Grunderna för tryckregulatorer

Du hittar Beswicks tillgängliga tryckregulatorer i vår online-katalog: Klicka här för tryckregulatorer

Tryckregulatorer finns i många vanliga hem- och industritillämpningar. Tryckregulatorer används till exempel i gasgrillar för att reglera propan, i ugnar för uppvärmning av bostäder för att reglera naturgaser, i medicinsk och dental utrustning för att reglera syre och anestesigaser, i pneumatiska automationssystem för att reglera tryckluft, i motorer för att reglera bränsle och i bränsleceller för att reglera vätgas. Som denna delförteckning visar finns det många användningsområden för tryckregulatorer, men i vart och ett av dem har tryckregulatorn samma funktion. Tryckregulatorer reducerar ett matningstryck (eller inloppstryck) till ett lägre utloppstryck och arbetar för att bibehålla detta utloppstryck trots fluktuationer i inloppstrycket. Minskningen av inloppstrycket till ett lägre utloppstryck är den viktigaste egenskapen hos tryckregulatorer.

När man väljer en tryckregulator måste man ta hänsyn till många faktorer. Viktiga överväganden är bl.a.: drifttrycksintervall för inlopp och utlopp, flödeskrav, vätskan (är det en gas, en vätska, giftig eller brandfarlig?), förväntat driftstemperaturintervall, materialval för regulatorkomponenterna inklusive tätningar samt begränsningar i fråga om storlek och vikt.

Material som används i tryckregulatorer

Det finns ett brett utbud av material för att hantera olika vätskor och driftsmiljöer. Vanliga material för regulatorkomponenter är bland annat mässing, plast och aluminium. Olika kvaliteter av rostfritt stål (t.ex. 303, 304 och 316) finns också tillgängliga. Fjädrar som används inuti regulatorn är vanligtvis tillverkade av musiktråd (kolstål) eller rostfritt stål.

Mässing lämpar sig för de flesta vanliga tillämpningar och är vanligtvis ekonomiskt fördelaktigt. Aluminium specificeras ofta när vikten är av betydelse. Plast övervägs när låg kostnad är av primärt intresse eller när en engångsartikel krävs. Rostfritt stål väljs ofta för användning med korrosiva vätskor, användning i korrosiva miljöer, när vätskans renhet är av betydelse eller när driftstemperaturerna kommer att vara höga.

Det är lika viktigt att tätningsmaterialet är kompatibelt med vätskan och med driftstemperaturområdet. Buna-n är ett typiskt tätningsmaterial. Vissa tillverkare erbjuder valfria tätningar, bland annat följande: Fluorkarbon, EPDM, silikon och perfluorelastomer.

Vätska som används (gas, vätska, giftig eller brandfarlig)

Vätskans kemiska egenskaper bör beaktas innan man bestämmer vilka material som är bäst lämpade för din tillämpning. Varje vätska kommer att ha sina egna unika egenskaper så man måste vara noga med att välja lämpliga material för kropp och tätning som kommer att komma i kontakt med vätskan. De delar av regulatorn som kommer i kontakt med vätskan kallas de ”fuktade” komponenterna.

Det är också viktigt att avgöra om vätskan är brandfarlig, giftig, explosiv eller farlig till sin natur. En icke avlastande regulator är att föredra för användning med farliga, explosiva eller dyra gaser eftersom konstruktionen inte ventilerar överdrivet tryck i nedströmsledet till atmosfären. Till skillnad från en icke avlastande regulator är en avlastande (även kallad självavlastande) regulator konstruerad för att ventilera övertryck i nedströmsledet till atmosfären. Vanligtvis finns det ett ventilationshål i sidan av regulatorn för detta ändamål. I vissa specialkonstruktioner kan ventilationsöppningen vara gängad och eventuellt övertryck kan ventileras från regulatorn genom slangar och avges i ett säkert område. Om denna typ av konstruktion väljs skall överskottsvätskan ventileras på lämpligt sätt och i enlighet med alla säkerhetsföreskrifter.

Temperatur

De material som väljs för tryckregulatorn måste inte bara vara kompatibla med vätskan utan också kunna fungera korrekt vid den förväntade driftstemperaturen. Det viktigaste är om den valda elastomeren kommer att fungera korrekt inom hela det förväntade temperaturområdet. Dessutom kan driftstemperaturen påverka flödeskapaciteten och/eller fjäderhastigheten i extrema tillämpningar.

