Regolatore di pressione

Bombole di gas ossigeno e MAPP con regolatori di pressione a due stadi

Schema del regolatore di riduzione della pressione (A) e del regolatore di contropressione (B). I diagrammi superiori mostrano lo stato normale per le valvole, che è normalmente aperto per i riduttori di pressione e normalmente chiuso per le valvole di contropressione.

• 1. Vite di regolazione della pressione
• 2. Primavera
• 3. Attuatore
• 4. Porta di ingresso (alta pressione)
• 5. Porta di uscita (bassa pressione)
• 6. Corpo valvola
• 7. Corona e sede della valvola

Simboli di schema per riduttori di pressione e contropressione. La differenza concettuale è principalmente in quale lato viene preso il feedback.

Un regolatore di pressione è una valvola che controlla la pressione di un fluido o gas ad un valore desiderato, utilizzando feedback negativo dalla pressione controllata. I regolatori sono utilizzati per gas e liquidi e possono essere un dispositivo integrale con una regolazione della pressione, un limitatore e un sensore tutti in un unico corpo, o sono costituiti da un sensore di pressione, un controller e una valvola di flusso separati.

Si trovano due tipi: Il regolatore di riduzione della pressione e il regolatore di contropressione.

• Un regolatore di riduzione della pressione è una valvola di controllo che riduce la pressione di ingresso di un fluido o di un gas ad un valore desiderato alla sua uscita. È una valvola normalmente aperta ed è installata a monte dell’attrezzatura sensibile alla pressione.
• Un regolatore di contropressione, valvola di contropressione, valvola di sostegno della pressione o regolatore di sostegno della pressione è una valvola di controllo che mantiene la pressione impostata sul lato di ingresso aprendosi per consentire il flusso quando la pressione di ingresso supera il valore impostato. Si differenzia da una valvola limitatrice di sovrapressione in quanto la valvola di sovrapressione è destinata ad aprirsi solo quando la pressione contenuta è eccessiva e non è necessaria per mantenere costante la pressione a monte. Differiscono dai regolatori di riduzione della pressione in quanto il regolatore di riduzione della pressione controlla la pressione a valle ed è insensibile alla pressione a monte. È una valvola normalmente chiusa che può essere installata in parallelo con l’apparecchiatura sensibile o dopo l’apparecchiatura sensibile per fornire un’ostruzione al flusso e quindi mantenere la pressione a monte.

Entrambi i tipi di regolatore utilizzano il feedback della pressione regolata come ingresso al meccanismo di controllo e sono comunemente azionati da un diaframma caricato a molla o da un pistone che reagisce ai cambiamenti nella pressione di retroazione per controllare l’apertura della valvola, e in entrambi i casi la valvola deve essere aperta solo abbastanza per mantenere la pressione regolata impostata. Il meccanismo effettivo può essere molto simile sotto tutti gli aspetti tranne il posizionamento del rubinetto di pressione di retroazione. Come in altri meccanismi di controllo del feedback, il livello di smorzamento è importante per ottenere un equilibrio tra risposta rapida a un cambiamento della pressione misurata e stabilità dell’uscita. Uno smorzamento insufficiente può portare all’oscillazione di caccia della pressione controllata, mentre un eccessivo attrito delle parti mobili può causare isteresi.

Regolatore di riduzione della pressione

Funzionamento

La funzione primaria di un regolatore di riduzione della pressione è quella di abbinare il flusso di gas attraverso il regolatore alla domanda di gas posta su di esso, mantenendo una pressione di uscita sufficientemente costante. Se il flusso di carico diminuisce, anche il flusso del regolatore deve diminuire. Se il flusso di carico aumenta, il flusso del regolatore deve aumentare per evitare che la pressione controllata diminuisca a causa di una carenza di gas nel sistema di pressione. È auspicabile che la pressione controllata non vari notevolmente dal set point per un’ampia gamma di portate, ma è anche auspicabile che il flusso attraverso il regolatore sia stabile e che la pressione regolata non sia soggetta a oscillazioni eccessive.

