壓力調節器
壓力調節器是一種利用受控壓力的負回饋來控制流體壓力至所需值的閥門。調節器可用於氣體和液體,可以是整合在同一個閥體中的壓力設定裝置、限流器和感測器,也可以是獨立的壓力感測器、控制器和流量閥。.
有兩種類型:減壓調節器和背壓調節器。.
減壓閥是一種控制閥,用於將流體的輸入壓力降低到所需的輸出壓力。它是一種常開閥,安裝在壓力敏感設備的上游。.
背壓調節器(也稱為背壓閥、保壓閥或保壓調節器)是一種控制閥,當入口壓力超過設定值時,它會打開以維持入口側的設定壓力。它與過壓洩壓閥的區別在於,過壓洩壓閥僅在內部壓力過高時才會打開,無需保持上游壓力恆定。它與減壓調節器的差別在於,減壓調節器控制下游壓力,對上游壓力不敏感。 [2] 背壓調節器通常為關閉閥,可與敏感設備並聯安裝,也可以安裝在敏感設備之後,以阻斷流體流動,從而維持上游壓力。.
這兩種類型的調節器都利用被調節壓力的回饋作為控制機構的輸入,通常由彈簧加載的隔膜或活塞驅動,透過響應反饋壓力的變化來控制閥門的開度。兩種情況下,閥門的開度都應僅足以維持設定的被調節壓力。除了回饋壓力介面的位置不同之外,實際的機構結構可能非常相似。與其他回饋控制機構一樣,阻尼水平對於在快速響應測量壓力變化和輸出穩定性之間取得平衡至關重要。阻尼不足可能導致被控壓力振盪,而運動部件摩擦過大則可能導致滯後現象。.
減壓調節器
減壓調節器的主要功能是使流經調節器的氣體流量與流體需求相匹配,同時保持輸出壓力足夠穩定。如果負載流量減少,則調節器的流量也必須減少。如果負載流量增加,則調節器的流量必須增加,以防止壓力系統中流體不足而導致受控壓力下降。理想情況下,受控壓力在較大流量範圍內應與設定值保持穩定,同時調節器的流量也應保持穩定,且調節後的壓力不應出現過度波動。.
壓力調節器包括限位元件、載入元件和測量元件:
限流元件是一種可以對流量提供可變限制的閥門,例如截止閥、蝶閥、提升閥等。.
加載元件是能夠對限位元件施加所需力的部件。這種負載可以由重物、彈簧、活塞式致動器或隔膜式致動器與彈簧的組合來實現。.
測量元件的功能是確定入口流量何時等於出口流量。隔膜本身通常用作測量元件;它也可以用作組合元件。.
如圖所示的單級調壓器中,隔膜上的力平衡控制著一個閥芯,進而調節壓力。當沒有入口壓力時,隔膜上方的彈簧會向下推隔膜,使其保持開啟。一旦引入入口壓力,開啟的閥芯允許流體流向隔膜,上腔壓力升高,直到隔膜被向上推壓,克服彈簧的作用力,閥芯關閉,最終阻止壓力進一步升高。透過調整頂部螺絲,可以增加隔膜上的向下壓力,從而需要上腔內更大的壓力來維持平衡。這樣,調壓器的出口壓力就得以控制。.
單級壓力調節器
來自供氣系統的高壓氣體會經由入口進入調壓器。入口壓力表會顯示該壓力。氣體隨後流經常開的壓力控制閥孔,下游壓力升高,直到閥門驅動膜片發生足夠大的偏轉,從而關閉閥門,阻止更多氣體進入低壓側,直到壓力再次下降。出口壓力表會顯示該壓力。.
隔膜上的出口壓力、入口壓力、閥門上游部分的閥芯彈簧力共同作用,使隔膜/閥芯組件在隔膜彈簧的阻力下保持關閉。如果供氣壓力下降,供氣壓力產生的關閉力也會減小,下游壓力會略微上升以進行補償。因此,如果供氣壓力下降,只要出口壓力低於下降的供氣壓力,出口壓力就會上升。這就是由加壓氣罐供氣時發生的罐內氣體洩漏的原因。 [需要引用] 操作人員可以透過旋轉旋鈕來調節彈簧負荷,從而將出口壓力恢復到所需水平,以補償這種影響。對於單級調壓器,當供氣壓力降低時,較低的入口壓力會導致出口壓力上升。如果未調節隔膜彈簧的壓縮量進行補償,閥芯可能會保持開啟狀態,導致氣罐內的剩餘氣體迅速洩漏。.
