Regulator ciśnienia

butle tlenowe i gazowe MAPP z dwustopniowymi regulatorami ciśnienia

schemat reduktora ciśnienia (a) i reduktora przeciwciśnienia (B). Górne Schematy pokazują stan normalny dla zaworów, które są normalnie otwarte dla reduktorów ciśnienia i normalnie zamknięte dla zaworów przeciwciśnieniowych.

• 1. Śruba do ustawiania ciśnienia
• 2. Wiosna
• 3. Siłownik
• 4. Port wlotowy (wysokie ciśnienie)
• 5. Port wylotowy (niskie ciśnienie)
• 6. Korpus zaworu
• 7. Korona i gniazdo zaworu

Symbole schematów dla reduktorów ciśnienia i przeciwciśnienia. Różnica pojęciowa polega głównie na tym, z której strony pochodzi sprzężenie zwrotne.

regulator Ciśnienia to zawór, który kontroluje ciśnienie płynu lub gazu 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, sterownika i zaworu przepływowego.

występują dwa typy: reduktor ciśnienia i reduktor ciśnienia zwrotnego.

• reduktor ciśnienia jest zaworem regulacyjnym, który zmniejsza ciśnienie wejściowe płynu lub gazu do pożądanej wartości na wyjściu. Jest to zawór normalnie otwarty i jest instalowany przed urządzeniami wrażliwymi na nacisk.
• regulator ciśnienia zwrotnego, zawór przeciwciśnieniowy, zawór podtrzymujący ciśnienie lub regulator podtrzymujący ciśnienie jest zaworem regulacyjnym, który utrzymuje ustawione ciśnienie po stronie wlotowej, otwierając, aby umożliwić przepływ, gdy ciśnienie wlotowe przekroczy ustawioną wartość. Różni się od zaworu nadmiarowego tym, że zawór nadciśnieniowy jest przeznaczony tylko do otwarcia, gdy zawarte ciśnienie jest nadmierne, i nie jest wymagane, aby utrzymać ciśnienie na stałym poziomie. Różnią się one od reduktorów redukujących ciśnienie tym, że reduktor redukujący ciśnienie kontroluje ciśnienie w dolnym biegu i jest niewrażliwy na ciśnienie w górnym biegu. Jest to normalnie zamknięty zawór, który może być instalowany równolegle z wrażliwym sprzętem lub za wrażliwym sprzętem, aby zapewnić przeszkodę w przepływie, a tym samym utrzymać ciśnienie wyjściowe.

Oba typy regulatorów wykorzystują sprzężenie zwrotne regulowanego ciśnienia jako wejście do mechanizmu sterującego i są zwykle uruchamiane przez sprężynową membranę lub tłok reagujący na zmiany ciśnienia sprzężenia zwrotnego w celu sterowania otwarciem zaworu, aw 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 umieszczania kranu ciśnieniowego sprzężenia zwrotnego. Podobnie jak w innych mechanizmach kontroli sprzężenia zwrotnego, poziom tłumienia jest ważny dla osiągnięcia równowagi między szybką reakcją na zmianę mierzonego ciśnienia, a stabilnością wyjścia. Niewystarczające tłumienie może prowadzić do oscylacji kontrolowanego ciśnienia, natomiast nadmierne tarcie części ruchomych może powodować histerezę.

reduktor ciśnienia

działanie

podstawową funkcją reduktora ciśnienia jest dopasowanie przepływu gazu przez reduktor do zapotrzebowania na gaz, przy zachowaniu wystarczająco stałego ciśnienia wyjściowego. Jeśli przepływ obciążenia maleje, to przepływ regulatora musi również się zmniejszyć. Jeśli przepływ obciążenia wzrasta, przepływ regulatora musi wzrosnąć, aby kontrolowane ciśnienie nie spadło z powodu braku gazu w układzie ciśnieniowym. Pożądane jest, aby kontrolowane ciśnienie nie różniło się znacznie od punktu zadanego dla szerokiego zakresu natężeń przepływu, ale pożądane jest również, aby przepływ przez regulator był stabilny, a regulowane ciśnienie nie podlegało nadmiernym oscylacjom.

regulator ciśnienia zawiera element ograniczający, element ładujący i element pomiarowy:

