Cơ bản về bộ điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất được tìm thấy trong nhiều ứng dụng phổ biến trong gia đình và công nghiệp. Ví dụ, bộ điều chỉnh áp suất được sử dụng trong lò nướng gas để điều chỉnh propan, trong lò sưởi gia đình để điều chỉnh khí tự nhiên, trong thiết bị y tế và nha khoa để điều chỉnh khí oxy và gây mê, trong hệ thống tự động hóa khí nén để điều chỉnh khí nén, trong động cơ để điều chỉnh nhiên liệu và trong pin nhiên liệu để điều chỉnh hydro. Như danh sách một phần này chứng minh, có rất nhiều ứng dụng cho bộ điều chỉnh nhưng trong mỗi ứng dụng, bộ điều chỉnh áp suất đều cung cấp cùng một chức năng. Bộ điều chỉnh áp suất giảm áp suất cung cấp (hoặc đầu vào) xuống áp suất đầu ra thấp hơn và hoạt động để duy trì áp suất đầu ra này bất chấp sự dao động của áp suất đầu vào. Giảm áp suất đầu vào xuống áp suất đầu ra thấp hơn là đặc điểm chính của bộ điều chỉnh áp suất.
Khi lựa chọn bộ điều chỉnh áp suất, cần cân nhắc nhiều yếu tố. Những cân nhắc quan trọng bao gồm: phạm vi áp suất vận hành cho đầu vào và đầu ra, yêu cầu về lưu lượng, chất lỏng (là khí, chất lỏng, chất độc hay chất dễ cháy?), phạm vi nhiệt độ vận hành dự kiến, lựa chọn vật liệu cho các thành phần của bộ điều chỉnh bao gồm phớt, cũng như các hạn chế về kích thước và trọng lượng.
Vật liệu sử dụng trong bộ điều chỉnh áp suất
Có nhiều loại vật liệu có thể xử lý nhiều loại chất lỏng và môi trường hoạt động khác nhau. Các vật liệu thành phần bộ điều chỉnh phổ biến bao gồm đồng thau, nhựa và nhôm. Nhiều loại thép không gỉ (như 303, 304 và 316) cũng có sẵn. Lò xo được sử dụng bên trong bộ điều chỉnh thường được làm bằng dây nhạc (thép cacbon) hoặc thép không gỉ.
Đồng thau phù hợp với hầu hết các ứng dụng phổ biến và thường tiết kiệm. Nhôm thường được chỉ định khi cân nhắc đến trọng lượng. Nhựa được xem xét khi chi phí thấp là mối quan tâm chính hoặc cần một mặt hàng dùng một lần. Thép không gỉ thường được chọn để sử dụng với chất lỏng ăn mòn, sử dụng trong môi trường ăn mòn, khi cân nhắc đến độ sạch của chất lỏng hoặc khi nhiệt độ hoạt động sẽ cao.
Điều quan trọng không kém là khả năng tương thích của vật liệu làm kín với chất lỏng và với phạm vi nhiệt độ hoạt động. Buna-n là vật liệu làm kín thông thường. Một số nhà sản xuất cung cấp các loại phớt tùy chọn bao gồm: Fluorocarbon, EPDM, Silicone và Perfluoroelastomer.
Chất lỏng được sử dụng (khí, chất lỏng, chất độc hoặc chất dễ cháy)
Các tính chất hóa học của chất lỏng cần được xem xét trước khi xác định vật liệu tốt nhất cho ứng dụng của bạn. Mỗi chất lỏng sẽ có các đặc điểm riêng biệt nên cần phải cẩn thận khi lựa chọn vật liệu thân và phớt phù hợp sẽ tiếp xúc với chất lỏng. Các bộ phận của bộ điều chỉnh tiếp xúc với chất lỏng được gọi là các thành phần "ướt".
Điều quan trọng nữa là phải xác định xem chất lỏng có dễ cháy, độc hại, nổ hay nguy hiểm không. Bộ điều chỉnh không xả được ưu tiên sử dụng với các loại khí nguy hiểm, nổ hoặc đắt tiền vì thiết kế không xả áp suất hạ lưu quá mức vào khí quyển. Ngược lại với bộ điều chỉnh không xả, bộ điều chỉnh xả (còn được gọi là bộ điều chỉnh tự xả) được thiết kế để xả áp suất hạ lưu dư thừa vào khí quyển. Thông thường, có một lỗ thông hơi ở bên hông thân bộ điều chỉnh cho mục đích này. Trong một số thiết kế đặc biệt, cổng thông hơi có thể được ren và bất kỳ áp suất dư thừa nào cũng có thể được xả từ thân bộ điều chỉnh qua ống và xả ra ngoài ở khu vực an toàn. Nếu chọn loại thiết kế này, chất lỏng dư thừa phải được xả một cách thích hợp và tuân thủ tất cả các quy định về an toàn.