Un regolatore di pressione comprende un elemento di limitazione, un elemento di carico e un elemento di misura:

• L’elemento limitante è una valvola che può fornire una restrizione variabile al flusso, come una valvola a globo, valvola a farfalla, valvola a fungo, ecc.
• L’elemento di caricamento è una parte che può applicare la forza necessaria all’elemento di limitazione. Questo carico può essere fornito da un peso, una molla, un attuatore a pistone o l’attuatore a membrana in combinazione con una molla.
• L’elemento di misura funziona per determinare quando il flusso di ingresso è uguale al flusso di uscita. Il diaframma stesso è spesso usato come elemento di misura; può servire come elemento combinato.

Nel regolatore monostadio raffigurato, un bilanciamento della forza viene utilizzato sul diaframma per controllare una valvola a fungo al fine di regolare la pressione. Senza pressione di ingresso, la molla sopra il diaframma spinge verso il basso sulla valvola a fungo, tenendolo aperto. Una volta introdotta la pressione di ingresso, l’otturatore aperto consente il flusso al diaframma e la pressione nella camera superiore aumenta, fino a quando il diaframma viene spinto verso l’alto contro la molla, causando l’otturatore a ridurre il flusso, fermando infine un ulteriore aumento della pressione. Regolando la vite superiore, la pressione verso il basso sul diaframma può essere aumentata, richiedendo più pressione nella camera superiore per mantenere l’equilibrio. In questo modo, la pressione di uscita del regolatore è controllata.

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

F : molla a diaframma vigore {\displaystyle F:{\text{ diaframma molla}}}

f : otturatore molla {\displaystyle f:{\text{ otturatore molla}}}
P i : pressione di ingresso {\displaystyle P_{i}:{\text{ pressione di ingresso}}}
P o : pressione di uscita {\displaystyle P{o}:{\text{ pressione di uscita}}}
s : otturatore area {\displaystyle s:{\text{ otturatore area}}}

S : membrana area {\displaystyle S:{\text{ diaframma area}}}

Singolo stadio

Singolo stadio regolatore di pressione

di gas ad Alta pressione per la fornitura entra il regolatore attraverso la porta di ingresso. Il manometro di ingresso indicherà questa pressione. Il gas passa quindi attraverso l’orifizio della valvola di controllo della pressione normalmente aperto e la pressione a valle aumenta fino a quando il diaframma di azionamento della valvola viene deviato sufficientemente da chiudere la valvola, impedendo a qualsiasi altro gas di entrare nel lato di bassa pressione fino a quando la pressione scende nuovamente. Il manometro di uscita indicherà questa pressione.

La pressione di uscita sul diaframma e la pressione di ingresso e la forza della molla a fungo sulla parte a monte della valvola tengono il gruppo diaframma/otturatore in posizione chiusa contro la forza della molla di carico del diaframma. Se la pressione di alimentazione cade, la forza di chiusura dovuta alla pressione di alimentazione viene ridotta e la pressione a valle aumenterà leggermente per compensare. Pertanto, se la pressione di alimentazione diminuisce, la pressione di uscita aumenterà, a condizione che la pressione di uscita rimanga al di sotto della pressione di alimentazione in caduta. Questa è la causa della discarica di fine serbatoio in cui l’alimentazione è fornita da un serbatoio di gas pressurizzato. L’operatore può compensare questo effetto regolando il carico della molla ruotando la manopola per riportare la pressione di uscita al livello desiderato. Con un regolatore a singolo stadio, quando la pressione di alimentazione si abbassa, la pressione di ingresso inferiore fa salire la pressione di uscita. Se la compressione della molla di carico del diaframma non viene regolata per compensare, l’otturatore può rimanere aperto e consentire al serbatoio di scaricare rapidamente il contenuto rimanente.

Regolatore a doppio stadio

Regolatore di pressione a due stadi

I regolatori a due stadi sono due regolatori in serie nello stesso alloggiamento che operano per ridurre progressivamente la pressione in due passaggi anziché uno. Il primo stadio, che è preimpostato, riduce la pressione del gas di alimentazione a uno stadio intermedio; il gas a quella pressione passa nel secondo stadio. Il gas emerge dal secondo stadio ad una pressione (pressione di esercizio) impostata dall’utente regolando la manopola di controllo della pressione sulla molla di carico del diaframma. I regolatori a due stadi possono avere due valvole di sicurezza, in modo che se c’è una pressione eccessiva tra gli stadi a causa di una perdita nella sede della valvola del primo stadio, la pressione crescente non sovraccaricherà la struttura e causerà un’esplosione.