• elementem ograniczającym jest zawór, który może zapewnić zmienne ograniczenie przepływu, takie jak zawór kulowy, Zawór motylkowy, zawór grzybkowy itp.
• element ładujący jest częścią, która może przyłożyć potrzebną siłę do elementu ograniczającego. Obciążenie to może być zapewnione przez ciężar, sprężynę, siłownik tłokowy lub Siłownik membranowy w połączeniu ze sprężyną.
• element pomiarowy działa w celu określenia, kiedy przepływ wlotowy jest równy przepływowi wylotowemu. Sama membrana jest często używana jako element pomiarowy; może służyć jako element łączony.

na zdjęciu regulator jednostopniowy, balans siły jest używany na membranie do sterowania zaworem grzybkowym w celu regulacji ciśnienia. Bez ciśnienia wlotowego sprężyna nad membraną popycha ją w dół na zawór grzybkowy, utrzymując go otwartym. Po wprowadzeniu ciśnienia wlotowego Otwarta Grzybek umożliwia przepływ do membrany, a ciśnienie w górnej komorze wzrasta, aż membrana zostanie popchnięta do góry względem sprężyny, powodując zmniejszenie przepływu przez Grzybek, ostatecznie zatrzymując dalszy wzrost ciśnienia. Regulując górną śrubę, można zwiększyć ciśnienie w dół na membranie, wymagając większego ciśnienia w górnej komorze, aby utrzymać równowagę. W ten sposób kontrolowane jest ciśnienie wylotowe regulatora.

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

f : siła sprężyny membrany {\displaystyle F:{\text{ siła sprężyny membrany}}}

f : poppet Spring force {\displaystyle f:{\text{ poppet spring force}}}
P i : ciśnienie wlotowe {\displaystyle P_{i}:{\text{ inlet pressure}}}
P O : ciśnienie wylotowe {\displaystyle P_{o}:{\text{ outlet pressure}}}
s : powierzchnia grzybka {\displaystyle s:{\text{ poppet area}}}

S: OBSZAR membrany {\displaystyle S: {\text{ obszar membrany}}}

regulator jednostopniowy

jednostopniowy regulator ciśnienia

gaz pod wysokim ciśnieniem z dopływu dostaje się do regulatora przez port wlotowy. Manometr na wlocie wskaże to ciśnienie. Gaz przechodzi następnie przez normalnie otwarty otwór zaworu regulacji ciśnienia, a ciśnienie na dole wzrasta, aż membrana uruchamiająca zawór zostanie odchylona wystarczająco, aby zamknąć zawór, zapobiegając przedostawaniu się gazu do strony niskiego ciśnienia, aż ciśnienie ponownie spadnie. Manometr wylotowy wskaże to ciśnienie.

ciśnienie wylotowe na membranie oraz ciśnienie wlotowe i siła sprężyny grzybkowej na górnej części zaworu utrzymują zespół membrany/grzybka w pozycji zamkniętej przed siłą sprężyny ładującej membranę. Jeśli ciśnienie zasilania spadnie, siła zamykania z powodu ciśnienia zasilania jest zmniejszona, a ciśnienie w dół nieznacznie wzrośnie, aby zrekompensować. Tak więc, jeśli ciśnienie zasilania spadnie, ciśnienie wylotowe wzrośnie, pod warunkiem, że ciśnienie wylotowe pozostanie poniżej spadającego ciśnienia zasilania. Jest to przyczyną zrzutu na koniec zbiornika, gdzie zasilanie jest zapewniane przez zbiornik gazu pod ciśnieniem. Operator może zrekompensować ten efekt, regulując obciążenie sprężyny, obracając pokrętło, aby przywrócić ciśnienie wylotowe do pożądanego poziomu. W przypadku regulatora jednostopniowego, gdy ciśnienie zasilania staje się niskie, niższe ciśnienie wlotowe powoduje wzrost ciśnienia wylotowego. Jeśli ściskanie sprężyny ładującej membranę nie jest dostosowane w celu kompensacji, Grzybek może pozostać otwarty i pozwolić zbiornikowi na szybkie zrzucenie pozostałej zawartości.

Regulator dwustopniowy

dwustopniowy regulator ciśnienia

dwustopniowe regulatory to dwa regulatory szeregowo w tej samej obudowie, które działają w celu stopniowego zmniejszania ciśnienia w dwóch krokach zamiast jednego. Pierwszy etap, który jest ustawiony, zmniejsza ciśnienie gazu zasilającego do etapu pośredniego; gaz pod tym ciśnieniem przechodzi do drugiego etapu. Gaz wyłania się z drugiego stopnia pod ciśnieniem (ciśnieniem roboczym) ustawionym przez użytkownika poprzez regulację pokrętła regulacji ciśnienia na sprężynie ładującej membranę. Dwustopniowe regulatory mogą mieć dwa zawory bezpieczeństwa, dzięki czemu w przypadku nadmiernego ciśnienia między stopniami z powodu wycieku w gnieździe zaworu pierwszego stopnia, rosnące ciśnienie nie przeciąży konstrukcji i nie spowoduje wybuchu.

