Regulátor tlaku

kyslíkové a plynové lahve MAPP s dvoustupňovými regulátory tlaku

schéma redukčního regulátoru (A) a protitlaku (B). Horní diagramy ukazují normální stav ventilů, který je normálně otevřený pro reduktory tlaku a normálně uzavřený pro protitlakové ventily.

• 1. Šroub pro nastavení tlaku
• 2. Jaro
• 3. Pohon
• 4. Vstupní otvor (vysoký tlak)
• 5. Výstupní otvor (nízký tlak)
• 6. Těleso ventilu
• 7. Korunka ventilu a sedlo

symboly diagramu pro regulátory redukce tlaku a protitlaku. Koncepční rozdíl spočívá hlavně v tom, ze které strany je zpětná vazba převzata.

regulátor tlaku je ventil, který řídí tlak kapaliny nebo plynu na požadovanou hodnotu pomocí negativní zpětné vazby z řízeného tlaku. Regulátory se používají pro plyny a kapaliny a mohou být integrálním zařízením s nastavením tlaku, omezovačem a senzorem v jednom těle nebo se mohou skládat ze samostatného snímače tlaku, regulátoru a průtokového ventilu.

jsou nalezeny dva typy: regulátor redukce tlaku a regulátor protitlaku.

• redukční regulátor je regulační ventil, který snižuje vstupní tlak kapaliny nebo plynu na požadovanou hodnotu na jeho výstupu. Jedná se o normálně otevřený ventil a je instalován před zařízením citlivým na tlak.
• regulátor protitlaku, protitlakový ventil, ventil udržující tlak nebo regulátor udržující tlak je regulační ventil, který udržuje nastavený tlak na své vstupní straně otevřením, aby umožnil průtok, když vstupní tlak překročí nastavenou hodnotu. Od přetlakového přetlakového ventilu se liší tím, že přetlakový ventil je určen k otevření pouze tehdy, když je obsažený tlak nadměrný, a není nutné udržovat konstantní tlak proti proudu. Liší se od regulátorů snižování tlaku tím, že regulátor snižování tlaku řídí tlak po proudu a je necitlivý na tlak proti proudu. Jedná se o normálně uzavřený ventil, který může být instalován paralelně s citlivým zařízením nebo po citlivém zařízení, aby zajistil překážku proudění a tím udržoval tlak proti proudu.

oba typy regulátoru používají zpětnou vazbu regulovaného tlaku jako vstup do řídicího mechanismu a jsou běžně ovládány pružinovou membránou nebo pístem reagujícím na změny zpětnovazebního tlaku pro řízení otvoru ventilu a v obou případech by měl být ventil otevřen pouze natolik, aby udržoval nastavený regulovaný tlak. Skutečný mechanismus může být velmi podobný ve všech ohledech kromě umístění zpětnovazebního tlakového kohoutku. Stejně jako u jiných mechanismů řízení zpětné vazby je úroveň tlumení důležitá pro dosažení rovnováhy mezi rychlou odezvou na změnu měřeného tlaku a stabilitou výstupu. Nedostatečné tlumení může vést k lovecké oscilaci řízeného tlaku, zatímco nadměrné tření pohyblivých částí může způsobit hysterezi.

regulátor redukce tlaku

provoz

primární funkcí regulátoru redukce tlaku je přizpůsobit průtok plynu regulátorem poptávce po plynu, který je na něm umístěn, při zachování dostatečně konstantního výstupního tlaku. Pokud se průtok zátěže sníží, musí se také snížit průtok regulátoru. Pokud se průtok zátěže zvýší, musí se průtok regulátoru zvýšit, aby se regulovaný tlak snížil kvůli nedostatku plynu v tlakovém systému. Je žádoucí, aby se řízený tlak příliš nelišil od nastavené hodnoty pro široký rozsah průtoků, ale je také žádoucí, aby průtok regulátorem byl stabilní a regulovaný tlak nepodléhal nadměrné oscilaci.

regulátor tlaku obsahuje omezovací prvek, zatěžovací prvek a měřicí prvek:

