Tryckregulator

syre-och MAPP-gasflaskor med tvåstegs tryckregulatorer

schematiskt diagram över tryckreducerande regulator (A) och mottrycksregulator (B). De övre Diagrammen visar det normala tillståndet för ventilerna, som normalt är öppna för tryckreducerare och normalt stängda för mottrycksventiler.

• 1. Tryckinställningsskruv
• 2. Våren
• 3. Ställdon
• 4. Inloppsport (högt tryck)
• 5. Utloppsport (lågt tryck)
• 6. Ventilhus
• 7. Ventilkrona och säte

Diagram symboler för tryckreduktion och mottrycksregulatorer. Den konceptuella skillnaden är främst på vilken sida återkopplingen tas från.

en tryckregulator är en ventil som styr trycket hos en vätska eller gas till ett önskat värde, med negativ återkoppling från det kontrollerade trycket. Regulatorer används för gaser och vätskor och kan vara en integrerad anordning med en tryckinställning, en begränsare och en sensor i en kropp, eller bestå av en separat trycksensor, styrenhet och flödesventil.

två typer finns: tryckreduceringsregulatorn och mottrycksregulatorn.

• en tryckreducerande regulator är en reglerventil som minskar ingångstrycket för en vätska eller gas till ett önskat värde vid dess utgång. Det är en normalt öppen ventil och installeras uppströms tryckkänslig utrustning.
• en mottrycksregulator, mottrycksventil, tryckbärande ventil eller tryckbärande regulator är en reglerventil som upprätthåller det inställda trycket vid dess inloppssida genom att öppna för att tillåta flöde när inloppstrycket överstiger det inställda värdet. Det skiljer sig från en övertrycksavlastningsventil genom att övertrycksventilen endast är avsedd att öppnas när det inneslutna trycket är överdrivet, och det är inte nödvändigt att hålla uppströms tryck konstant. De skiljer sig från tryckreducerande regulatorer genom att tryckreducerande regulator styr nedströms tryck och är okänslig för uppströms tryck. Det är en normalt stängd ventil som kan installeras parallellt med känslig utrustning eller efter känslig utrustning för att ge ett hinder för flöde och därigenom upprätthålla uppströms tryck.

båda typerna av regulator använder återkoppling av det reglerade trycket som ingång till styrmekanismen och aktiveras vanligtvis av ett fjäderbelastat membran eller kolv som reagerar på förändringar i återkopplingstrycket för att styra ventilöppningen, och i båda fallen bör ventilen endast öppnas tillräckligt för att upprätthålla det inställda reglerade trycket. Den faktiska mekanismen kan vara mycket lika i alla avseenden utom placeringen av återkopplingstryckkranen. Liksom i andra återkopplingskontrollmekanismer är dämpningsnivån viktig för att uppnå en balans mellan Snabbt svar på en förändring i det uppmätta trycket och utgångsstabiliteten. Otillräcklig dämpning kan leda till jaktoscillation av det kontrollerade trycket, medan överdriven friktion av rörliga delar kan orsaka Hysteres.

tryckreducerande regulator

Drift

en tryckreducerande regulators primära funktion är att matcha gasflödet genom regulatorn till efterfrågan på gas som placeras på den, samtidigt som ett tillräckligt konstant utmatningstryck upprätthålls. Om lastflödet minskar måste regulatorflödet också minska. Om lastflödet ökar måste regulatorflödet öka för att hålla det kontrollerade trycket från att minska på grund av brist på gas i trycksystemet. Det är önskvärt att det kontrollerade trycket inte varierar kraftigt från börvärdet för ett brett spektrum av flödeshastigheter, men det är också önskvärt att flödet genom regulatorn är stabilt och det reglerade trycket inte utsätts för överdriven svängning.

en tryckregulator innehåller ett begränsande element, ett belastningselement och ett mätelement:

• begränsningselementet är en ventil som kan ge en variabel begränsning av flödet, såsom en kulventil, fjärilsventil, poppventil etc.
• lastelementet är en del som kan applicera den nödvändiga kraften på begränsningselementet. Denna belastning kan tillhandahållas av en vikt, en fjäder, ett kolvställdon eller membranställdonet i kombination med en fjäder.
• mätelementet fungerar för att bestämma när inloppsflödet är lika med utloppsflödet. Membranet i sig används ofta som ett mätelement, det kan fungera som ett kombinerat element.