Un regolatore monostadio sbilanciato può richiedere frequenti regolazioni. Quando la pressione di alimentazione scende, la pressione di uscita può cambiare, rendendo necessaria la regolazione. Nel regolatore a due stadi, vi è una compensazione migliorata per qualsiasi calo della pressione di alimentazione.

Applicazioni

Regolatori di riduzione della pressione

Compressori d’aria

I compressori d’aria sono utilizzati in ambienti industriali, commerciali e domestici per eseguire un assortimento di lavori, tra cui soffiare cose pulite; eseguire utensili ad aria compressa; e gonfiare cose come pneumatici, palle, ecc. Regolatori sono spesso utilizzati per regolare la pressione che esce da un ricevitore d’aria (serbatoio) per abbinare ciò che è necessario per il compito. Spesso, quando un compressore di grandi dimensioni viene utilizzato per fornire aria compressa per molteplici usi (spesso indicato come “shop air” se costruito come installazione permanente di tubi in tutto un edificio), verranno utilizzati regolatori aggiuntivi per garantire che ogni strumento o funzione separata riceva la pressione di cui ha bisogno. Questo è importante perché alcuni utensili pneumatici, o usi per aria compressa, richiedono pressioni che possono causare danni ad altri strumenti o materiali.

Aeromobili

I regolatori di pressione si trovano nella pressurizzazione della cabina degli aeromobili, nel controllo della pressione della tenuta del baldacchino, nei sistemi di acqua potabile e nella pressurizzazione della guida d’onda.

Aerospaziale

I regolatori di pressione aerospaziali hanno applicazioni nel controllo della pressione di propulsione per sistemi di controllo di reazione (RCS) e sistemi di controllo di assetto (ACS), dove sono presenti vibrazioni elevate, grandi temperature estreme e fluidi corrosivi.

Cottura

I recipienti pressurizzati possono essere utilizzati per cucinare il cibo molto più rapidamente che a pressione atmosferica, poiché la pressione più alta aumenta il punto di ebollizione del contenuto. Tutte le moderne pentole a pressione avranno una valvola di regolazione della pressione e una valvola limitatrice di pressione come meccanismo di sicurezza per prevenire l’esplosione nel caso in cui la valvola di regolazione della pressione non riesca a rilasciare adeguatamente la pressione. Alcuni modelli più vecchi mancano di una valvola di rilascio di sicurezza. La maggior parte dei modelli di cucina casalinga sono costruiti per mantenere un’impostazione di bassa e alta pressione. Queste impostazioni sono di solito da 7 a 15 libbre per pollice quadrato (da 0,48 a 1,03 bar). Quasi tutte le unità di cottura domestiche impiegheranno un semplice regolatore di pressione monostadio. I modelli più vecchi useranno semplicemente un piccolo peso sopra un’apertura che sarà sollevata da una pressione eccessiva per consentire al vapore in eccesso di fuoriuscire. I modelli più recenti di solito incorporano una valvola a molla che solleva e consente alla pressione di fuoriuscire man mano che la pressione nella nave aumenta. Alcune pentole a pressione avranno un’impostazione a sgancio rapido sulla valvola del regolatore di pressione che, essenzialmente, abbasserà la tensione della molla per consentire alla pressione di fuoriuscire ad una velocità rapida, ma comunque sicura. Le cucine commerciali utilizzano anche pentole a pressione, in alcuni casi utilizzando pentole a pressione a base di olio per friggere rapidamente fast food. Recipienti a pressione di questo tipo possono anche essere utilizzati come autoclavi per sterilizzare piccoli lotti di attrezzature e nelle operazioni di inscatolamento domestico.