• omezujícím prvkem je ventil, který může poskytnout variabilní omezení průtoku, jako je kulový ventil, škrticí ventil, šoupátkový ventil atd.
• zatěžovací prvek je část, která může na omezující prvek vyvinout potřebnou sílu. Toto zatížení může být zajištěno hmotností, pružinou, pístovým ovladačem nebo membránovým ovladačem v kombinaci s pružinou.
• měřící prvek slouží k určení, kdy je vstupní průtok roven výstupnímu průtoku. Samotná membrána se často používá jako měřicí prvek, může sloužit jako kombinovaný prvek.

v zobrazeném jednostupňovém regulátoru se na membráně používá silová rovnováha pro ovládání ventilového ventilu za účelem regulace tlaku. Bez vstupního tlaku ji pružina nad membránou tlačí dolů na lopatkový ventil a drží ji otevřenou. Jakmile je zaveden vstupní tlak, otevřený poppet umožňuje průtok do membrány a tlak v horní komoře se zvyšuje, dokud není membrána tlačena nahoru proti pružině, což způsobí, že poppet sníží průtok a nakonec zastaví další zvýšení tlaku. Nastavením horního šroubu lze zvýšit tlak směrem dolů na membránu, což vyžaduje větší tlak v horní komoře k udržení rovnováhy. Tímto způsobem je řízen výstupní tlak regulátoru.

F = ( P i − P o ) S + P o S + f {\displaystyle F=(P_{i}-P_{o})s+P_{o}s+f}

F : membránová pružinová síla {\displaystyle F: {\text {membránová pružinová síla}}}

f: poppet spring force {\displaystyle f: {\text{ Poppet spring force}}}
P i : vstupní tlak {\displaystyle P_{i}:{\text{ vstupní tlak}}}
P O : výstupní tlak {\displaystyle P_{o}: {\text{ výstupní tlak}}}
s: poppet area {\displaystyle s: {\text{ poppet area}}}

S : membránová oblast {\displaystyle S: {\text{ membránová oblast}}}

jednostupňový regulátor

jednostupňový regulátor tlaku

vysokotlaký plyn ze zdroje vstupuje do regulátoru přes vstupní otvor. Vstupní manometr indikuje tento tlak. Plyn pak prochází normálně otevřeným otvorem ventilu pro regulaci tlaku a tlak po proudu stoupá, dokud není membrána ovládající ventil dostatečně vychýlena, aby se ventil uzavřel, čímž se zabrání vstupu dalšího plynu na stranu nízkého tlaku, dokud tlak znovu neklesne. Výstupní manometr indikuje tento tlak.

výstupní tlak na membránu a vstupní tlak a síla pružiny poppetu na přední části ventilu drží sestavu membrány/poppetu v uzavřené poloze proti síle membránové zatěžovací pružiny. Pokud napájecí tlak klesne, uzavírací síla způsobená napájecím tlakem se sníží a tlak po proudu se mírně zvýší, aby se kompenzoval. Pokud tedy klesne napájecí tlak, zvýší se výstupní tlak za předpokladu, že výstupní tlak zůstane pod klesajícím napájecím tlakem. To je příčinou skládky na konci nádrže, kde je přívod zajištěn tlakovou plynovou nádrží. Obsluha může tento efekt kompenzovat nastavením zatížení pružiny otočením knoflíku pro obnovení výstupního tlaku na požadovanou úroveň. S jednostupňovým regulátorem, když se napájecí tlak sníží, nižší vstupní tlak způsobí stoupání výstupního tlaku. Pokud není komprese pružiny pro plnění membrány nastavena tak, aby kompenzovala, může poppet zůstat otevřený a umožnit nádrži rychle vypustit zbývající obsah.