i den avbildade enstegsregulatorn används en kraftbalans på membranet för att styra en poppventil för att reglera trycket. Utan inloppstryck trycker fjädern ovanför membranet ner den på tappventilen och håller den öppen. När inloppstrycket införs tillåter den öppna poppet flöde till membranet och trycket i den övre kammaren ökar tills membranet skjuts uppåt mot fjädern, vilket får poppet att minska flödet och slutligen stoppa ytterligare tryckökning. Genom att justera toppskruven kan det nedåtgående trycket på membranet ökas, vilket kräver mer tryck i den övre kammaren för att upprätthålla jämvikt. På detta sätt styrs regulatorns utloppstryck.

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

F : membranfjäderkraft {\displaystyle F:{\text{ membranfjäderkraft}}}

f : poppet spring force {\displaystyle f:{\text{ poppet spring force}}}
P i : inloppstryck {\displaystyle P_{i}:{\text{ inloppstryck}}}
p o : utloppstryck {\displaystyle P_{o}: {\text{ utloppstryck}}}
s : poppet area {\displaystyle s: {\text{ poppet area}}}

S: membranområde {\displaystyle S: {\text{ membranområde}}}

enstegsregulator

enstegs tryckregulator

högtrycksgas från tillförseln går in i regulatorn genom inloppsporten. Inloppstryckmätaren indikerar detta tryck. Gasen passerar sedan genom den normalt öppna tryckreglerventilöppningen och nedströmstrycket stiger tills ventilmanövreringsmembranet avböjs tillräckligt för att stänga ventilen, vilket förhindrar att mer gas kommer in i lågtryckssidan tills trycket sjunker igen. Utloppstryckmätaren indikerar detta tryck.

utloppstrycket på membranet och inloppstrycket och poppetfjäderkraften på den uppströms delen av ventilen håller membranet/poppet-enheten i stängt läge mot membranbelastningsfjäderns kraft. Om matningstrycket faller reduceras stängningskraften på grund av matningstrycket och nedströmstrycket stiger något för att kompensera. Således, om matningstrycket faller, kommer utloppstrycket att öka, förutsatt att utloppstrycket förblir under det fallande matningstrycket. Detta är orsaken till dumpning i slutet av tanken där tillförseln tillhandahålls av en trycksatt bensintank. Operatören kan kompensera för denna effekt genom att justera fjäderbelastningen genom att vrida vredet för att återställa utloppstrycket till önskad nivå. Med en enstegsregulator, när matningstrycket blir lågt, får det lägre inloppstrycket utloppstrycket att klättra. Om membranbelastningsfjäderkompressionen inte justeras för att kompensera, kan poppet förbli öppet och låta tanken snabbt dumpa det återstående innehållet.

dubbelstegsregulator

tvåstegs tryckregulator

tvåstegsregulatorer är två regulatorer i serie i samma hus som arbetar för att minska trycket gradvis i två steg istället för ett. Det första steget, som är förinställt, minskar trycket på tillförselgasen till ett mellanstadium; gas vid det trycket passerar in i det andra steget. Gasen kommer ut från det andra steget vid ett tryck (arbetstryck) som ställs in av användaren genom att justera tryckreglaget vid membranbelastningsfjädern. Tvåstegsregulatorer kan ha två säkerhetsventiler, så att om det finns övertryck mellan steg på grund av läckage vid första stegets ventilsäte kommer det stigande trycket inte att överbelasta strukturen och orsaka en explosion.

en obalanserad enstegsregulator kan behöva justeras ofta. När matningstrycket faller kan utloppstrycket ändras, vilket kräver justering. I tvåstegsregulatorn är det förbättrad kompensation för eventuella droppar i matningstrycket.

applikationer

tryckreducerande regulatorer

luftkompressorer

luftkompressorer används i industriella, kommersiella och hemverkstadsmiljöer för att utföra ett sortiment av jobb, inklusive att blåsa saker rena; köra luftdrivna verktyg; och blåsa upp saker som däck, bollar etc. Regulatorer används ofta för att justera trycket som kommer ut ur en luftmottagare (tank) för att matcha vad som behövs för uppgiften. Ofta, när en stor kompressor används för att leverera tryckluft för flera användningsområden (ofta kallad ”butiksluft” om den är byggd som en permanent installation av rör i hela en byggnad), kommer ytterligare regulatorer att användas för att säkerställa att varje separat verktyg eller funktion får det tryck den behöver. Detta är viktigt eftersom vissa luftverktyg, eller användningar för tryckluft, kräver tryck som kan orsaka skador på andra verktyg eller material.

