Basisprincipes van drukregelaars
Drukregelaars worden in veel algemene huishoudelijke en industriële toepassingen gebruikt. Drukregelaars worden bijvoorbeeld gebruikt in gasgrills om propaan te regelen, in verwarmingsketels voor thuis om aardgas 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 deze gedeeltelijke lijst aantoont, zijn er talloze toepassingen voor regelaars, maar in elk van hen heeft de drukregelaar dezelfde functie. Drukregelaars verlagen een toevoer- (of inlaat-) druk tot een lagere uitlaatdruk en werken om deze uitlaatdruk te handhaven ondanks schommelingen in de inlaatdruk. De verlaging van de inlaatdruk tot een lagere uitlaatdruk is het belangrijkste kenmerk van drukregelaars.
Bij het kiezen van een drukregelaar moeten veel factoren in overweging worden genomen. Belangrijke overwegingen zijn: werkdrukbereiken voor de inlaat en uitlaat, stroomvereisten, de vloeistof (is het een gas, een vloeistof, giftig of ontvlambaar?), verwacht werktemperatuurbereik, materiaalselectie voor de regelaarcomponenten inclusief afdichtingen, evenals beperkingen qua grootte en gewicht.
Materialen gebruikt in drukregelaars
Er is een breed scala aan materialen beschikbaar om verschillende vloeistoffen en werkomgevingen te verwerken. Veelvoorkomende materialen voor regelaarcomponenten zijn messing, kunststof en aluminium. Verschillende soorten roestvrij staal (zoals 303, 304 en 316) zijn ook beschikbaar. 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 doorgaans economisch. Aluminium wordt vaak gespecificeerd wanneer gewicht een overweging is. Kunststof wordt overwogen wanneer lage kosten van primair belang zijn of een wegwerpartikel vereist is. Roestvrij staal wordt vaak gekozen voor gebruik met corrosieve vloeistoffen, gebruik in corrosieve omgevingen, wanneer de reinheid 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: Fluorocarbon, EPDM, Silicone en Perfluoroelastomer.
Gebruikte vloeistof (gas, vloeistof, giftig of ontvlambaar)
De chemische eigenschappen van de vloeistof moeten worden overwogen voordat u de beste materialen voor uw toepassing bepaalt. Elke vloeistof heeft zijn eigen unieke kenmerken, dus moet u voorzichtig zijn bij het selecteren van de juiste body- en afdichtingsmaterialen die in contact komen met de vloeistof. De onderdelen van de regelaar die in contact komen met de vloeistof, staan bekend als de "natte" componenten.
Het is ook belangrijk om te bepalen of de vloeistof ontvlambaar, giftig, explosief of gevaarlijk van aard is. Een niet-ontlastende regelaar heeft de voorkeur voor gebruik met gevaarlijke, explosieve of dure gassen omdat het ontwerp geen overmatige stroomafwaartse druk in de atmosfeer afvoert. In tegenstelling tot een niet-ontlastende regelaar is een ontlastende (ook bekend als zelfontlastende) regelaar ontworpen om overtollige stroomafwaartse druk naar de atmosfeer af te voeren. Meestal is er een ontluchtingsgat in de zijkant van het regelaarlichaam voor dit doel. In sommige speciale ontwerpen kan de ontluchtingspoort worden geschroefd en kan eventuele overtollige druk via een slang uit het regelaarlichaam worden afgevoerd en in een veilige omgeving worden afgevoerd. Als dit type ontwerp wordt geselecteerd, moet de overtollige vloeistof op de juiste manier en in overeenstemming met alle veiligheidsvoorschriften worden afgevoerd.
Temperatuur
De materialen die voor de drukregelaar worden geselecteerd, moeten niet alleen compatibel zijn met de vloeistof, maar moeten ook goed kunnen functioneren bij de verwachte bedrijfstemperatuur. De belangrijkste zorg is of het gekozen elastomeer goed zal functioneren binnen het verwachte temperatuurbereik. Bovendien kan de bedrijfstemperatuur de stroomcapaciteit en/of de veerconstante beïnvloeden bij extreme toepassingen.
Bedrijfsdruk
De inlaat- en uitlaatdrukken zijn belangrijke factoren om te overwegen voordat u de beste regelaar kiest. Belangrijke vragen om te beantwoorden zijn: Wat is het bereik van de fluctuatie in de inlaatdruk? Wat is de vereiste uitlaatdruk? Wat is de toegestane variatie in uitlaatdruk?
