Regulator ciśnienia
Regulator ciśnienia to zawór, który kontroluje ciśnienie cieczy do pożądanej wartości, wykorzystując ujemne sprzężenie zwrotne z kontrolowanego ciśnienia. Regulatory są stosowane do gazów i cieczy i mogą być integralnym urządzeniem z ustawieniem ciśnienia, ogranicznikiem i czujnikiem w jednym korpusie lub składać się z oddzielnego czujnika ciśnienia, regulatora i zaworu przepływu.
Istnieją dwa rodzaje regulatorów: regulator redukcji ciśnienia i regulator ciśnienia zwrotnego.
Regulator redukujący ciśnienie to zawór sterujący, który zmniejsza ciśnienie wejściowe cieczy do pożądanej wartości na jej wyjściu. Jest to zawór normalnie otwarty i jest instalowany przed urządzeniami wrażliwymi na ciśnienie.
Regulator ciśnienia wstecznego, zawór ciśnienia wstecznego, zawór podtrzymujący ciśnienie lub regulator podtrzymujący ciśnienie to zawór sterujący, który utrzymuje zadane ciśnienie po stronie wlotowej poprzez otwieranie się, aby umożliwić przepływ, gdy ciśnienie wlotowe przekroczy zadaną wartość. Różni się od zaworu bezpieczeństwa nadciśnieniowego tym, że zawór nadciśnieniowy jest przeznaczony do otwierania się tylko wtedy, gdy ciśnienie w nim zawarte jest nadmierne i nie jest wymagane, aby utrzymywać stałe ciśnienie w górę. Różnią się od regulatorów redukujących ciśnienie tym, że regulator redukujący ciśnienie kontroluje ciśnienie w dół i jest niewrażliwy na ciśnienie w górę.[2] Jest to zawór normalnie zamknięty, który może być zainstalowany równolegle z wrażliwym sprzętem lub za wrażliwym sprzętem, aby zapewnić przeszkodę dla przepływu i tym samym utrzymać ciśnienie w górę.
Oba typy regulatorów wykorzystują sprzężenie zwrotne regulowanego ciśnienia jako dane wejściowe do mechanizmu sterowania i są powszechnie uruchamiane przez sprężynową membranę lub tłok reagujący na zmiany ciśnienia sprzężenia zwrotnego w celu sterowania otwarciem zaworu, a w obu przypadkach zawór powinien być otwarty tylko na tyle, aby utrzymać ustawione regulowane ciśnienie. Rzeczywisty mechanizm może być bardzo podobny pod każdym względem, z wyjątkiem umieszczenia zaworu ciśnienia sprzężenia zwrotnego. Podobnie jak w innych mechanizmach sterowania sprzężeniem zwrotnym, poziom tłumienia jest ważny, aby osiągnąć równowagę między szybką reakcją na zmianę mierzonego ciśnienia a stabilnością wyjścia. Niewystarczające tłumienie może prowadzić do wahań ciśnienia kontrolowanego, podczas gdy nadmierne tarcie ruchomych części może powodować histerezę.
Reduktor ciśnienia
Podstawową funkcją regulatora redukującego ciśnienie jest dopasowanie przepływu gazu przez regulator do zapotrzebowania na płyn, przy jednoczesnym utrzymaniu wystarczająco stałego ciśnienia wyjściowego. Jeśli przepływ obciążenia zmniejsza się, przepływ regulatora również musi się zmniejszyć. Jeśli przepływ obciążenia wzrasta, przepływ regulatora musi się zwiększyć, aby zapobiec zmniejszeniu kontrolowanego ciśnienia z powodu niedoboru płynu w układzie ciśnieniowym. Pożądane jest, aby kontrolowane ciśnienie nie różniło się znacznie od punktu nastawy dla szerokiego zakresu przepływów, ale pożądane jest również, aby przepływ przez regulator był stabilny, a regulowane ciśnienie nie podlegało nadmiernym oscylacjom.
Regulator ciśnienia zawiera element ograniczający, element obciążający i element pomiarowy:
Elementem ograniczającym jest zawór, który może zapewnić zmienne ograniczenie przepływu, taki jak zawór kulowy, zawór motylkowy, zawór grzybkowy itp.
Element obciążający to część, która może przyłożyć potrzebną siłę do elementu ograniczającego. To obciążenie może być zapewnione przez ciężarek, sprężynę, siłownik tłokowy lub siłownik membranowy w połączeniu ze sprężyną.