dvoustupňový regulátor

dvoustupňový regulátor tlaku

dvoustupňové regulátory jsou dva regulátory v sérii ve stejném pouzdře, které pracují tak, aby postupně snižovaly tlak ve dvou krocích místo jednoho. První stupeň, který je přednastaven, snižuje tlak přiváděného plynu do mezistupně; plyn při tomto tlaku přechází do druhého stupně. Plyn vystupuje z druhého stupně při tlaku (pracovním tlaku) nastaveném uživatelem nastavením knoflíku regulace tlaku na membránové zatěžovací pružině. Dvoustupňové regulátory mohou mít dva pojistné ventily, takže pokud dojde k přetlaku mezi stupni v důsledku úniku v sedle ventilu prvního stupně, stoupající tlak nepřetíží konstrukci a nezpůsobí výbuch.

nevyvážený jednostupňový regulátor může vyžadovat časté nastavení. Při poklesu napájecího tlaku se může výstupní tlak změnit, což vyžaduje nastavení. Ve dvoustupňovém regulátoru dochází ke zlepšení kompenzace jakéhokoli poklesu napájecího tlaku.

aplikace

regulátory snižování tlaku

vzduchové kompresory

vzduchové kompresory se používají v průmyslových, komerčních a domácích dílnách k provádění sortimentu pracovních míst, včetně foukání věcí čistých; nástrojů poháněných vzduchem; a nafukování věcí, jako jsou pneumatiky,koule atd. Regulátory se často používají k nastavení tlaku vycházejícího ze vzduchového přijímače (nádrže) tak, aby odpovídal tomu, co je pro daný úkol potřebné. Často, když se jeden velký kompresor používá k dodávce stlačeného vzduchu pro více použití (často označovaný jako „obchodní vzduch“, pokud je postaven jako trvalá instalace potrubí v celé budově), budou použity další regulátory, aby se zajistilo, že každý samostatný nástroj nebo funkce obdrží tlak, který potřebuje. To je důležité, protože některé vzduchové nástroje nebo použití pro stlačený vzduch vyžadují tlaky, které mohou způsobit poškození jiných nástrojů nebo materiálů.

letadla

regulátory tlaku se nacházejí v natlakování kabiny letadla, regulaci tlaku těsnění kabiny, systémech pitné vody a tlakování vlnovodu.

letecký a kosmický průmysl

letecké regulátory tlaku mají aplikace v řízení tlakového pohonu pro systémy řízení reakce (RCS) a systémy řízení polohy (ACS), kde jsou přítomny vysoké vibrace, velké teplotní extrémy a korozivní kapaliny.

vaření

tlakové nádoby lze použít k vaření jídla mnohem rychleji než při atmosférickém tlaku, protože vyšší tlak zvyšuje teplotu varu obsahu. Všechny moderní tlakové hrnce budou mít ventil regulátoru tlaku a přetlakový ventil jako bezpečnostní mechanismus, který zabrání výbuchu v případě, že ventil regulátoru tlaku nedokáže dostatečně uvolnit tlak. Některé starší modely postrádají bezpečnostní uvolňovací ventil. Většina modelů domácí kuchyně je postavena tak, aby udržovala nastavení nízkého a vysokého tlaku. Tato nastavení jsou obvykle 7 až 15 liber na čtvereční palec (0.48 až 1.03 bar). Téměř všechny jednotky pro domácí vaření budou používat velmi jednoduchý jednostupňový regulátor tlaku. Starší modely jednoduše použijí malou hmotnost na horní část otvoru, který bude zvednut nadměrným tlakem, aby mohla uniknout přebytečná pára. Novější modely obvykle obsahují pružinový ventil, který zvedá a umožňuje únik tlaku při zvyšování tlaku v nádobě. Některé tlakové hrnce budou mít nastavení rychlého uvolnění na ventilu regulátoru tlaku, který bude, v podstatě, snížit napětí pružiny, aby tlak rychle unikl, ale stále bezpečná rychlost. Komerční kuchyně také používají tlakové hrnce, v některých případech pomocí tlakových hrnců na bázi oleje k rychlému smažení rychlého občerstvení. Tlakové nádoby tohoto druhu mohou být také použity jako autoklávy ke sterilizaci malých šarží zařízení a v domácích konzervárenských provozech.

