ikonę czatu na żywo w prawym dolnym rogu ekranu.