منظم الضغط
منظم الضغط هو صمام يتحكم في ضغط السائل إلى قيمة مرغوبة، باستخدام التغذية الراجعة السلبية من الضغط المتحكم فيه. تُستخدم منظمات الضغط للغازات والسوائل، ويمكن أن تكون جهازًا متكاملًا مع ضبط للضغط ومقيد ومستشعر في جسم واحد، أو تتكون من مستشعر ضغط ووحدة تحكم وصمام تدفق منفصلين.
يوجد نوعان: منظم تخفيض الضغط ومنظم الضغط الخلفي.
منظم تخفيض الضغط هو صمام تحكم يعمل على تقليل ضغط دخول السائل إلى القيمة المطلوبة عند مخرجه. وهو صمام مفتوح بشكل طبيعي ويتم تركيبه في اتجاه مجرى المعدات الحساسة للضغط.
منظم الضغط الخلفي أو صمام الضغط الخلفي أو صمام دعم الضغط أو منظم دعم الضغط هو صمام تحكم يحافظ على الضغط المحدد عند جانب المدخل من خلال الفتح للسماح بالتدفق عندما يتجاوز ضغط المدخل القيمة المحددة. وهو يختلف عن صمام تخفيف الضغط الزائد في أن صمام الضغط الزائد مخصص للفتح فقط عندما يكون الضغط المحتوي مفرطًا، ولا يلزمه الحفاظ على ضغط المنبع ثابتًا. وهي تختلف عن منظمات خفض الضغط في أن منظم خفض الضغط يتحكم في ضغط المصب وغير حساس للضغط المنبع. [2] إنه صمام مغلق عادةً يمكن تركيبه بالتوازي مع المعدات الحساسة أو بعد المعدات الحساسة لتوفير عائق للتدفق وبالتالي الحفاظ على ضغط المنبع.
يستخدم كلا النوعين من المنظمين تغذية راجعة للضغط المنظم كمدخل لآلية التحكم، ويتم تشغيلهما عادةً بواسطة غشاء أو مكبس محمل بنابض يتفاعل مع التغيرات في ضغط التغذية الراجعة للتحكم في فتح الصمام، وفي كلتا الحالتين يجب فتح الصمام بما يكفي فقط للحفاظ على الضغط المنظم المحدد. قد تكون الآلية الفعلية متشابهة جدًا في جميع النواحي باستثناء وضع صنبور ضغط التغذية الراجعة. كما هو الحال في آليات التحكم في التغذية الراجعة الأخرى، فإن مستوى التخميد مهم لتحقيق التوازن بين الاستجابة السريعة للتغير في الضغط المقاس واستقرار الناتج. قد يؤدي التخميد غير الكافي إلى تذبذب الصيد للضغط المتحكم فيه، في حين أن الاحتكاك المفرط للأجزاء المتحركة قد يسبب الهستيريسيس.
منظم تخفيض الضغط
الوظيفة الأساسية لمنظم تخفيض الضغط هي مطابقة تدفق الغاز عبر المنظم مع الطلب على السائل الموضوع عليه، مع الحفاظ على ضغط خرج ثابت بدرجة كافية. إذا انخفض تدفق الحمل، فيجب أن ينخفض تدفق المنظم أيضًا. إذا زاد تدفق الحمل، فيجب أن يزيد تدفق المنظم من أجل منع انخفاض الضغط المتحكم فيه بسبب نقص السائل في نظام الضغط. من المرغوب فيه ألا يختلف الضغط المتحكم فيه كثيرًا عن نقطة الضبط لمجموعة واسعة من معدلات التدفق، ولكن من المرغوب فيه أيضًا أن يكون التدفق عبر المنظم مستقرًا وأن لا يخضع الضغط المنظم للتذبذب المفرط.
يتضمن منظم الضغط عنصر تقييد وعنصر تحميل وعنصر قياس:
العنصر التقييدي هو صمام يمكنه توفير تقييد متغير للتدفق، مثل صمام الكرة، وصمام الفراشة، وصمام القفاز، وما إلى ذلك.
عنصر التحميل هو جزء يمكنه تطبيق القوة المطلوبة على العنصر المقيد. يمكن توفير هذا التحميل بواسطة وزن أو زنبرك أو محرك مكبس أو محرك الحجاب الحاجز بالاشتراك مع زنبرك.
يعمل عنصر القياس على تحديد متى يكون تدفق المدخل مساويًا لتدفق المخرج. غالبًا ما يتم استخدام الحجاب الحاجز نفسه كعنصر قياس؛ ويمكن أن يعمل كعنصر مركب.