Operationstryck

Ingångs- och utgångstrycken är viktiga faktorer att ta hänsyn till innan man väljer den bästa regulatorn. Viktiga frågor att besvara är: Vad är variationsområdet för inloppstrycket? Vilket är det erforderliga utloppstrycket? Vad är den tillåtna variationen i utloppstrycket?

Flödekrav

Vad är det maximala flödet som applikationen kräver? Hur mycket varierar flödeshastigheten? Portkrav är också en viktig faktor.

Storlek &Vikt

I många högteknologiska tillämpningar är utrymmet begränsat och vikten är en faktor. Vissa tillverkare är specialiserade på miniatyrkomponenter och bör rådfrågas. Materialvalet, särskilt regulatorkroppens komponenter, kommer att påverka vikten. Tänk också noga på portstorlekar (gängor), justeringsstilar och monteringsalternativ eftersom dessa kommer att påverka storlek och vikt.

Tryckregulatorer i drift

En tryckregulator består av tre funktionella delar

1. ). Ett tryckreducerande eller begränsande element. Ofta är detta en fjäderbelastad ventil.
2. ) Ett avkänningselement. Vanligtvis ett membran eller en kolv.
3. ) Ett element för referenskraft. Oftast en fjäder.

I drift öppnar referenskraften som genereras av fjädern ventilen. Öppnandet av ventilen ger tryck på det avkännande elementet som i sin tur stänger ventilen tills den är öppen precis tillräckligt mycket för att upprätthålla det inställda trycket. Det förenklade schemat ”Pressure Regulator Schematic” illustrerar detta kraftbalansarrangemang. (se nedan)

(1) Tryckreducerande element (sätesventil)

I de flesta regulatorer används en fjäderbelastad sätesventil som begränsande element. Tappventilen innehåller en elastomertätning eller, i vissa högtryckskonstruktioner, en termoplasttätning, som är utformad så att den tätar mot ett ventilsäte. När fjäderkraften förflyttar tätningen bort från ventilsätet kan vätska strömma från regulatorns inlopp till utloppet. När trycket vid utloppet stiger, motstår den kraft som genereras av detkännande elementet fjäderkraften och ventilen stängs. Dessa två krafter når en balanspunkt vid tryckregulatorns inställningspunkt. När trycket nedströms sjunker under börvärdet trycker fjädern bort klaffen från ventilsätet och ytterligare vätska tillåts flöda från inloppet till utloppet tills kraftbalansen är återställd.

(2) Känselelement (kolv eller membran)

Kolvformade konstruktioner används ofta när det krävs högre utloppstryck, när stryktålighet är ett bekymmer eller när utloppstrycket inte behöver hållas med en snäv tolerans. Kolvkonstruktioner tenderar att vara tröga, jämfört med membrankonstruktioner, på grund av friktionen mellan kolvtätningen och regulatorhuset.

I tillämpningar med lågt tryck eller när hög noggrannhet krävs föredras membranstilen. Membranregulatorer använder ett tunt skivformat element som används för att känna av tryckförändringar. De är vanligen tillverkade av en elastomer, men tunn konvolverad metall används i specialtillämpningar. Membraner eliminerar i huvudsak den friktion som finns i konstruktioner av kolvstil. Dessutom är det för en viss regulatorstorlek ofta möjligt att ge en större avkänningsyta med en membrankonstruktion än vad som skulle vara möjligt om en kolvkonstruktion användes.

(3) Referenskraftelementet (fjäder)

Referenskraftelementet är vanligen en mekanisk fjäder. Denna fjäder utövar en kraft på det avkännande elementet och verkar för att öppna ventilen. De flesta regulatorer är konstruerade med en justering som gör det möjligt för användaren att justera utloppstryckets börvärde genom att ändra den kraft som utövas av referensfjädern.

Regulatorns noggrannhet och kapacitet

Noggrannheten hos en tryckregulator bestäms genom att diagrammatisera utloppstrycket i förhållande till flödeshastigheten. Den resulterande grafen visar nedgången i utloppstrycket när flödeshastigheten ökar. Detta fenomen är känt som droop. Tryckregulatorns noggrannhet definieras som hur mycket dropp anordningen uppvisar över ett intervall av flöden; mindre dropp är lika med större noggrannhet. Kurvorna för tryck mot flöde i diagrammet ”Driftskarta för direktverkande tryckregulator” visar regulatorns användbara reglerkapacitet. Vid val av regulator bör ingenjörer undersöka kurvorna för tryck mot flöde för att säkerställa att regulatorn kan uppfylla de prestandakrav som krävs för den föreslagna tillämpningen.