Flygplan

tryckregulatorer finns i flygplanskabin trycksättning, canopy tätning tryckreglering, dricksvatten system och vågledare trycksättning.

Aerospace

Aerospace tryckregulatorer har tillämpningar i framdrivningstryckskontroll för reaktionskontrollsystem (RCS) och Attitydkontrollsystem (ACS), där höga vibrationer, stora extrema temperaturer och frätande vätskor är närvarande.

matlagning

tryckkärl kan användas för att laga mat mycket snabbare än vid atmosfärstryck, eftersom det högre trycket ökar innehållets kokpunkt. Alla moderna tryckkokare kommer att ha en tryckregulatorventil och en tryckavlastningsventil som en säkerhetsmekanism för att förhindra explosion i händelse av att tryckregulatorventilen inte släpper ut trycket tillräckligt. Vissa äldre modeller saknar en säkerhetsventil. De flesta husmanskost modeller är byggda för att upprätthålla en låg och hög tryckinställning. Dessa inställningar är vanligtvis 7 till 15 pund per kvadrattum (0,48 till 1,03 bar). Nästan alla husmanskost enheter kommer att anställa en mycket enkel enstegs tryckregulator. Äldre modeller kommer helt enkelt att använda en liten vikt ovanpå en öppning som kommer att lyftas av alltför stort tryck för att tillåta överflödig ånga att fly. Nyare modeller har vanligtvis en fjäderbelastad ventil som lyfter och låter trycket fly när trycket i kärlet stiger. Vissa tryckkokare kommer att ha en snabbkopplingsinställning på tryckregulatorventilen som i huvudsak sänker fjäderspänningen för att låta trycket fly i snabb men ändå säker takt. Kommersiella kök använder också tryckkokare, i vissa fall använder oljebaserade tryckkokare för att snabbt fritera snabbmat. Tryckkärl av detta slag kan också användas som autoklaver för att sterilisera små satser av utrustning och i konserveringsoperationer.

minskning av vattentrycket

tryckregulator för hushållens vattenförsörjning. Utloppstrycket ställs in med det blå handhjulet och visas på vertikal skala.

en vattentrycksregleringsventil begränsar inflödet genom att dynamiskt ändra ventilöppningen så att när mindre tryck är på utsidan öppnas ventilen helt och för mycket tryck på utsidan får ventilen att stängas. I en situation utan tryck, där vatten kan strömma bakåt, kommer det inte att hindras. En vattentrycksregleringsventil fungerar inte som en backventil.

de används i applikationer där vattentrycket är för högt i slutet av linjen för att undvika skador på apparater eller rör.

svetsning och skärning

Oxy-fuel svetsning och skärprocesser kräver gaser vid specifika tryck, och regulatorer kommer i allmänhet att användas för att minska de höga tryck av lagringscylindrar till de som kan användas för skärning och svetsning. Syre-och bränslegasregulatorer har vanligtvis två steg: Det första steget i regulatorn frigör gasen vid ett konstant tryck från cylindern trots att trycket i cylindern blir mindre när gasen släpps. Regulatorns andra steg styr tryckreduktionen från mellantrycket till lågt tryck. Den slutliga flödeshastigheten kan justeras vid brännaren. Regulatoraggregatet har vanligtvis två tryckmätare, en indikerar cylindertryck, den andra indikerar leveranstryck. Inert gasskärmad bågsvetsning använder också gas som lagras vid högt tryck som tillhandahålls genom en regulator. Det kan finnas en flödesmätare kalibrerad till den specifika gasen.

