圧力調整器
圧力レギュレータは、制御された圧力からの負のフィードバックを使用して、流体の圧力を目的の値に制御するバルブです。レギュレータはガスと液体に使用され、圧力設定、リストリクタ、およびセンサーがすべて 1 つの本体に統合された一体型デバイスである場合もあれば、個別の圧力センサー、コントローラ、およびフロー バルブで構成される場合もあります。
減圧レギュレータと背圧レギュレータの 2 種類があります。
減圧レギュレータは、流体の入力圧力を出力で所望の値まで下げる制御バルブです。これは常時開のバルブであり、圧力に敏感な装置の上流に設置されます。
背圧レギュレータ、背圧弁、圧力維持弁、圧力維持レギュレータは、入口圧力が設定値を超えると開いて流れを許可することにより、入口側で設定圧力を維持する制御弁です。過圧弁は封じ込められた圧力が過剰な場合にのみ開くように設計されており、上流圧力を一定に保つ必要がないという点で、過圧リリーフ弁とは異なります。減圧レギュレータは下流圧力を制御し、上流圧力には影響されないという点で、減圧レギュレータとは異なります。[2] これは通常閉じている弁で、敏感な機器と並列に、または敏感な機器の後ろに設置して流れを遮断し、それによって上流圧力を維持できます。
どちらのタイプのレギュレータも、調整圧力のフィードバックを制御機構への入力として使用し、通常はスプリング式のダイヤフラムまたはピストンによって作動し、フィードバック圧力の変化に反応してバルブの開度を制御します。どちらの場合も、バルブは設定された調整圧力を維持するのに十分なだけ開く必要があります。実際の機構は、フィードバック圧力タップの配置を除いて、あらゆる点で非常によく似ています。他のフィードバック制御機構と同様に、測定圧力の変化に対する高速応答と出力の安定性のバランスをとるには、減衰レベルが重要です。減衰が不十分だと、制御圧力のハンチング振動につながる可能性があり、可動部品の過度の摩擦はヒステリシスを引き起こす可能性があります。
減圧レギュレータ
減圧レギュレータの主な機能は、レギュレータを通過するガスの流量を、レギュレータにかかる流体の需要に一致させ、十分に一定の出力圧力を維持することです。負荷流量が減少すると、レギュレータの流量も減少する必要があります。負荷流量が増加すると、圧力システム内の流体不足による制御圧力の低下を防ぐために、レギュレータの流量を増やす必要があります。制御圧力が広範囲の流量に対して設定点から大きく変化しないことが望ましいですが、レギュレータを通過する流量が安定しており、調整圧力が過度に振動しないことが望ましいです。
圧力レギュレータには、制限要素、負荷要素、および測定要素が含まれます。
制限要素は、グローブ バルブ、バタフライ バルブ、ポペット バルブなど、流量を可変的に制限できるバルブです。
荷重要素は、制限要素に必要な力を加えることができる部品です。この荷重は、重り、バネ、ピストン アクチュエータ、またはバネと組み合わせたダイヤフラム アクチュエータによって提供できます。
測定要素は、入口流量が出口流量と等しいかどうかを決定する機能を持ちます。ダイヤフラム自体は測定要素として使用されることが多く、複合要素として使用することもできます。
写真のシングルステージ レギュレータでは、圧力を調節するために、ダイアフラムの力のバランスを使用してポペット バルブを制御します。入口圧力がない場合、ダイアフラムの上のスプリングがポペット バルブを押し下げ、ダイアフラムを開いた状態にします。入口圧力が導入されると、開いたポペットからダイアフラムへの流れが許可され、上部チャンバーの圧力が増加します。ダイアフラムがスプリングに逆らって押し上げられると、ポペットによって流れが減少し、最終的に圧力の上昇が止まります。上部のネジを調整することで、ダイアフラムの下向きの圧力を高めることができ、平衡を維持するために上部チャンバーの圧力をさらに高める必要があります。このようにして、レギュレータの出口圧力が制御されます。
単段圧力調整器
供給源からの高圧ガスは、入口ポートからレギュレータに入ります。入口圧力ゲージがこの圧力を示します。次に、ガスは通常開いている圧力制御バルブオリフィスを通過し、下流圧力が上昇します。バルブ作動ダイヤフラムが十分にたわんでバルブが閉じ、圧力が再び低下するまで、低圧側にガスがそれ以上流入するのを防ぎます。出口圧力ゲージがこの圧力を示します。