Droop Definition

Tecknet ”droop” används för att beskriva fallet i utloppstrycket, under det ursprungliga börvärdet, när flödet ökar. Droop kan också orsakas av betydande förändringar i inloppstrycket (från värdet när regulatorns utgång ställdes in). När inloppstrycket stiger från den ursprungliga inställningen sjunker utloppstrycket. Omvänt ökar utloppstrycket när inloppstrycket sjunker. Som framgår av diagrammet ”Direct Acting Pressure Regulator Operating Map” är denna effekt viktig för en användare eftersom den visar regulatorns användbara reglerkapacitet.

Orifice Size

En ökning av ventilöppningen kan öka regulatorns flödeskapacitet. Detta kan vara fördelaktigt om din konstruktion kan rymma en större regulator, men var försiktig så att du inte överspecificerar. En regulator med en överdimensionerad ventil, för förhållandena i den avsedda tillämpningen, kommer att resultera i en större känslighet för fluktuerande inloppstryck och kan orsaka överdrivet hängande tryck.

Lock Up Pressure

”Lockup pressure” är det tryck över börvärdet som krävs för att helt stänga av regulatorventilen och försäkra sig om att det inte finns något flöde.

Hysteres

Hysteres kan förekomma i mekaniska system, t.ex. tryckregulatorer, på grund av de friktionskrafter som orsakas av fjädrar och tätningar. Titta på grafen och du kommer att märka, för en given flödeshastighet, att utloppstrycket kommer att vara högre med minskande flöde än med ökande flöde.

Enstegsregulator

Enstegsregulatorer är ett utmärkt val för relativt små tryckminskningar. De luftkompressorer som används i de flesta fabriker genererar till exempel maximalt tryck i intervallet 100 till 150 psi. Detta tryck leds genom fabriken men reduceras ofta med en enstegsregulator till lägre tryck (10 psi, 50 psi, 80 psi osv.) för att driva automatiserade maskiner, testbänkar, verktygsmaskiner, utrustning för läckagetestning, linjära manöverdon och andra anordningar. Enstegs tryckregulatorer fungerar vanligtvis inte bra vid stora svängningar i inloppstryck och/eller flödeshastigheter.

Tvåstegs (tvåstegs) regulator

En tvåstegs tryckregulator är idealisk för tillämpningar med stora variationer i flödeshastigheten, betydande svängningar i inloppstrycket eller sjunkande inloppstryck som till exempel inträffar med gas som levereras från en liten lagringstank eller gasflaska.

Med de flesta enstegsregulatorer, utom de som använder en tryckkompenserad konstruktion, kommer en stor minskning av inloppstrycket att orsaka en liten ökning av utloppstrycket. Detta sker eftersom de krafter som verkar på ventilen förändras, på grund av det stora tryckfallet, jämfört med när utloppstrycket ursprungligen ställdes in. I en tvåstegskonstruktion kommer det andra steget inte att utsättas för dessa stora förändringar i inloppstrycket, utan endast den lilla förändringen från det första stegets utlopp. Detta arrangemang resulterar i ett stabilt utloppstryck från det andra steget trots de stora förändringarna i det tryck som tillförs det första steget.

Tre-stegsregulator

En tre-stegsregulator ger ett stabilt utloppstryck som liknar en två-stegsregulator men med den extra förmågan att hantera ett betydligt högre maximalt inloppstryck. Beswick PRD3HP-seriens trestegsregulator är t.ex. dimensionerad för att hantera ett inloppstryck så högt som 3 000 psi och den ger ett stabilt utloppstryck (i intervallet 0 till 30 psi) trots förändringar i matningstrycket. En liten och lätt tryckregulator som kan upprätthålla ett stabilt lågt utgångstryck trots ett inloppstryck som kommer att minska med tiden från ett högt tryck är en kritisk komponent i många konstruktioner. Som exempel kan nämnas bärbara analysinstrument, vätgasbränsleceller, UAV:er och medicinska apparater som drivs av högtrycksgas som levereras från en gaspatron eller lagringsflaska.

När du nu har valt den regulator som passar bäst för din tillämpning är det viktigt att regulatorn installeras och justeras på rätt sätt för att säkerställa att den fungerar som avsett.