snížení tlaku vody

regulátor tlaku pro přívod vody do domácnosti. Výstupní tlak se nastavuje modrým ručním kolečkem a zobrazuje se na svislé stupnici.

regulační ventil tlaku vody omezuje přítok dynamickou změnou otvoru ventilu tak, že když je na vnější straně menší tlak, ventil se zcela otevře a příliš velký tlak na vnější straně způsobí uzavření ventilu. V beztlakové situaci, kdy by voda mohla proudit zpět, to nebude bráněno. Regulační ventil tlaku vody nefunguje jako zpětný ventil.

používají se v aplikacích, kde je tlak vody na konci potrubí příliš vysoký, aby nedošlo k poškození spotřebičů nebo potrubí.

svařování a řezání

kyslíkové svařovací a řezací procesy vyžadují plyny při specifických tlacích a regulátory se obecně používají ke snížení vysokých tlaků skladovacích válců na ty, které jsou použitelné pro řezání a svařování. Regulátory kyslíku a palivového plynu mají obvykle dva stupně: První stupeň regulátoru uvolňuje plyn při konstantním tlaku z válce navzdory tomu, že tlak ve válci se při uvolňování plynu snižuje. Druhý stupeň regulátoru řídí snížení tlaku z mezilehlého tlaku na nízký tlak. Konečný průtok může být nastaven na hořáku. Sestava regulátoru má obvykle dva manometry, jeden indikuje tlak válce, druhý indikuje dodací tlak. Obloukové svařování stíněné inertním plynem také používá plyn uložený při vysokém tlaku prostřednictvím regulátoru. Může existovat průtokoměr kalibrovaný na specifický plyn.

propan / LP plyn

všechny aplikace propanu a LP plynu vyžadují použití regulátoru. Protože tlaky v propanových nádržích mohou výrazně kolísat s teplotou, musí být přítomny regulátory, aby dodávaly stálý tlak na navazující spotřebiče. Tyto regulátory obvykle kompenzují tlaky v nádrži mezi 30-200 liber na čtvereční palec (2.1-13.8 bar) a běžně dodávají 11 palců vodní sloupec 0.4 liber na čtvereční palec (28 mbar) pro obytné aplikace a 35 palců vodního sloupce 1.3 libry na čtvereční palec (90 mbar) pro průmyslové aplikace. Regulátory propanu se liší velikostí a tvarem, dodávacím tlakem a nastavitelností, ale jsou jednotné ve svém účelu, aby dodávaly konstantní výstupní tlak pro následné požadavky. Společné mezinárodní nastavení pro domácí regulátory plynu LP jsou 28 mbar pro butan a 37 mbar pro propan.

vozidla s plynovým pohonem

všechny motorové vozy, které běží na stlačený plyn jako palivo (spalovací motor nebo elektrický pohon palivových článků), vyžadují regulátor tlaku, aby se snížil tlak uloženého plynu (CNG nebo vodík} ze 700, 500, 350 nebo 200 barů (nebo 70, 50, 35 a 20 MPa) na provozní tlak.

rekreační vozidla

u rekreačních vozidel s instalatérstvím je nutný regulátor tlaku ke snížení tlaku externího přívodu vody připojeného k vodovodnímu potrubí vozidla, protože přívod může být mnohem vyšší než v kempu a tlak vody závisí na výšce vodního sloupce. Bez regulátoru tlaku, intenzivní tlak, se kterým se setkáváme v některých kempech v horských oblastech, může stačit k prasknutí vodovodního potrubí karavanu nebo k uvolnění vodovodních spár, způsobující záplavy. Regulátory tlaku pro tento účel se obvykle prodávají jako malé šroubovací příslušenství, které se hodí inline s hadicemi použitými k připojení RV k přívodu vody, které jsou téměř vždy kompatibilní se závitem se společnou zahradní hadicí.