Element pomiarowy służy do określania, kiedy przepływ wlotowy jest równy przepływowi wylotowemu. Sama membrana jest często używana jako element pomiarowy; może służyć jako element łączony.
W przedstawionym na zdjęciu regulatorze jednostopniowym, siła równowagi jest używana na membranie do sterowania zaworem grzybkowym w celu regulacji ciśnienia. Bez ciśnienia wlotowego sprężyna nad membraną naciska ją w dół na zawór grzybkowy, utrzymując go otwartym. Po wprowadzeniu ciśnienia wlotowego otwarty grzybek pozwala na przepływ do membrany, a ciśnienie w górnej komorze wzrasta, aż membrana zostanie wypchnięta w górę wbrew sprężynie, powodując zmniejszenie przepływu przez grzybek, ostatecznie zatrzymując dalszy wzrost ciśnienia. Poprzez regulację górnej śruby można zwiększyć ciśnienie skierowane w dół na membranę, co wymaga większego ciśnienia w górnej komorze w celu utrzymania równowagi. W ten sposób kontrolowane jest ciśnienie wylotowe regulatora.
Regulator ciśnienia jednostopniowy
Gaz pod wysokim ciśnieniem z zasilania wchodzi do regulatora przez port wlotowy. Manometr ciśnienia wlotowego wskaże to ciśnienie. Następnie gaz przechodzi przez normalnie otwarty otwór zaworu regulacji ciśnienia, a ciśnienie w dół wzrasta, aż do momentu, gdy membrana uruchamiająca zawór zostanie wystarczająco odchylona, aby zamknąć zawór, zapobiegając przedostawaniu się większej ilości gazu do strony niskiego ciśnienia, aż do ponownego spadku ciśnienia. Manometr ciśnienia wylotowego wskaże to ciśnienie.
Ciśnienie wylotowe na membranie oraz ciśnienie wlotowe i siła sprężyny grzybka na górnej części zaworu utrzymują zespół membrany/grzybka w pozycji zamkniętej wbrew sile sprężyny obciążającej membranę. Jeśli ciśnienie zasilania spada, siła zamykania spowodowana ciśnieniem zasilania jest zmniejszana, a ciśnienie w dół nieznacznie wzrasta, aby to zrekompensować. Tak więc, jeśli ciśnienie zasilania spada, ciśnienie wylotowe wzrasta, pod warunkiem, że ciśnienie wylotowe pozostaje poniżej spadającego ciśnienia zasilania. Jest to przyczyna zrzutu na końcu zbiornika, gdzie zasilanie jest dostarczane przez sprężony zbiornik gazu. [potrzebne źródło] Operator może zrekompensować ten efekt, regulując obciążenie sprężyny, obracając pokrętło, aby przywrócić ciśnienie wylotowe do pożądanego poziomu. W przypadku regulatora jednostopniowego, gdy ciśnienie zasilania jest niskie, niższe ciśnienie wlotowe powoduje wzrost ciśnienia wylotowego. Jeśli ściskanie sprężyny obciążającej membranę nie jest regulowane w celu zrekompensowania, grzybek może pozostać otwarty i umożliwić zbiornikowi szybkie opróżnienie pozostałej zawartości.
Regulator ciśnienia dwustopniowy
Regulatory dwustopniowe to dwa regulatory szeregowo umieszczone w tej samej obudowie, które działają w celu stopniowej redukcji ciśnienia w dwóch krokach zamiast jednego. Pierwszy etap, który jest wstępnie ustawiony, redukuje ciśnienie gazu zasilającego do etapu pośredniego; gaz pod tym ciśnieniem przechodzi do drugiego etapu. Gaz wydostaje się z drugiego etapu pod ciśnieniem (ciśnieniem roboczym) ustawionym przez użytkownika poprzez regulację pokrętła regulacji ciśnienia przy sprężynie obciążającej membranę. Regulatory dwustopniowe mogą mieć dwa zawory bezpieczeństwa, tak aby w przypadku wystąpienia nadmiernego ciśnienia między etapami z powodu nieszczelności w gnieździe zaworu pierwszego etapu, rosnące ciśnienie nie przeciążyło konstrukcji i nie spowodowało wybuchu.
Niezrównoważony regulator jednostopniowy może wymagać częstej regulacji. Wraz ze spadkiem ciśnienia zasilania, ciśnienie wylotowe może się zmieniać, co wymaga regulacji. W regulatorze dwustopniowym istnieje lepsza kompensacja każdego spadku ciśnienia zasilania.