Stroomvereisten
Wat is de maximale stroomsnelheid die de toepassing vereist? Hoeveel varieert de stroomsnelheid? Portingvereisten zijn ook een belangrijke overweging.
Grootte en gewicht
In veel hightechtoepassingen is de ruimte beperkt en is gewicht een factor. Sommige fabrikanten zijn gespecialiseerd in miniatuurcomponenten en moeten worden geraadpleegd als de totale grootte en het gewicht van cruciaal belang zijn. De materiaalkeuze, met name de componenten van de regelaarbehuizing, heeft invloed op het gewicht. Denk ook goed na over de poort- (schroefdraad-)afmetingen, afstelstijlen en montageopties, aangezien deze van invloed zijn op de grootte en het gewicht.
Drukregelaars in werking
Een drukregelaar bestaat uit drie functionele elementen
* Een drukverlagend of beperkend element. Vaak is dit een veerbelaste poppetklep.
* Een sensorelement. Meestal een membraan of zuiger.
*Een referentiekrachtelement. Meestal een veer.
Tijdens de werking opent de referentiekracht die door de veer wordt gegenereerd de klep. Het openen van de klep oefent druk uit 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 krachtbalansopstelling.
(1) Drukverminderingselement (schotelventiel)
Meestal gebruiken regelaars een veerbelaste "poppet"-klep als restrictief element. De poppet omvat een elastomeerafdichting 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 weg beweegt, kan vloeistof van de inlaat van de regelaar naar de uitlaat stromen. Naarmate de uitlaatdruk stijgt, weerstaat de kracht die wordt gegenereerd door het sensorelement 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 poppet weg van de klepzitting en kan er extra vloeistof van de inlaat naar de uitlaat stromen totdat het krachtenevenwicht is hersteld.
(2) Sensorelement (zuiger of membraan)
Piston-stijl ontwerpen worden vaak gebruikt wanneer hogere uitlaatdrukken vereist zijn, wanneer robuustheid een zorg is of wanneer de uitlaatdruk niet aan een strakke tolerantie hoeft te worden gehouden. Piston-ontwerpen zijn over het algemeen traag, vergeleken met diafragma-ontwerpen, vanwege de wrijving tussen de zuigerafdichting en het regelaarlichaam.
Bij toepassingen met lage druk of wanneer een hoge nauwkeurigheid vereist is, heeft het diafragma de voorkeur. Diafragmaregelaars gebruiken een dun schijfvormig element dat wordt gebruikt om drukveranderingen te detecteren. Ze zijn meestal gemaakt van een elastomeer, maar in speciale toepassingen wordt dun geconvoluteerd metaal gebruikt. Diafragma's elimineren in wezen de wrijving die inherent is aan ontwerpen met zuigerstijlen. Bovendien is het voor een bepaalde regelaargrootte vaak mogelijk om een groter detectiegebied te bieden met een diafragmaontwerp dan haalbaar zou zijn als een ontwerp met zuigerstijl zou worden gebruikt.
(3) Het referentiekrachtelement (veer)
Het referentiekrachtelement is meestal een mechanische veer. Deze veer oefent een kracht uit op het sensorelement en zorgt ervoor dat de klep opengaat. De meeste regelaars zijn ontworpen met een aanpassing waarmee de gebruiker het uitlaatdruksetpoint kan aanpassen door de kracht te veranderen die wordt uitgeoefend door de referentieveer.
Regelaar nauwkeurigheid en capaciteit
De nauwkeurigheid van een drukregelaar wordt bepaald door de uitlaatdruk versus de stroomsnelheid in kaart te brengen. De resulterende grafiek toont de daling van de uitlaatdruk naarmate de stroomsnelheid toeneemt. Dit fenomeen staat bekend als droop. De nauwkeurigheid van de drukregelaar wordt gedefinieerd als hoeveel droop het apparaat vertoont over een bereik van stromen; minder droop is gelijk aan grotere nauwkeurigheid. De druk versus stroomcurven in de grafiek "Direct Acting Pressure Regulator Operating Map", geven de bruikbare regelcapaciteit van de regelaar aan. Bij het selecteren van een regelaar moeten ingenieurs druk versus stroomcurven onderzoeken om ervoor te zorgen dat de regelaar kan voldoen aan de prestatievereisten 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, naarmate de stroming toeneemt. Droop kan ook worden veroorzaakt door significante veranderingen in de inlaatdruk (van de waarde toen de regelaaruitgang werd ingesteld). Naarmate de inlaatdruk stijgt vanaf de oorspronkelijke instelling, daalt de uitlaatdruk. Omgekeerd, naarmate 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 weergeeft.