přívod dýchacího plynu

Regulátory tlaku se používají s potápěčskými lahvemi pro potápění. Nádrž může obsahovat tlaky přesahující 3 000 liber na čtvereční palec (210 barů), což by mohlo způsobit smrtelné zranění barotrauma osobě, která ji přímo dýchá. Regulátor regulovaný poptávkou zajišťuje průtok dýchacího plynu při okolním tlaku (který se mění podle hloubky ve vodě). Regulátory snižování tlaku se také používají k dodávce dýchacího plynu potápěčům dodávaným na povrchu, a lidé, kteří používají samostatné dýchací přístroje pro záchrannou a nebezpečnou práci na souši. Doplňkový kyslík pro let ve vysokých nadmořských výškách v beztlakových letadlech a lékařské plyny jsou také vydávány pomocí regulátorů snižování tlaku z vysokotlakého úložiště.

těžební průmysl

vzhledem k tomu, že tlak rychle roste ve vztahu k hloubce, vyžadují podzemní důlní operace poměrně složitý vodní systém s redukčními ventily. Tato zařízení musí být instalována v určitém intervalu vzdálenosti, obvykle 600 stop (180 m). Bez takových ventilů by potrubí snadno prasklo a tlak by byl příliš velký pro provoz zařízení.

zemní plyn průmysl

Regulátory tlaku jsou široce používány v plynárenském průmyslu. Zemní plyn je stlačován na vysoké tlaky, aby byl distribuován po celé zemi prostřednictvím velkých přenosových potrubí. Převodový tlak může být vyšší než 1 000 liber na čtvereční palec (69 barů) a musí být v různých fázích snížen na použitelný tlak pro průmyslové, komerční a obytné aplikace. V tomto distribučním systému jsou tři hlavní místa redukce tlaku. První redukce je umístěna u městské brány, zatímco přenosový tlak je snížen na distribuční tlak pro napájení po celém městě. Toto je také místo, kde je zemní plyn bez zápachu vonící merkaptanem. Distribuční tlak je dále snížen na okresní regulační stanici, Nachází se na různých místech ve městě, pod 60 psig. Konečný řez by nastal v místě koncových uživatelů. Obecně se redukce koncového uživatele provádí na nízké tlaky v rozmezí od 0,25 psig do 5 psig. Některé průmyslové aplikace mohou vyžadovat vyšší tlak.

regulátory zpětného tlaku

• Udržujte regulaci tlaku v analytických nebo procesních systémech
• Chraňte citlivé zařízení před poškozením přetlakem
• snižte tlakový rozdíl oproti součásti, která není tolerantní k velkým tlakovým rozdílům.
• plynové prodejní linky
• výrobní nádoby (např.
• ventilační nebo světlicová potrubí

hyperbarické komory

pokud je pokles tlaku na vestavěném výfukovém systému dýchacího systému příliš velký, obvykle v saturačních systémech může být použit regulátor protitlaku ke snížení poklesu tlaku výfukového systému na bezpečnější a lépe zvládnutelný tlak.

reclaim potápěčské přilby

hloubka, ve které se většina Heliox dýchacích směsí používá při potápění dodávaném na povrchu, je obecně nejméně 5 bar nad povrchovým atmosférickým tlakem a výfukové plyny z potápěče musí procházet zpětným ventilem, což je zpětný ventil řízený poptávkou aktivovaný zvýšením tlaku v potápěčské přilbě způsobené výdechem potápěče. Rekultivační plynová hadice, která odvádí vydechovaný plyn zpět na povrch k recyklaci, nesmí mít příliš velký tlakový rozdíl od okolního tlaku na potápěči. Přídavný regulátor protitlaku v tomto potrubí umožňuje jemnější nastavení zpětného ventilu pro nižší práci dýchání v proměnných hloubkách.

Viz také

• vestavěný dýchací systém-Systém pro dodávku dýchacího plynu na vyžádání v uzavřeném prostoru
• regulační ventil-zařízení pro regulaci průtoku
• negativní zpětná vazba-řídicí systém používaný ke snížení exkurzí z požadované hodnoty

• tlakové animace

Wikimedia Commons má média související s regulátory tlaku.