Riduzione della pressione dell’acqua

Regolatore di pressione per l’approvvigionamento idrico domestico. La pressione di uscita viene impostata con il volantino blu e visualizzata sulla scala verticale.

Una valvola di regolazione della pressione dell’acqua limita l’afflusso cambiando dinamicamente l’apertura della valvola in modo che quando meno pressione è sul lato esterno, la valvola si apre completamente e troppa pressione sul lato esterno provoca la chiusura della valvola. In una situazione di assenza di pressione, in cui l’acqua potrebbe scorrere all’indietro, non sarà ostacolata. Una valvola di regolazione della pressione dell’acqua non funziona come valvola di ritegno.

Sono utilizzati in applicazioni in cui la pressione dell’acqua è troppo alta alla fine della linea per evitare danni a apparecchi o tubi.

Saldatura e taglio

I processi di saldatura e taglio ossicombustibile richiedono gas a pressioni specifiche e i regolatori saranno generalmente utilizzati per ridurre le alte pressioni dei cilindri di stoccaggio a quelle utilizzabili per il taglio e la saldatura. I regolatori di ossigeno e gas combustibile di solito hanno due fasi: Il primo stadio del regolatore rilascia il gas a pressione costante dal cilindro nonostante la pressione nel cilindro diminuisca man mano che il gas viene rilasciato. Il secondo stadio del regolatore controlla la riduzione della pressione dalla pressione intermedia alla bassa pressione. La portata finale può essere regolata alla torcia. Il gruppo regolatore di solito ha due manometri, uno che indica la pressione del cilindro, l’altro che indica la pressione di mandata. La saldatura ad arco a gas inerte utilizza anche gas immagazzinato ad alta pressione fornito attraverso un regolatore. Ci può essere un misuratore di portata calibrato per il gas specifico.

Gas propano/LP

Tutte le applicazioni di gas propano e LP richiedono l’uso di un regolatore. Poiché le pressioni nei serbatoi di propano possono variare significativamente con la temperatura, i regolatori devono essere presenti per fornire una pressione costante agli apparecchi a valle. Questi regolatori normalmente compensano le pressioni del serbatoio tra 30-200 libbre per pollice quadrato (2,1-13,8 bar) e comunemente forniscono 11 pollici colonna d’acqua 0,4 libbre per pollice quadrato (28 mbar) per applicazioni residenziali e 35 pollici di colonna d’acqua 1.3 libbre per pollice quadrato (90 mbar) per applicazioni industriali. I regolatori di propano differiscono per dimensioni e forma, pressione di mandata e regolabilità, ma sono uniformi nel loro scopo di fornire una pressione di uscita costante per i requisiti a valle. Le impostazioni internazionali comuni per i regolatori nazionali del gas LP sono 28 mbar per il butano e 37 mbar per il propano.

Veicoli alimentati a gas

Tutti i motori per veicoli che funzionano a gas compresso come combustibile (motore a combustione interna o motopropulsore elettrico a celle a combustibile) richiedono un regolatore di pressione per ridurre la pressione del gas immagazzinato (GNC o idrogeno} da 700, 500, 350 o 200 bar (o 70, 50, 35 e 20 MPa) alla pressione di esercizio.)

veicoli

Per veicoli con impianto idraulico, di un regolatore di pressione è necessaria per ridurre la pressione dell’acqua esterno collegato al veicolo, l’impianto idraulico, come l’alimentazione può essere un molto più elevato rispetto al campeggio, e la pressione dell’acqua dipende dall’altezza della colonna d’acqua. Senza un regolatore di pressione, l’intensa pressione incontrata in alcuni campeggi nelle zone montuose può essere sufficiente a scoppiare i tubi dell’acqua del camper o spodestare i giunti idraulici, causando inondazioni. Regolatori di pressione per questo scopo sono in genere venduti come piccoli accessori a vite che si adattano in linea con i tubi utilizzati per collegare un camper alla rete idrica, che sono quasi sempre vite-thread-compatibile con il tubo da giardino comune.