Nhiệt độ
Vật liệu được chọn cho bộ điều chỉnh áp suất không chỉ cần tương thích với chất lỏng mà còn phải có khả năng hoạt động bình thường ở nhiệt độ vận hành dự kiến. Mối quan tâm chính là liệu chất đàn hồi được chọn có hoạt động bình thường trong phạm vi nhiệt độ dự kiến hay không. Ngoài ra, nhiệt độ vận hành có thể ảnh hưởng đến khả năng lưu thông và/hoặc tốc độ lò xo trong các ứng dụng khắc nghiệt.
Áp lực vận hành
Áp suất đầu vào và đầu ra là những yếu tố quan trọng cần xem xét trước khi chọn bộ điều chỉnh tốt nhất. Những câu hỏi quan trọng cần trả lời là: Phạm vi dao động của áp suất đầu vào là bao nhiêu? Áp suất đầu ra cần thiết là bao nhiêu? Biến thiên cho phép của áp suất đầu ra là bao nhiêu?
Yêu cầu về dòng chảy
Tốc độ dòng chảy tối đa mà ứng dụng yêu cầu là bao nhiêu? Tốc độ dòng chảy thay đổi bao nhiêu? Yêu cầu về cổng cũng là một cân nhắc quan trọng.
Kích thước & Trọng lượng
Trong nhiều ứng dụng công nghệ cao, không gian bị hạn chế và trọng lượng là một yếu tố. Một số nhà sản xuất chuyên về các thành phần thu nhỏ và nên tham khảo ý kiến nếu kích thước và trọng lượng tổng thể là yếu tố quan trọng. Việc lựa chọn vật liệu, đặc biệt là các thành phần thân bộ điều chỉnh, sẽ ảnh hưởng đến trọng lượng. Ngoài ra, hãy cân nhắc kỹ lưỡng kích thước cổng (ren), kiểu điều chỉnh và tùy chọn lắp đặt vì những yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến kích thước và trọng lượng.
Bộ điều chỉnh áp suất đang hoạt động
Bộ điều chỉnh áp suất bao gồm ba thành phần chức năng
* Một bộ phận giảm áp hoặc hạn chế áp suất. Thường thì đây là van poppet lò xo.
* Một bộ phận cảm biến. Thường là màng ngăn hoặc piston.
*Một yếu tố lực tham chiếu. Thường gặp nhất là lò xo.
Trong quá trình vận hành, lực tham chiếu do lò xo tạo ra sẽ mở van. Việc mở van sẽ tạo áp lực lên phần tử cảm biến, sau đó đóng van cho đến khi van mở đủ để duy trì áp suất đã cài đặt. Sơ đồ đơn giản hóa “Sơ đồ bộ điều chỉnh áp suất” minh họa cho sự sắp xếp cân bằng lực này.
(1) Phần tử giảm áp (van poppet)
Thông thường nhất, bộ điều chỉnh sử dụng van "poppet" lò xo làm thành phần hạn chế. Poppet bao gồm một miếng đệm đàn hồi hoặc, trong một số thiết kế áp suất cao, một miếng đệm nhiệt dẻo, được định hình để tạo thành một miếng đệm trên đế van. Khi lực lò xo di chuyển miếng đệm ra khỏi đế van, chất lỏng được phép chảy từ đầu vào của bộ điều chỉnh đến đầu ra. Khi áp suất đầu ra tăng lên, lực do phần tử cảm biến tạo ra sẽ chống lại lực của lò xo và van đóng lại. Hai lực này đạt đến điểm cân bằng tại điểm đặt của bộ điều chỉnh áp suất. Khi áp suất hạ lưu giảm xuống dưới điểm đặt, lò xo đẩy poppet ra khỏi đế van và chất lỏng bổ sung được phép chảy từ đầu vào đến đầu ra cho đến khi cân bằng lực được khôi phục.
(2) Phần tử cảm biến (piston hoặc màng ngăn)
Thiết kế kiểu piston thường được sử dụng khi cần áp suất đầu ra cao hơn, khi độ bền là mối quan tâm hoặc khi áp suất đầu ra không phải được giữ ở mức dung sai chặt chẽ. Thiết kế piston có xu hướng chậm chạp hơn so với thiết kế màng ngăn do ma sát giữa phớt piston và thân bộ điều chỉnh.