niezrównoważony jednostopniowy regulator może wymagać częstej regulacji. Wraz ze spadkiem ciśnienia zasilania ciśnienie wylotowe może ulec zmianie, co wymaga regulacji. W dwustopniowym regulatorze istnieje ulepszona kompensacja każdego spadku ciśnienia zasilania.

zastosowania

Reduktory ciśnienia

Sprężarki Powietrza

sprężarki powietrza są używane w przemysłowych, komercyjnych i domowych środowiskach warsztatowych do wykonywania szeregu zadań, w tym dmuchania rzeczy w czyste; uruchamianie narzędzi napędzanych powietrzem; i pompowanie rzeczy, takich jak opony, kulki itp. Regulatory są często używane do regulacji ciśnienia wychodzącego z odbiornika powietrza (zbiornika), aby dopasować to, co jest potrzebne do zadania. Często, gdy jedna duża sprężarka jest używana do dostarczania sprężonego powietrza do wielu zastosowań (często określana jako „powietrze sklepowe”, jeśli jest zbudowana jako stała instalacja rur w całym budynku), stosowane będą dodatkowe regulatory, aby zapewnić, że każde oddzielne narzędzie lub funkcja otrzymuje wymagane ciśnienie. Jest to ważne, ponieważ niektóre narzędzia pneumatyczne lub zastosowania sprężonego powietrza wymagają ciśnień, które mogą spowodować uszkodzenie innych narzędzi lub materiałów.

samoloty

Reduktory ciśnienia znajdują się w podnoszeniu ciśnienia w kabinie samolotu, kontroli ciśnienia uszczelnienia czaszy, systemach wody pitnej i ciśnieniowaniu falowodów.

Aerospace

Aerospace regulatory ciśnienia mają zastosowanie w kontroli ciśnienia napędu w systemach kontroli reakcji (RCS) i systemach kontroli położenia (ACS), gdzie występują wysokie wibracje, Duże ekstremalne temperatury i płyny korozyjne.

gotowanie

naczynia pod ciśnieniem mogą być używane do gotowania żywności znacznie szybciej niż pod ciśnieniem atmosferycznym, ponieważ wyższe ciśnienie podnosi temperaturę wrzenia zawartości. Wszystkie nowoczesne szybkowary będą miały zawór regulatora ciśnienia i zawór nadmiarowy ciśnienia jako mechanizm bezpieczeństwa, aby zapobiec eksplozji w przypadku, gdy zawór regulatora ciśnienia nie uwolni odpowiednio ciśnienia. Niektóre starsze modele nie posiadają zaworu bezpieczeństwa. Większość domowych modeli gotowania jest zbudowana w celu utrzymania niskiego i wysokiego ciśnienia. Te ustawienia są zwykle 7 do 15 funtów na cal kwadratowy (0,48 do 1,03 bar). Prawie wszystkie domowe urządzenia kuchenne będą korzystać z bardzo prostego jednostopniowego regulatora ciśnienia. Starsze modele będą po prostu używać niewielkiej wagi na szczycie otworu, który zostanie podniesiony przez nadmierne ciśnienie, aby umożliwić ucieczkę nadmiaru pary. Nowsze modele zwykle zawierają sprężynowy zawór, który podnosi i umożliwia ucieczkę ciśnienia w miarę wzrostu ciśnienia w zbiorniku. Niektóre szybkowary będą miały ustawienie szybkiego uwalniania na zaworze regulatora ciśnienia, które zasadniczo obniży napięcie sprężyny, aby umożliwić ucieczkę ciśnienia w szybkim, ale nadal bezpiecznym tempie. Kuchnie komercyjne wykorzystują również szybkowary, w niektórych przypadkach używając szybkowarów na bazie oleju do szybkiego smażenia fast foodów. Zbiorniki ciśnieniowe tego rodzaju mogą być również stosowane jako autoklawy do sterylizacji małych partii sprzętu oraz w domowych operacjach konserwowania.

redukcja ciśnienia wody

regulator ciśnienia do domowego zaopatrzenia w wodę. Ciśnienie wylotowe ustawia się za pomocą niebieskiego pokrętła i pokazuje na skali pionowej.