Alimentazione del gas di respirazione

I regolatori di pressione sono utilizzati con bombole subacquee per le immersioni subacquee. Il serbatoio può contenere pressioni superiori a 3.000 libbre per pollice quadrato (210 bar), che potrebbero causare una lesione barotrauma fatale a una persona che lo respira direttamente. Un regolatore controllato a richiesta fornisce un flusso di gas respirante alla pressione ambiente (che varia in base alla profondità nell’acqua). I regolatori di riduzione della pressione vengono utilizzati anche per fornire gas di respirazione ai subacquei forniti in superficie e alle persone che utilizzano respiratori autonomi per lavori di salvataggio e hazmat a terra. L’ossigeno supplementare per il volo ad alta quota in aeromobili non pressurizzati e i gas medicali vengono erogati anche attraverso regolatori di riduzione della pressione provenienti dallo stoccaggio ad alta pressione.

Industria mineraria

Poiché la pressione aumenta rapidamente in relazione alla profondità, le operazioni minerarie sotterranee richiedono un sistema idrico abbastanza complesso con valvole di riduzione della pressione. Questi dispositivi devono essere installati ad un certo intervallo di distanza, di solito 600 piedi (180 m). Senza tali valvole, i tubi sarebbero facilmente scoppiati e la pressione sarebbe troppo grande per il funzionamento delle apparecchiature.

Industria del gas naturale

I regolatori di pressione sono ampiamente utilizzati nell’industria del gas naturale. Il gas naturale viene compresso ad alte pressioni per essere distribuito in tutto il paese attraverso grandi condotte di trasmissione. La pressione di trasmissione può essere superiore a 1.000 libbre per pollice quadrato (69 bar) e deve essere ridotta attraverso varie fasi a una pressione utilizzabile per applicazioni industriali, commerciali e residenziali. Ci sono tre posizioni principali di riduzione della pressione in questo sistema di distribuzione. La prima riduzione si trova alla porta della città, mentre la pressione di trasmissione è scesa a una pressione di distribuzione per alimentare in tutta la città. Questo è anche il luogo in cui il gas naturale inodore viene odorato con mercaptano. La pressione di distribuzione viene ulteriormente ridotta in una stazione di regolazione distrettuale, situata in vari punti della città, al di sotto di 60 psig. Il taglio finale si verificherebbe nella posizione degli utenti finali. Generalmente, la riduzione dell’utente finale viene presa a basse pressioni che vanno da 0,25 psig a 5 psig. Alcune applicazioni industriali possono richiedere una pressione più elevata.

Regolatori di contropressione

• Mantenere il controllo della pressione a monte nei sistemi analitici o di processo
• Proteggere le apparecchiature sensibili dai danni da sovrapressione
• Ridurre la differenza di pressione su un componente che non tollera grandi differenze di pressione.
• Linee di vendita del gas
• Navi di produzione (ad es., Separatori, trattatori del radiatore o knockouts liberi dell’acqua)
• Linee del chiarore o dello sfiato

Camere iperbariche

Dove la caduta di pressione su un sistema di scarico incorporato del sistema di respirazione è troppo grande, tipicamente nei sistemi di saturazione, un regolatore di contropressione può essere usato per ridurre la caduta di pressione

Recuperare immersioni caschi

La profondità alla quale la maggior parte heliox respirazione di miscele in superficie-fornito di immersione è generalmente almeno 5 bar sopra la pressione atmosferica superficiale, e il gas di scarico dal subacqueo deve passare attraverso una bonifica della valvola, che è una domanda controllato valvola di pressione posteriore attivato dall’aumento di pressione nel casco da palombaro causato da diver espirazione. Il tubo del gas di recupero che riporta il gas esalato in superficie per il riciclaggio non deve avere una differenza di pressione troppo grande rispetto alla pressione ambientale del subacqueo. Un ulteriore regolatore di contropressione in questa linea consente una regolazione più fine della valvola di recupero per un minore lavoro di respirazione a profondità variabili.

Vedi anche

• Built-in sistema di respirazione di Sistema per la fornitura di gas di respirazione on demand interno di uno spazio confinato
• Controllo valvola di controllo del Flusso del dispositivo
• feedback Negativo – sistema di Controllo utilizzato per ridurre le escursioni dal valore desiderato

• Animazioni di pressione

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