De flesta tillverkare rekommenderar installation av ett filter uppströms regulatorn (vissa regulatorer har ett inbyggt filter) för att förhindra att smuts och partiklar förorenar ventilsätet. Drift av en regulator utan filter kan resultera i ett läckage till utloppsporten om ventilsätet är förorenat med smuts eller främmande material. Reglerade gaser bör vara fria från oljor, fetter och andra föroreningar som skulle kunna förorena eller skada ventilkomponenterna eller angripa regulatorns tätningar. Många användare är omedvetna om att gaser som levereras i flaskor och små gaspatroner kan innehålla spår av oljor från tillverkningsprocessen. Förekomsten av olja i gasen är ofta inte uppenbar för användaren och därför bör detta ämne diskuteras med din gasleverantör innan du väljer tätningsmaterial till din regulator. Dessutom bör gaserna vara fria från överdriven fukt. I tillämpningar med hög flödeshastighet kan det uppstå isbildning i regulatorn om fukt förekommer.

Om tryckregulatorn kommer att användas med syre ska du vara medveten om att syre kräver specialkunskaper för säker systemkonstruktion. Syrekompatibla smörjmedel måste specificeras och extra rengöring, för att avlägsna spår av petroleumbaserade skäroljor, specificeras vanligtvis. Se till att du informerar regulatorleverantören om att du planerar att använda regulatorn i en syrgasapplikation.

Koppla inte regulatorerna till en matningskälla med ett maximalt tryck som är högre än regulatorns nominella inloppstryck. Tryckregulatorer är inte avsedda att användas som avstängningsanordningar. När regulatorn inte används ska matningstrycket stängas av.

Installation

STEG 1
Börja med att ansluta tryckkällan till inloppsporten och den reglerade tryckledningen till utloppsporten. Om portarna inte är markerade ska du kontrollera med tillverkaren för att undvika felaktiga anslutningar. I vissa konstruktioner kan skador uppstå på de interna komponenterna om matningstrycket felaktigt matas till utloppsporten.

STEG 2
För att slå på matningstrycket till regulatorn ska du dra tillbaka justeringsknappen för att begränsa flödet genom regulatorn. Slå gradvis på matningstrycket för att inte ”chockera” regulatorn med en plötslig ström av trycksatt vätska. OBS: Undvik att vrida justeringsskruven hela vägen in i regulatorn eftersom, i vissa regulatorkonstruktioner, det fulla matningstrycket kommer att levereras till utloppsporten.

STEG 3
Ställ in tryckregulatorn på önskat utloppstryck. Om regulatorn är icke avlastande är det lättare att justera utloppstrycket om vätskan flödar snarare än om den är ”död” (inget flöde). Om det uppmätta utloppstrycket överstiger det önskade utloppstrycket, ventilera vätskan från regulatorns nedströmssida och sänk utloppstrycket genom att vrida justeringsvredet. Avluftning av vätska får aldrig ske genom att lossa kopplingar, eftersom det kan leda till personskador.

Med en avlastningsregulator kommer övertryck automatiskt att avluftas till atmosfären från regulatorns nedströmssida när vredet vrids för att sänka utgångsinställningen. Av denna anledning får du inte använda regulatorer av avlastande typ med brännbara eller farliga vätskor. Se till att överskottsvätskan ventileras på ett säkert sätt och i enlighet med alla lokala, statliga och federala bestämmelser.

STEG 4
För att uppnå önskat utloppstryck gör du de slutliga justeringarna genom att långsamt öka trycket under den önskade inställningspunkten. Att ställa in trycket från under den önskade inställningen är att föredra framför att ställa in det från över den önskade inställningen. Om du överskrider den inställda punkten när du ställer in tryckregulatorn, minska det inställda trycket till en punkt under den inställda punkten. Öka sedan återigen gradvis trycket till den önskade inställningspunkten.

STEG 5
Växla på och av matningstrycket flera gånger samtidigt som du övervakar utloppstrycket för att bekräfta att regulatorn konsekvent återvänder till inställningspunkten. Dessutom bör utloppstrycket också cyklas på och av för att säkerställa att tryckregulatorn återgår till önskat börvärde. Upprepa tryckinställningssekvensen om utloppstrycket inte återgår till önskad inställning.

Beswick Engineering har specialiserat sig på miniatyrkopplingar för vätskor och pneumatik, snabbkopplingar, ventiler och regulatorer. Vi har ett team av diplomerade applikationsingenjörer som är redo att hjälpa dig med dina frågor. Specialkonstruktioner är tillgängliga på begäran. Skicka in din förfrågan på vår sida Kontakta oss eller klicka på Live Chat-ikonen längst ner till höger på skärmen.