Opening grootte
Door de klepopening te vergroten, kan de stroomcapaciteit van de regelaar toenemen. Dit kan voordelig zijn als uw ontwerp een grotere regelaar kan accommoderen, maar wees voorzichtig dat u niet te veel specificeert. 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 daling veroorzaken.
Vergrendel druk
De “vergrendelingsdruk” is de druk boven het instelpunt die nodig is om de regelklep volledig af te sluiten en ervoor te zorgen dat er geen stroming is.
hysteresis
Hysterese kan optreden in mechanische systemen, zoals drukregelaars, door wrijvingskrachten veroorzaakt door veren en afdichtingen. Kijk eens naar de grafiek en u zult opmerken dat voor een gegeven stroomsnelheid de uitlaatdruk hoger zal zijn bij afnemende stroom dan bij toenemende stroom.
Enkeltrapsregelaar
Enkeltrapsregelaars zijn een uitstekende keuze voor relatief kleine drukverlagingen. Bijvoorbeeld, de luchtcompressoren die in de meeste fabrieken worden gebruikt, genereren maximale drukken in het bereik van 100 tot 150 psi. Deze druk wordt door de fabriek geleid, maar wordt vaak verlaagd met een enkeltrapsregelaar om de druk te verlagen (10 psi, 50 psi, 80 psi etc.) om geautomatiseerde machines, testbanken, gereedschapsmachines, lektestapparatuur, lineaire actuatoren en andere apparaten te bedienen. Enkeltrapsdrukregelaars presteren doorgaans niet goed bij grote schommelingen in inlaatdruk en/of stroomsnelheden.
Twee-traps (Dual Stage) regelaar
Een tweetraps drukregelaar is ideaal voor toepassingen met grote variaties in de stroomsnelheid, aanzienlijke schommelingen in de inlaatdruk of een dalende inlaatdruk, zoals het geval is bij gas dat uit een kleine opslagtank of gascilinder wordt geleverd.
Bij de meeste enkeltrapsregelaars, 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, veranderen door de grote daling van de druk, vanaf het moment dat de uitlaatdruk aanvankelijk werd ingesteld. Bij een tweetrapsontwerp zal de tweede trap niet worden onderworpen aan deze grote veranderingen in de inlaatdruk, alleen de lichte verandering van de uitlaat van de eerste trap. Deze opstelling resulteert in een stabiele uitlaatdruk van de tweede trap, ondanks de aanzienlijke veranderingen in de druk die aan de eerste trap wordt geleverd.
Drie-trapsregelaar
Een drietrapsregelaar biedt een stabiele uitlaatdruk die vergelijkbaar is met een tweetrapsregelaar, maar met de extra mogelijkheid om een aanzienlijk hogere maximale inlaatdruk aan te kunnen. De drietrapsregelaar van de Beswick PRD4HP-serie is bijvoorbeeld geschikt voor een inlaatdruk van wel 3,000 psi en biedt een stabiele uitlaatdruk (in het bereik van 0 tot 30 psi) ondanks veranderingen in de toevoerdruk. Een kleine en lichtgewicht drukregelaar die een stabiele lage uitgangsdruk kan handhaven ondanks een inlaatdruk die na verloop van tijd afneemt door een hoge druk, is een cruciaal onderdeel in veel ontwerpen. Voorbeelden hiervan zijn draagbare analytische instrumenten, waterstofbrandstofcellen, UAV's en medische apparaten die worden aangestuurd door gas onder hoge druk dat wordt aangevoerd vanuit een gaspatroon of opslagcilinder.
Nu u de regelaar hebt gekozen die het beste bij uw toepassing past, is het belangrijk dat de regelaar op de juiste manier wordt geïnstalleerd en afgesteld om ervoor te zorgen dat deze naar behoren functioneert.