Trong các ứng dụng áp suất thấp hoặc khi cần độ chính xác cao, kiểu màng ngăn được ưa chuộng hơn. Bộ điều chỉnh màng ngăn sử dụng một thành phần hình đĩa mỏng được sử dụng để cảm nhận những thay đổi về áp suất. Chúng thường được làm bằng chất đàn hồi, tuy nhiên, kim loại mỏng được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt. Màng ngăn về cơ bản loại bỏ ma sát vốn có trong các thiết kế kiểu piston. Ngoài ra, đối với một kích thước bộ điều chỉnh cụ thể, thường có thể cung cấp diện tích cảm biến lớn hơn với thiết kế màng ngăn so với khả thi nếu sử dụng thiết kế kiểu piston.
(3) Phần tử lực tham chiếu (lò xo)
Yếu tố lực tham chiếu thường là lò xo cơ học. Lò xo này tác dụng lực lên yếu tố cảm biến và hoạt động để mở van. Hầu hết các bộ điều chỉnh được thiết kế với một bộ điều chỉnh cho phép người dùng điều chỉnh điểm đặt áp suất đầu ra bằng cách thay đổi lực tác dụng của lò xo tham chiếu.
Độ chính xác và công suất của bộ điều chỉnh
Độ chính xác của bộ điều chỉnh áp suất được xác định bằng cách lập biểu đồ áp suất đầu ra so với lưu lượng. Biểu đồ kết quả cho thấy sự giảm áp suất đầu ra khi lưu lượng tăng. Hiện tượng này được gọi là độ sụt. Độ chính xác của bộ điều chỉnh áp suất được định nghĩa là mức độ sụt của thiết bị trong một phạm vi lưu lượng; độ sụt càng ít thì độ chính xác càng cao. Đường cong áp suất so với lưu lượng được cung cấp trong biểu đồ “Bản đồ vận hành bộ điều chỉnh áp suất tác động trực tiếp” cho biết khả năng điều chỉnh hữu ích của bộ điều chỉnh. Khi lựa chọn bộ điều chỉnh, các kỹ sư nên kiểm tra đường cong áp suất so với lưu lượng để đảm bảo bộ điều chỉnh có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất cần thiết cho ứng dụng được đề xuất.
Định nghĩa Droop
Thuật ngữ “droop” được dùng để mô tả sự sụt giảm áp suất đầu ra, dưới điểm đặt ban đầu, khi lưu lượng tăng. Sự sụt giảm cũng có thể do những thay đổi đáng kể về áp suất đầu vào (so với giá trị khi đầu ra của bộ điều chỉnh được đặt). Khi áp suất đầu vào tăng từ cài đặt ban đầu, áp suất đầu ra giảm. Ngược lại, khi áp suất đầu vào giảm, áp suất đầu ra tăng. Như được thấy trong biểu đồ “Bản đồ hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất tác động trực tiếp”, hiệu ứng này rất quan trọng đối với người dùng vì nó cho thấy khả năng điều chỉnh hữu ích của bộ điều chỉnh.
Kích thước của Orifice
Tăng lỗ van có thể làm tăng khả năng lưu lượng của bộ điều chỉnh. Điều này có thể có lợi nếu thiết kế của bạn có thể chứa một bộ điều chỉnh lớn hơn, tuy nhiên hãy cẩn thận không nên chỉ định quá mức. Một bộ điều chỉnh có van quá khổ, đối với các điều kiện của ứng dụng dự định, sẽ dẫn đến độ nhạy cao hơn với áp suất đầu vào dao động và có thể gây ra tình trạng sụt quá mức.
Áp suất khóa
“Áp suất khóa” là áp suất trên điểm đặt cần thiết để đóng hoàn toàn van điều chỉnh và đảm bảo không có dòng chảy.
trễ
Hiện tượng trễ có thể xảy ra trong các hệ thống cơ học, chẳng hạn như bộ điều chỉnh áp suất, do lực ma sát gây ra bởi lò xo và phớt. Hãy xem biểu đồ và bạn sẽ nhận thấy, đối với một lưu lượng nhất định, áp suất đầu ra sẽ cao hơn khi lưu lượng giảm so với khi lưu lượng tăng.