في منظم المرحلة الواحدة الموضح في الصورة، يتم استخدام توازن القوة على الحجاب الحاجز للتحكم في صمام القفاز من أجل تنظيم الضغط. في حالة عدم وجود ضغط دخول، يدفع الزنبرك الموجود فوق الحجاب الحاجز الصمام القفاز لأسفل، مما يبقيه مفتوحًا. بمجرد إدخال ضغط الدخول، يسمح الصمام القفاز المفتوح بالتدفق إلى الحجاب الحاجز ويزداد الضغط في الغرفة العلوية، حتى يتم دفع الحجاب الحاجز لأعلى ضد الزنبرك، مما يتسبب في تقليل الصمام القفاز للتدفق، مما يوقف أخيرًا المزيد من زيادة الضغط. من خلال ضبط المسمار العلوي، يمكن زيادة الضغط لأسفل على الحجاب الحاجز، مما يتطلب المزيد من الضغط في الغرفة العلوية للحفاظ على التوازن. بهذه الطريقة، يتم التحكم في ضغط مخرج المنظم.
منظم ضغط أحادي المرحلة
يدخل الغاز عالي الضغط من مصدر الإمداد إلى المنظم عبر منفذ الدخول. وسوف يشير مقياس ضغط الدخول إلى هذا الضغط. ثم يمر الغاز عبر فتحة صمام التحكم في الضغط المفتوحة عادةً ويرتفع الضغط في اتجاه مجرى النهر حتى ينحرف الحجاب الحاجز المحرك للصمام بدرجة كافية لإغلاق الصمام، مما يمنع أي غاز آخر من دخول جانب الضغط المنخفض حتى ينخفض الضغط مرة أخرى. وسوف يشير مقياس ضغط الخروج إلى هذا الضغط.
إن ضغط المخرج على الحجاب الحاجز وضغط المدخل وقوة زنبرك القفاز على الجزء العلوي من الصمام يحافظان على مجموعة الحجاب الحاجز/القفاز في الوضع المغلق ضد قوة زنبرك تحميل الحجاب الحاجز. إذا انخفض ضغط الإمداد، يتم تقليل قوة الإغلاق بسبب ضغط الإمداد، وسيرتفع الضغط السفلي قليلاً للتعويض. وبالتالي، إذا انخفض ضغط الإمداد، سيزداد ضغط المخرج، بشرط أن يظل ضغط المخرج أقل من ضغط الإمداد المنخفض. هذا هو سبب تفريغ نهاية الخزان حيث يتم توفير الإمداد بواسطة خزان غاز مضغوط. [بحاجة لمصدر] يمكن للمشغل التعويض عن هذا التأثير عن طريق ضبط حمل الزنبرك عن طريق تدوير المقبض لاستعادة ضغط المخرج إلى المستوى المطلوب. مع منظم أحادي المرحلة، عندما ينخفض ضغط الإمداد، يتسبب ضغط المدخل المنخفض في ارتفاع ضغط المخرج. إذا لم يتم ضبط ضغط زنبرك تحميل الحجاب الحاجز للتعويض، يمكن أن يظل القفاز مفتوحًا ويسمح للخزان بتفريغ محتوياته المتبقية بسرعة.
منظم ضغط ثنائي المرحلة
منظمات المرحلتين عبارة عن منظمين متسلسلين في نفس الهيكل يعملان على تقليل الضغط تدريجيًا في خطوتين بدلاً من خطوة واحدة. المرحلة الأولى، التي يتم ضبطها مسبقًا، تقلل ضغط غاز الإمداد إلى مرحلة وسيطة؛ يمر الغاز عند هذا الضغط إلى المرحلة الثانية. يخرج الغاز من المرحلة الثانية عند ضغط (ضغط العمل) يحدده المستخدم عن طريق ضبط مقبض التحكم في الضغط عند زنبرك تحميل الحجاب الحاجز. قد تحتوي منظمات المرحلتين على صمامي أمان، بحيث إذا كان هناك أي ضغط زائد بين المرحلتين بسبب تسرب في مقعد صمام المرحلة الأولى، فإن الضغط المتزايد لن يزيد من تحميل الهيكل ويسبب انفجارًا.
قد يحتاج منظم المرحلة الواحدة غير المتوازن إلى تعديل متكرر. ومع انخفاض ضغط الإمداد، قد يتغير ضغط المخرج، مما يستلزم التعديل. في المنظم ذي المرحلتين، هناك تعويض محسّن لأي انخفاض في ضغط الإمداد.