zawór regulujący ciśnienie wody ogranicza dopływ poprzez dynamiczną zmianę otwarcia zaworu, tak aby gdy mniejsze ciśnienie jest po stronie zewnętrznej, zawór otwiera się całkowicie, a zbyt duże ciśnienie po stronie zewnętrznej powoduje zamknięcie zaworu. W sytuacji braku ciśnienia, gdy woda może płynąć do tyłu, nie będzie to utrudnione. Zawór regulujący ciśnienie wody nie działa jako zawór zwrotny.

są one stosowane w aplikacjach, w których ciśnienie wody jest zbyt wysokie na końcu linii, aby uniknąć uszkodzenia urządzeń lub rur.

spawanie i cięcie

procesy spawania i cięcia tlenowo-paliwowego wymagają gazów pod określonym ciśnieniem, a regulatory będą zwykle stosowane w celu zmniejszenia wysokich ciśnień butli magazynowych do tych nadających się do cięcia i spawania. Regulatory tlenu i gazu mają zwykle dwa etapy: Pierwszy stopień regulatora uwalnia gaz przy stałym ciśnieniu z butli, mimo że ciśnienie w butli staje się mniejsze w miarę uwalniania gazu. Drugi stopień regulatora steruje redukcją ciśnienia z ciśnienia pośredniego do niskiego ciśnienia. Końcowe natężenie przepływu można regulować na palniku. Zespół regulatora ma zwykle dwa manometry, jeden wskazujący ciśnienie w cylindrze, drugi wskazujący ciśnienie dostawy. Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego wykorzystuje również Gaz przechowywany pod wysokim ciśnieniem dostarczany przez regulator. Może istnieć wskaźnik przepływu skalibrowany do określonego gazu.

gaz propan /LP

wszystkie zastosowania gazu propan i LP wymagają użycia regulatora. Ponieważ ciśnienie w zbiornikach z propanem może ulegać znacznym wahaniom wraz z temperaturą, regulatory muszą być obecne, aby dostarczać stałe ciśnienie do urządzeń końcowych. Regulatory te zwykle kompensują ciśnienie w zbiorniku między 30-200 funtów na cal kwadratowy (2.1-13.8 bar) i zwykle dostarczają 11 cali słupa wody 0.4 funtów na cal kwadratowy (28 mbar) do zastosowań domowych i 35 cali słupa wody 1.3 funty na cal kwadratowy (90 mbar) do zastosowań przemysłowych. Regulatory propanu różnią się wielkością i kształtem, ciśnieniem dostarczania i możliwością regulacji, ale są jednolite w swoim celu, aby zapewnić stałe ciśnienie wylotowe dla wymagań niższego szczebla. Typowe ustawienia międzynarodowe dla krajowych regulatorów gazu LP to 28 mbar dla butanu i 37 mbar dla propanu.

pojazdy zasilane gazem

wszystkie silniki pojazdów napędzane sprężonym gazem jako paliwem (silnik spalinowy wewnętrznego spalania lub Elektryczny układ napędowy ogniwa paliwowego) wymagają regulatora ciśnienia w celu zmniejszenia ciśnienia zmagazynowanego gazu (CNG lub wodór) z 700, 500, 350 lub 200 barów (lub 70, 50, 35 I 20 MPa) do ciśnienia roboczego.)

pojazdy rekreacyjne

w przypadku pojazdów rekreacyjnych z instalacją wodną wymagany jest regulator ciśnienia w celu zmniejszenia ciśnienia zewnętrznego źródła wody podłączonego do instalacji wodno-kanalizacyjnej pojazdu, ponieważ zasilanie może być znacznie wyższe niż pole namiotowe, a ciśnienie wody zależy od wysokości słupa wody. Bez regulatora ciśnienia silne ciśnienie występujące na niektórych kempingach w obszarach górskich może wystarczyć do rozerwania rur wodociągowych kampera lub odłączenia połączeń hydraulicznych, powodując zalanie. Reduktory ciśnienia do tego celu są zazwyczaj sprzedawane jako małe wkręcane akcesoria, które pasują do przewodów używanych do podłączenia RV do źródła wody, które prawie zawsze są kompatybilne z gwintem wspólnego węża ogrodowego.