Bộ điều chỉnh một cấp
Bộ điều chỉnh một cấp là lựa chọn tuyệt vời cho việc giảm áp suất tương đối nhỏ. Ví dụ, máy nén khí được sử dụng trong hầu hết các nhà máy tạo ra áp suất tối đa trong phạm vi từ 100 đến 150 psi. Áp suất này được dẫn qua nhà máy nhưng thường được giảm bằng bộ điều chỉnh một cấp để giảm áp suất (10 psi, 50 psi, 80 psi, v.v.) để vận hành máy móc tự động, giá thử nghiệm, máy công cụ, thiết bị kiểm tra rò rỉ, bộ truyền động tuyến tính và các thiết bị khác. Bộ điều chỉnh áp suất một cấp thường không hoạt động tốt với sự dao động lớn về áp suất đầu vào và/hoặc lưu lượng.
Bộ điều chỉnh hai giai đoạn (Dual Stage)
Bộ điều chỉnh áp suất hai cấp lý tưởng cho các ứng dụng có sự thay đổi lớn về lưu lượng, biến động đáng kể về áp suất đầu vào hoặc áp suất đầu vào giảm như xảy ra khi cung cấp khí từ bình chứa nhỏ hoặc bình khí.
Với hầu hết các bộ điều chỉnh một cấp, ngoại trừ những bộ sử dụng thiết kế bù áp suất, áp suất đầu vào giảm mạnh sẽ gây ra áp suất đầu ra tăng nhẹ. Điều này xảy ra vì lực tác động lên van thay đổi, do áp suất giảm mạnh, so với khi áp suất đầu ra được thiết lập ban đầu. Trong thiết kế hai cấp, cấp thứ hai sẽ không phải chịu những thay đổi lớn này về áp suất đầu vào, chỉ có thay đổi nhỏ so với đầu ra của cấp thứ nhất. Sự sắp xếp này tạo ra áp suất đầu ra ổn định từ cấp thứ hai mặc dù có những thay đổi đáng kể về áp suất cung cấp cho cấp thứ nhất.
Bộ điều chỉnh ba giai đoạn
Bộ điều chỉnh ba cấp cung cấp áp suất đầu ra ổn định tương tự như bộ điều chỉnh hai cấp nhưng có thêm khả năng xử lý áp suất đầu vào tối đa cao hơn đáng kể. Ví dụ, bộ điều chỉnh ba cấp dòng Beswick PRD4HP được đánh giá là có thể xử lý áp suất đầu vào cao tới 3,000 psi và sẽ cung cấp áp suất đầu ra ổn định (trong phạm vi từ 0 đến 30 psi) bất chấp những thay đổi về áp suất cung cấp. Bộ điều chỉnh áp suất nhỏ và nhẹ có thể duy trì áp suất đầu ra thấp ổn định bất chấp áp suất đầu vào sẽ giảm theo thời gian từ áp suất cao là một thành phần quan trọng trong nhiều thiết kế. Ví dụ bao gồm các thiết bị phân tích di động, pin nhiên liệu hydro, UAV và các thiết bị y tế được cung cấp năng lượng bằng khí áp suất cao được cung cấp từ hộp khí hoặc bình chứa.
Bây giờ bạn đã chọn được bộ điều chỉnh phù hợp nhất với ứng dụng của mình, điều quan trọng là bộ điều chỉnh phải được lắp đặt và điều chỉnh đúng cách để đảm bảo nó hoạt động như mong muốn.
Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến nghị lắp đặt bộ lọc ở thượng nguồn của bộ điều chỉnh (một số bộ điều chỉnh có bộ lọc tích hợp) để ngăn bụi bẩn và các hạt làm nhiễm bẩn đế van. Vận hành bộ điều chỉnh mà không có bộ lọc có thể dẫn đến rò rỉ đến cổng ra nếu đế van bị nhiễm bẩn bởi bụi bẩn hoặc vật liệu lạ. Các loại khí được điều chỉnh phải không có dầu, mỡ và các chất gây ô nhiễm khác có thể làm bẩn hoặc làm hỏng các bộ phận của van hoặc tấn công các phớt của bộ điều chỉnh. Nhiều người dùng không biết rằng các loại khí được cung cấp trong các bình chứa khí và hộp mực khí nhỏ có thể chứa dấu vết của dầu từ quá trình sản xuất. Người dùng thường không nhận thấy sự hiện diện của dầu trong khí và do đó, bạn nên thảo luận về chủ đề này với nhà cung cấp khí của mình trước khi bạn chọn vật liệu làm phớt cho bộ điều chỉnh của mình. Ngoài ra, các loại khí phải không có độ ẩm quá mức. Trong các ứng dụng có lưu lượng cao, bộ điều chỉnh có thể bị đóng băng nếu có độ ẩm.