兩級壓力調節器
兩級調壓器是指兩個串聯在同一殼體內的調壓器,其運作原理是分兩步驟逐步降低壓力,而不是一步。第一級調壓器是預設的,它將供氣壓力降低到中間壓力;處於該壓力的氣體進入第二級。氣體從第二級排出時的壓力(工作壓力)由使用者透過調節隔膜彈簧上的壓力控制旋鈕來設定。兩級調壓器可能配備兩個安全閥,這樣,如果由於第一級閥座洩漏導致兩級之間壓力過高,上升的壓力就不會使結構過載並引發爆炸。.
單級調節器若不平衡,可能需要頻繁調整。隨著供水壓力下降,出口壓力也會發生變化,因此需要進行調節。而雙級調節器則能更好地補償供水壓力的下降。.
壓力調節器應用
空氣壓縮機
空氣壓縮機廣泛應用於工業、商業和家庭作坊等各種環境中,用於執行各種任務,例如吹掃清潔、驅動氣動工具以及充氣輪胎、球類等。通常使用調壓器來調節儲氣罐(氣瓶)的輸出壓力,以滿足不同任務的需求。如果一台大型壓縮機用於為多種用途提供壓縮空氣(如果將其作為永久性管道系統安裝在建築物內,則通常稱為「車間空氣」),則需要使用額外的調壓器來確保每個工具或功能都能獲得所需的壓力。這一點至關重要,因為某些氣動工具或壓縮空氣用途所需的壓力過高,可能會損壞其他工具或材料。.
飛機
壓力調節器應用於飛機客艙增壓、座艙蓋密封壓力控制、飲用水系統及波導增壓系統。.
航太
航空航太壓力調節器可應用於反應控制系統 (RCS) 和姿態控制系統 (ACS) 的推進增壓控制,這些系統存在高振動、極端溫度和腐蝕性流體。.
焊接和切割
氧乙炔焊接和切割過程需要特定壓力的氣體,通常使用調壓器將儲氣瓶的高壓降低到適合焊接和切割的壓力。氧氣和瓦斯調壓器通常分為兩級:第一級調壓器在氣體釋放過程中保持氣瓶內氣體壓力恆定,即使氣瓶內的壓力隨著氣體釋放而降低;第二級調壓器控制壓力從中間壓力降至低壓。最終流量可在焊槍處進行調整。調壓器組件通常有兩個壓力表,一個指示氣瓶壓力,另一個指示輸出壓力。惰性氣體保護電弧焊也使用高壓儲存的氣體,並透過調壓器輸送。通常會有一個針對特定氣體校準的流量計。.
丙烷/液化石油氣
所有丙烷和液化石油氣應用都需要使用調壓器。由於丙烷罐內的壓力會隨著溫度而顯著波動,因此必須使用調壓器才能為下游設備提供穩定的壓力。這些調壓器通常用於補償 30–200 磅/平方英寸(2.1–13.8 巴)之間的罐壓,並通常為住宅應用提供 11 英寸水柱(0.4 磅/平方英寸,即 28 毫巴)的壓力,為工業應用提供 35 英寸水柱(1.3 磅/平方英寸,即 90 毫巴)的壓力。丙烷調壓器的尺寸、形狀、輸出壓力和調節範圍各不相同,但它們的共同目的是為下游設備提供恆定的出口壓力。家用液化石油氣調壓器的常用國際標準設定值為:丁烷 28 毫巴,丙烷 37 毫巴。.
汽油動力車輛
所有以壓縮氣體為燃料的車輛引擎(內燃機或燃料電池電動動力系統)都需要一個壓力調節器,將儲存的氣體(CNG 或氫氣)壓力從 700、500、350 或 200 巴(或 70、50、35 和 20 兆帕)降低到工作壓力。.