dostawa gazu oddechowego

Regulatory Ciśnienia są używane z butlami do nurkowania. Zbiornik może zawierać ciśnienie przekraczające 3,000 funtów na cal kwadratowy (210 bar), co może spowodować śmiertelne obrażenia barotrauma osoby oddychającej bezpośrednio. Regulator sterowany zapotrzebowaniem zapewnia przepływ gazu oddechowego pod ciśnieniem otoczenia (które zmienia się w zależności od głębokości w wodzie). Reduktory ciśnienia są również używane do dostarczania gazu oddechowego nurkom zaopatrzonym w powierzchnię i osobom, które używają samodzielnego aparatu oddechowego do pracy ratowniczej i hazmat na lądzie. Uzupełniający tlen do lotów na dużej wysokości w samolotach bezciśnieniowych i gazy medyczne są również dozowane przez reduktory redukujące ciśnienie z magazynowania wysokociśnieniowego.

przemysł wydobywczy

ponieważ ciśnienie szybko rośnie w stosunku do głębokości, podziemne operacje wydobywcze wymagają dość złożonego systemu wodnego z zaworami redukcyjnymi ciśnienia. Urządzenia te muszą być instalowane w określonym przedziale odległości, Zwykle 600 stóp (180 m). Bez takich zaworów rury łatwo pękałyby, a ciśnienie byłoby zbyt duże do pracy urządzenia.

przemysł gazu ziemnego

Reduktory ciśnienia są szeroko stosowane w przemyśle gazu ziemnego. Gaz ziemny jest sprężany do wysokich ciśnień w celu dystrybucji na terenie całego kraju za pośrednictwem dużych rurociągów przesyłowych. Ciśnienie transmisji może wynosić ponad 1000 funtów na cal kwadratowy (69 barów) i musi być zmniejszane na różnych etapach do ciśnienia użytecznego do zastosowań przemysłowych, komercyjnych i mieszkaniowych. Istnieją trzy główne miejsca redukcji ciśnienia w tym systemie dystrybucji. Pierwsza redukcja znajduje się przy bramie miejskiej, natomiast ciśnienie przesyłowe spada do ciśnienia dystrybucyjnego w celu zasilania w całym mieście. Jest to również miejsce, w którym bezwonny gaz ziemny jest zapachowany merkaptanem. Ciśnienie dystrybucji jest dalej zmniejszane na Powiatowej Stacji regulacyjnej, znajdującej się w różnych punktach miasta, do poniżej 60 psig. Ostateczne cięcie nastąpiłoby w lokalizacji użytkowników końcowych. Ogólnie rzecz biorąc, redukcja użytkowników końcowych jest podejmowana do niskich ciśnień w zakresie od 0,25 psig do 5 psig. Niektóre zastosowania przemysłowe mogą wymagać wyższego ciśnienia.

Regulatory ciśnienia zwrotnego

• utrzymuj kontrolę ciśnienia wyjściowego w systemach analitycznych lub procesowych
• Chroń wrażliwe urządzenia przed uszkodzeniem nadciśnieniem
• zmniejsz różnicę ciśnień w stosunku do elementu, który nie toleruje dużych różnic ciśnień.
• linie sprzedaży gazu
• linie odpowietrzające lub flary

komory hiperbaryczne

gdzie spadek ciśnienia we wbudowanym układzie wydechowym układu oddechowego jest zbyt duży, zazwyczaj w systemach nasycenia można zastosować regulator ciśnienia zwrotnego w celu zmniejszenia spadku ciśnienia spalin do bezpieczniejszego i łatwiejszego w zarządzaniu ciśnienia.

kaski do nurkowania Reclaim

głębokość, przy której większość mieszanek oddechowych heliox jest używana w nurkowaniu powierzchniowym, wynosi na ogół co najmniej 5 bar nad ciśnieniem atmosferycznym, a gazy wylotowe z nurka muszą przejść przez zawór reclaim, który jest zaworem zwrotnym o kontrolowanym zapotrzebowaniu, aktywowanym przez wzrost ciśnienia w kasku nurka spowodowany wydechem nurka. Przewód gazowy reclaim, który przenosi wydychany gaz z powrotem na powierzchnię w celu recyklingu, nie może mieć zbyt dużej różnicy ciśnień od ciśnienia otoczenia u nurka. Dodatkowy regulator ciśnienia zwrotnego w tej linii pozwala na dokładniejsze ustawienie zaworu zwrotnego w celu zmniejszenia pracy oddychania na zmiennej głębokości.

Zobacz również

• wbudowany system oddechowy-System dostarczania gazu do oddychania na żądanie w zamkniętej przestrzeni
• Zawór Sterujący-urządzenie do regulacji przepływu
• ujemne sprzężenie zwrotne-system sterowania stosowany w celu zmniejszenia wycieków z pożądanej wartości

• animacje ciśnienia

w Wikimedia Commons znajdują się multimedia związane z regulatorami ciśnienia.