تطبيقات منظم الضغط
ضواغط الهواء
تُستخدم ضواغط الهواء في البيئات الصناعية والتجارية وورش العمل المنزلية لأداء مجموعة متنوعة من الوظائف بما في ذلك نفخ الأشياء وتنظيفها؛ وتشغيل الأدوات التي تعمل بالهواء؛ ونفخ أشياء مثل الإطارات والكرات وما إلى ذلك. غالبًا ما تُستخدم المنظمات لضبط الضغط الخارج من مستقبل الهواء (الخزان) لمطابقة ما هو مطلوب للمهمة. غالبًا، عند استخدام ضاغط كبير واحد لتوفير الهواء المضغوط لاستخدامات متعددة (يشار إليه غالبًا باسم "هواء المتجر" إذا تم بناؤه كتركيب دائم للأنابيب في جميع أنحاء المبنى)، سيتم استخدام منظمات إضافية لضمان حصول كل أداة أو وظيفة منفصلة على الضغط الذي تحتاجه. هذا مهم لأن بعض الأدوات الهوائية، أو استخدامات الهواء المضغوط، تتطلب ضغوطًا قد تسبب تلفًا لأدوات أو مواد أخرى.
الطائرات
توجد منظمات الضغط في التحكم في ضغط مقصورة الطائرة، والتحكم في ضغط غطاء المظلة، وأنظمة المياه الصالحة للشرب، وضغط الموجات الموجهة.
فضاء
تستخدم منظمات الضغط في مجال الطيران في التحكم في ضغط الدفع لأنظمة التحكم في التفاعل (RCS) وأنظمة التحكم في الموقف (ACS)، حيث توجد اهتزازات عالية ودرجات حرارة قصوى وسوائل تآكلية.
اللحام والقطع
تتطلب عمليات اللحام والقطع باستخدام الوقود والأكسجين غازات عند ضغوط محددة، وعادةً ما تُستخدم المنظمات لتقليل الضغوط العالية لأسطوانات التخزين إلى تلك التي يمكن استخدامها في القطع واللحام. عادةً ما تحتوي منظمات الأكسجين وغاز الوقود على مرحلتين: المرحلة الأولى من المنظم تطلق الغاز عند ضغط ثابت من الأسطوانة على الرغم من أن الضغط في الأسطوانة يصبح أقل مع إطلاق الغاز. تتحكم المرحلة الثانية من المنظم في تقليل الضغط من الضغط المتوسط إلى الضغط المنخفض. يمكن تعديل معدل التدفق النهائي عند الشعلة. عادةً ما تحتوي مجموعة المنظم على مقياسين للضغط، أحدهما يشير إلى ضغط الأسطوانة والآخر يشير إلى ضغط التسليم. يستخدم اللحام القوسي المحمي بالغاز الخامل أيضًا الغاز المخزن عند ضغط مرتفع يتم توفيره من خلال منظم. قد يكون هناك مقياس تدفق مُعاير للغاز المحدد.
غاز البروبان/الغاز المسال
تتطلب جميع تطبيقات غاز البروبان والغاز المسال استخدام منظم. ولأن الضغوط في خزانات البروبان يمكن أن تتقلب بشكل كبير مع درجة الحرارة، فيجب أن تكون المنظمات موجودة لتوصيل ضغط ثابت للأجهزة الموجودة في اتجاه مجرى النهر. تعوض هذه المنظمات عادةً عن ضغوط الخزان بين 30-200 رطل لكل بوصة مربعة (2.1-13.8 بار) وتوفر عادةً عمود ماء يبلغ طوله 11 بوصة 0.4 رطل لكل بوصة مربعة (28 ملي بار) للتطبيقات السكنية و35 بوصة من عمود الماء 1.3 رطل لكل بوصة مربعة (90 ملي بار) للتطبيقات الصناعية. تختلف منظمات البروبان في الحجم والشكل وضغط التوصيل والقدرة على التعديل، ولكنها موحدة في غرضها لتوفير ضغط مخرج ثابت لمتطلبات اتجاه مجرى النهر. الإعدادات الدولية الشائعة لمنظمات غاز البترول المسال المنزلية هي 28 ملي بار للبوتان و37 ملي بار للبروبان.
المركبات التي تعمل بالغاز
تتطلب جميع محركات المركبات التي تعمل بالغاز المضغوط كوقود (محرك الاحتراق الداخلي أو مجموعة نقل الحركة الكهربائية لخلايا الوقود) منظم ضغط لتقليل ضغط الغاز المخزن (CNG أو الهيدروجين) من 700، 500، 350 أو 200 بار (أو 70، 50، 35 و 20 ميجا باسكال) إلى ضغط التشغيل.