ダイヤフラムの出口圧力と、バルブの上流部分の入口圧力およびポペット スプリングの力により、ダイヤフラム/ポペット アセンブリはダイヤフラム ローディング スプリングの力に抗して閉位置に保持されます。供給圧力が低下すると、供給圧力による閉鎖力が減少し、下流圧力がわずかに上昇して補償されます。したがって、供給圧力が低下すると、出口圧力が低下する供給圧力を下回っている限り、出口圧力が増加します。これが、加圧ガス タンクによって供給が提供されるタンク端ダンプの原因です。[要出典] オペレーターは、ノブを回してスプリング ロードを調整し、出口圧力を目的のレベルに戻すことで、この影響を補償できます。シングル ステージ レギュレーターでは、供給圧力が低下すると、入口圧力が低下するため、出口圧力が上昇します。ダイヤフラム ローディング スプリングの圧縮を調整して補償しないと、ポペットが開いたままになり、タンクの残りの内容物が急速に排出される可能性があります。
2段圧力調整器
2 段階レギュレータは、同じハウジング内に直列に接続された 2 つのレギュレータで、1 段階ではなく 2 段階で段階的に圧力を下げるように動作します。事前設定された第 1 段階では、供給ガスの圧力を中間段階まで下げ、その圧力のガスが第 2 段階に入ります。ガスは、ダイヤフラム ローディング スプリングの圧力制御ノブを調整してユーザーが設定した圧力 (作動圧力) で第 2 段階から出てきます。2 段階レギュレータには 2 つの安全弁が付いている場合があり、第 1 段階のバルブ シートの漏れにより段階間に過剰な圧力が発生した場合でも、圧力の上昇によって構造が過負荷になり、爆発が発生することはありません。
不均衡な単段レギュレータは、頻繁に調整が必要になる場合があります。供給圧力が低下すると、出口圧力が変化する可能性があり、調整が必要になります。2 段レギュレータでは、供給圧力の低下に対する補正が改善されています。
圧力レギュレータの用途
空気圧縮機
エアコンプレッサーは、工業、商業、家庭の作業場で、物をきれいに吹き飛ばす、空気駆動ツールを動かす、タイヤやボールなどに空気を入れるなど、さまざまな作業を実行するために使用されます。レギュレーターは、作業に必要な圧力に合わせてエアレシーバー（タンク）から出る圧力を調整するのによく使用されます。1 台の大型コンプレッサーを使用して複数の用途に圧縮空気を供給する場合（建物全体にパイプを恒久的に設置する場合は「ショップエア」と呼ばれることが多い）、各ツールまたは機能に必要な圧力が確実に供給されるように、追加のレギュレーターが使用されます。一部のエアツールまたは圧縮空気の用途では、他のツールや材料に損傷を与える可能性のある圧力が必要になるため、これは重要です。
攻撃機
圧力調整器は、航空機客室の加圧、キャノピーシールの圧力制御、飲料水システム、導波管の加圧などに使用されます。
航空宇宙
航空宇宙用圧力レギュレータは、高振動、高温、腐食性流体が存在する反応制御システム (RCS) および姿勢制御システム (ACS) の推進圧力制御に使用されます。
溶接と切断
酸素燃料溶接および切断プロセスでは、特定の圧力のガスが必要であり、レギュレーターは通常、貯蔵シリンダーの高圧を切断および溶接に使用できる圧力まで下げるために使用されます。酸素および燃料ガスレギュレーターには通常、2 つの段階があります。レギュレーターの第 1 段階では、ガスが放出されるとシリンダー内の圧力が低くなるにもかかわらず、シリンダーから一定の圧力でガスが放出されます。レギュレーターの第 2 段階では、中圧から低圧への圧力低下を制御します。最終的な流量はトーチで調整できます。レギュレーター アセンブリには通常、2 つの圧力ゲージがあり、1 つはシリンダー圧力を示し、もう 1 つは供給圧力を示します。不活性ガス シールド アーク溶接でも、レギュレーターを通じて供給される高圧で貯蔵されたガスが使用されます。特定のガスに合わせて調整されたフロー ゲージがある場合があります。
プロパンガス/LPガス
すべてのプロパンおよび LP ガスの用途では、レギュレーターを使用する必要があります。プロパン タンク内の圧力は温度によって大きく変動するため、下流の機器に安定した圧力を供給するためにレギュレーターが必要です。これらのレギュレーターは通常、タンクの圧力を 30～200 ポンド/平方インチ (2.1～13.8 bar) の間で補正し、住宅用途では 11 インチ水柱 0.4 ポンド/平方インチ (28 mbar)、産業用途では 35 インチ水柱 1.3 ポンド/平方インチ (90 mbar) を供給します。プロパン レギュレーターはサイズや形状、供給圧力、調整機能が異なりますが、下流の要件に応じて一定の出口圧力を供給するという目的は共通しています。国内の LP ガス レギュレーターの一般的な国際設定は、ブタンの場合は 28 mbar、プロパンの場合は 37 mbar です。
ガソリン車
圧縮ガスを燃料として稼働するすべての車両モーター (内燃エンジンまたは燃料電池電気パワートレイン) には、貯蔵ガス (CNG または水素) の圧力を 700、500、350、または 200 bar (または 70、50、35、20 MPa) から動作圧力まで下げるための圧力レギュレーターが必要です。