Nếu bộ điều chỉnh áp suất sẽ được sử dụng với oxy, hãy lưu ý rằng oxy đòi hỏi kiến thức chuyên môn để thiết kế hệ thống an toàn. Chất bôi trơn tương thích với oxy phải được chỉ định và thường được chỉ định làm sạch thêm để loại bỏ dấu vết của dầu cắt gốc dầu mỏ. Hãy chắc chắn rằng bạn thông báo cho nhà cung cấp bộ điều chỉnh của mình rằng bạn có kế hoạch sử dụng bộ điều chỉnh trong ứng dụng oxy.
Không kết nối bộ điều chỉnh với nguồn cung cấp có áp suất tối đa lớn hơn áp suất đầu vào định mức của bộ điều chỉnh. Bộ điều chỉnh áp suất không được thiết kế để sử dụng như thiết bị ngắt. Khi bộ điều chỉnh không được sử dụng, áp suất cung cấp phải được tắt.
Thi công
Bước 1
Bắt đầu bằng cách kết nối nguồn áp suất với cổng vào và đường ống áp suất được điều chỉnh với cổng ra. Nếu các cổng không được đánh dấu, hãy kiểm tra với nhà sản xuất để tránh kết nối không đúng. Trong một số thiết kế, có thể xảy ra hư hỏng đối với các thành phần bên trong nếu áp suất cung cấp được cung cấp nhầm vào cổng ra.
Bước 2
Trước khi bật áp suất cung cấp cho bộ điều chỉnh, hãy nhả núm điều khiển điều chỉnh để hạn chế dòng chảy qua bộ điều chỉnh. Bật dần áp suất cung cấp để không làm “sốc” bộ điều chỉnh bằng một luồng chất lỏng có áp suất đột ngột. LƯU Ý: Tránh vặn vít điều chỉnh hết cỡ vào bộ điều chỉnh vì, trong một số thiết kế bộ điều chỉnh, áp suất cung cấp đầy đủ sẽ được đưa đến cổng ra.
Bước 3
Đặt bộ điều chỉnh áp suất ở áp suất đầu ra mong muốn. Nếu bộ điều chỉnh không xả, sẽ dễ điều chỉnh áp suất đầu ra hơn nếu chất lỏng đang chảy thay vì "ngõ cụt" (không có dòng chảy). Nếu áp suất đầu ra đo được vượt quá áp suất đầu ra mong muốn, hãy xả chất lỏng từ phía hạ lưu của bộ điều chỉnh và hạ áp suất đầu ra bằng cách xoay núm điều chỉnh. Không bao giờ xả chất lỏng bằng cách nới lỏng các phụ kiện, vì có thể gây thương tích.
Với bộ điều chỉnh kiểu xả, áp suất dư sẽ tự động được xả ra khí quyển từ phía hạ lưu của bộ điều chỉnh khi núm xoay được xoay để hạ thấp cài đặt đầu ra. Vì lý do này, không sử dụng bộ điều chỉnh kiểu xả với chất lỏng dễ cháy hoặc nguy hiểm. Hãy đảm bảo chất lỏng dư được xả an toàn và tuân thủ tất cả các quy định của địa phương, tiểu bang và liên bang.
Bước 4
Để có được áp suất đầu ra mong muốn, hãy thực hiện các điều chỉnh cuối cùng bằng cách tăng dần áp suất từ dưới điểm đặt mong muốn. Tốt hơn là nên đặt áp suất từ dưới điểm đặt mong muốn hơn là đặt từ trên điểm đặt mong muốn. Nếu bạn vượt quá điểm đặt trong khi đặt bộ điều chỉnh áp suất, hãy giảm áp suất cài đặt xuống một điểm dưới điểm đặt. Sau đó, một lần nữa, tăng dần áp suất lên điểm đặt mong muốn.
Bước 5
Bật và tắt áp suất cung cấp nhiều lần trong khi theo dõi áp suất đầu ra để xác nhận bộ điều chỉnh liên tục trở về điểm đặt. Ngoài ra, áp suất đầu ra cũng nên được bật và tắt theo chu kỳ để đảm bảo bộ điều chỉnh áp suất trở về điểm đặt mong muốn. Lặp lại trình tự cài đặt áp suất nếu áp suất đầu ra không trở về cài đặt mong muốn.
Jewellok chuyên về phụ kiện chất lỏng và khí nén thu nhỏ, ngắt kết nối nhanh, van và bộ điều chỉnh. Chúng tôi có một đội ngũ Kỹ sư ứng dụng có trình độ sẵn sàng hỗ trợ bạn giải đáp các câu hỏi. Thiết kế tùy chỉnh có sẵn theo yêu cầu.