De meeste fabrikanten raden aan om een filter stroomopwaarts van de regelaar te installeren (sommige regelaars hebben een ingebouwd filter) om te voorkomen dat vuil en deeltjes de klepzitting verontreinigen. Het gebruik van een regelaar zonder filter kan leiden tot 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 klepcomponenten 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 productieproces 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 regelaar selecteert. Bovendien moeten gassen vrij zijn van overmatig vocht. Bij toepassingen met een hoge stroomsnelheid kan ijsvorming op de regelaar optreden als er vocht aanwezig is.
Als de drukregelaar met zuurstof wordt gebruikt, wees u er dan van bewust dat die zuurstof gespecialiseerde kennis vereist voor een veilig systeemontwerp. Zuurstofcompatibele smeermiddelen moeten worden gespecificeerd en extra reiniging, om sporen van snijoliën op basis van petroleum te verwijderen, wordt doorgaans gespecificeerd. Zorg ervoor dat u uw regelaarleverancier informeert dat u van plan bent de regelaar te gebruiken in een zuurstoftoepassing.
Sluit regelaars niet aan op een toevoerbron met een maximale druk die groter is dan de nominale inlaatdruk van de regelaar. Drukregelaars zijn niet bedoeld om te worden gebruikt als afsluitapparaten. Wanneer de regelaar niet in gebruik is, moet de toevoerdruk worden uitgeschakeld.
Montage
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, controleer dan bij de fabrikant om onjuiste aansluitingen te voorkomen. Bij sommige ontwerpen kan schade aan de interne componenten optreden als de toevoerdruk per ongeluk aan de uitlaatpoort wordt geleverd.
STAP 2
Voordat u de toevoerdruk naar de regelaar inschakelt, draait u de regelknop terug om de stroming door de regelaar te beperken. Schakel de toevoerdruk geleidelijk in om de regelaar niet te "schokken" met een plotselinge stroom vloeistof onder druk. OPMERKING: Draai de stelschroef niet helemaal in de regelaar, omdat bij sommige regelaarontwerpen de volledige toevoerdruk naar de uitlaatpoort wordt geleverd.
STAP 3
Stel de drukregelaar in op de gewenste uitlaatdruk. Als de regelaar niet-ontlastend is, is het gemakkelijker om de uitlaatdruk aan te passen als er vloeistof stroomt in plaats van "doodlopend" (geen stroming). Als de gemeten uitlaatdruk de gewenste uitlaatdruk overschrijdt, laat u de vloeistof ontsnappen aan de stroomafwaartse zijde van de regelaar en verlaagt u de uitlaatdruk door aan de instelknop te draaien. Laat nooit vloeistof ontsnappen door fittingen los te draaien, omdat dit tot letsel kan leiden.
Met een ontlastingsregelaar wordt overtollige druk automatisch afgevoerd naar de atmosfeer vanaf de stroomafwaartse zijde van de regelaar wanneer de knop wordt gedraaid om de uitvoerinstelling te verlagen. Gebruik daarom geen ontlastingsregelaars met ontvlambare of gevaarlijke vloeistoffen. Zorg ervoor dat de overtollige vloeistof veilig wordt afgevoerd en in overeenstemming met alle lokale, staats- en federale voorschriften.
STAP 4
Om de gewenste uitlaatdruk te verkrijgen, voert u de laatste aanpassingen uit door de druk langzaam te verhogen vanaf onder het gewenste instelpunt. Het instellen van de druk vanaf onder de gewenste instelling heeft de voorkeur boven het instellen vanaf boven de gewenste instelling. Als u het instelpunt overschrijdt terwijl u de drukregelaar instelt, verlaagt u de ingestelde druk tot een punt onder het instelpunt. Verhoog vervolgens de druk geleidelijk tot het gewenste instelpunt.
STAP 5
Schakel de toevoerdruk meerdere keren in en uit terwijl u de uitlaatdruk controleert om te bevestigen dat de regelaar consistent terugkeert naar het instelpunt. Daarnaast moet de uitlaatdruk ook in en uit worden geschakeld om ervoor te zorgen dat de drukregelaar terugkeert naar het gewenste instelpunt. Herhaal de drukinstellingssequentie als de uitlaatdruk niet terugkeert naar de gewenste instelling.
Jewellok is gespecialiseerd in miniatuur vloeistof- en pneumatische fittingen, snelkoppelingen, kleppen en regelaars. We hebben een team van gediplomeerde Application Engineers die klaar staan om u te helpen met uw vragen. Aangepaste ontwerpen zijn op aanvraag beschikbaar.