Zastosowania regulatorów ciśnienia
Sprężarki powietrza
Sprężarki powietrza są używane w środowiskach przemysłowych, komercyjnych i domowych warsztatach do wykonywania różnych prac, w tym czyszczenia, obsługi narzędzi pneumatycznych i pompowania takich rzeczy jak opony, piłki itp. Regulatory są często używane do regulacji ciśnienia wychodzącego z odbiornika powietrza (zbiornika) w celu dopasowania go do tego, co jest potrzebne do wykonania zadania. Często, gdy jeden duży kompresor jest używany do dostarczania sprężonego powietrza do wielu zastosowań (często określanego jako „powietrze warsztatowe”, jeśli jest zbudowany jako stała instalacja rur w całym budynku), stosuje się dodatkowe regulatory, aby zapewnić, że każde oddzielne narzędzie lub funkcja otrzymuje potrzebne ciśnienie. Jest to ważne, ponieważ niektóre narzędzia pneumatyczne lub zastosowania sprężonego powietrza wymagają ciśnienia, które może spowodować uszkodzenie innych narzędzi lub materiałów.
Samoloty
Regulatory ciśnienia znajdują zastosowanie w systemach zwiększania ciśnienia w kabinach samolotów, w regulacji ciśnienia w uszczelnieniach osłon kabiny samolotu, w systemach wody pitnej oraz w systemach zwiększania ciśnienia w falowodach.
Lotnictwo
Regulatory ciśnienia w lotnictwie znajdują zastosowanie w sterowaniu ciśnieniem czynnika napędowego w układach sterowania reakcją (RCS) i układach sterowania położeniem (ACS), w których występują duże wibracje, duże ekstremalne temperatury i żrące płyny.
Spawanie i cięcie
Procesy spawania i cięcia tlenowo-paliwowego wymagają gazów o określonym ciśnieniu, a regulatory będą zazwyczaj używane do redukcji wysokiego ciśnienia butli magazynowych do ciśnienia, które można wykorzystać do cięcia i spawania. Regulatory tlenu i gazu paliwowego zazwyczaj mają dwa etapy: Pierwszy etap regulatora uwalnia gaz pod stałym ciśnieniem z butli, pomimo że ciśnienie w butli maleje w miarę uwalniania gazu. Drugi etap regulatora kontroluje redukcję ciśnienia z ciśnienia pośredniego do niskiego. Końcową szybkość przepływu można regulować przy palniku. Zespół regulatora zwykle ma dwa manometry, jeden wskazujący ciśnienie w butli, a drugi wskazujący ciśnienie dostawy. Spawanie łukiem elektrycznym w osłonie gazu obojętnego również wykorzystuje gaz magazynowany pod wysokim ciśnieniem dostarczany przez regulator. Może być manometr przepływu skalibrowany do określonego gazu.
Propan/gaz LPG
Wszystkie zastosowania propanu i gazu LP wymagają użycia regulatora. Ponieważ ciśnienie w zbiornikach propanu może znacznie wahać się wraz z temperaturą, muszą być obecne regulatory, aby dostarczać stałe ciśnienie do urządzeń znajdujących się dalej. Te regulatory zwykle kompensują ciśnienie w zbiornikach w zakresie od 30 do 200 funtów na cal kwadratowy (2.1–13.8 bar) i zwykle dostarczają 11 cali słupa wody 0.4 funta na cal kwadratowy (28 mbar) do zastosowań domowych i 35 cali słupa wody 1.3 funta na cal kwadratowy (90 mbar) do zastosowań przemysłowych. Regulatory propanu różnią się rozmiarem i kształtem, ciśnieniem tłoczenia i możliwością regulacji, ale są jednakowe w swoim celu dostarczania stałego ciśnienia wylotowego dla wymagań dotyczących dalszego przepływu. Typowe międzynarodowe ustawienia krajowych regulatorów gazu LP to 28 mbar dla butanu i 37 mbar dla propanu.
Pojazdy zasilane gazem
Wszystkie silniki pojazdów, które wykorzystują jako paliwo sprężony gaz (silnik spalinowy lub elektryczny układ napędowy zasilany ogniwami paliwowymi), wymagają regulatora ciśnienia w celu zmniejszenia ciśnienia zmagazynowanego gazu (CNG lub wodoru) z 700, 500, 350 lub 200 barów (lub 70, 50, 35 i 20 MPa) do ciśnienia roboczego.