propan/gasol

alla propan-och GASOLTILLÄMPNINGAR kräver användning av en regulator. Eftersom Tryck i propantankar kan fluktuera avsevärt med temperaturen, regulatorer måste vara närvarande för att leverera ett stadigt tryck till nedströms apparater. Dessa regulatorer kompenserar normalt för tanktryck mellan 30-200 pund per kvadrattum (2,1–13,8 bar) och levererar vanligtvis 11 tum vattenkolonn 0,4 pund per kvadrattum (28 mbar) för bostadsapplikationer och 35 tum vattenkolonn 1.3 pund per kvadrattum (90 mbar) för industriella applikationer. Propanregulatorer skiljer sig åt i storlek och form, leveranstryck och justerbarhet, men är enhetliga i sitt syfte att leverera ett konstant utloppstryck för nedströmskrav. Vanliga internationella inställningar för inhemska LP-gasregulatorer är 28 mbar för butan och 37 mbar för propan.

gasdrivna fordon

alla fordonsmotorer som körs på komprimerad gas som bränsle (förbränningsmotor eller bränslecellselektrisk kraft) kräver en tryckregulator för att minska den lagrade gasen (CNG eller väte} tryck från 700, 500, 350 eller 200 bar (eller 70, 50, 35 och 20 MPa) till arbetstryck.)

fritidsfordon

för fritidsfordon med VVS krävs en tryckregulator för att minska trycket på en extern vattenförsörjning ansluten till fordonets VVS, eftersom tillförseln kan vara en mycket högre höjd än campingplatsen och vattentrycket beror på vattenkolonnens höjd. Utan en tryckregulator kan det intensiva trycket på vissa campingplatser i bergsområden vara tillräckligt för att spränga husbilens vattenrör eller lossa VVS-lederna och orsaka översvämningar. Tryckregulatorer för detta ändamål säljs vanligtvis som små skruvtillbehör som passar in i slangarna som används för att ansluta en husbil till vattenförsörjningen, som nästan alltid är skruvgänga-kompatibla med den vanliga trädgårdsslangen.

Andningsgasförsörjning

tryckregulatorer används med Dykcylindrar för dykning. Tanken kan innehålla tryck över 3000 pund per kvadrattum (210 bar), vilket kan orsaka en dödlig barotraumaskada på en person som andas direkt. En behovsstyrd regulator ger ett flöde av andningsgas vid omgivningstrycket (som varierar beroende på djup i vattnet). Tryckreducerande regulatorer används också för att leverera andningsgas till ytlevererade dykare och personer som använder fristående andningsapparater för räddning och hazmatarbete på land. Kompletterande syre för höghöjdsflygning i opressurerade flygplan och medicinska gaser avges också genom tryckreducerande regulatorer från högtryckslagring.

gruvindustri

eftersom trycket bygger snabbt i förhållande till djupet kräver underjordisk gruvdrift ett ganska komplext vattensystem med tryckreducerande ventiler. Dessa enheter måste installeras vid ett visst avståndsintervall, vanligtvis 600 fot (180 m). Utan sådana ventiler skulle rören lätt brista och trycket skulle vara för stort för utrustningens drift.

naturgasindustri

tryckregulatorer används i stor utsträckning inom naturgasindustrin. Naturgas komprimeras till höga tryck för att distribueras över hela landet genom stora överföringsledningar. Överföringstrycket kan vara över 1000 pund per kvadrattum (69 bar) och måste minskas genom olika steg till ett användbart tryck för industriella, kommersiella och bostadsapplikationer. Det finns tre huvudsakliga tryckreduceringsplatser i detta distributionssystem. Den första minskningen ligger vid stadsporten, medan överföringstrycket sänks till ett distributionstryck för att mata i hela staden. Detta är också den plats där den luktfria naturgasen luktas med merkaptan. Distributionstrycket reduceras ytterligare vid en distriktsregulatorstation, belägen vid olika punkter i staden, till under 60 psig. Den slutliga nedskärningen skulle ske på slutanvändarens plats. I allmänhet tas slutanvändarreduktionen till låga tryck som sträcker sig från 0,25 psig till 5 psig. Vissa industriella applikationer kan kräva ett högre tryck.

Mottrycksregulatorer

• Håll uppströms tryckreglering i analys-eller processystem
• skydda känslig utrustning från övertrycksskador
• minska tryckskillnaden över en komponent som inte tål stora tryckskillnader.
• gasförsäljningslinjer
• produktionsfartyg (t. ex. Frivatten knockouts)
• Vent eller flare linjer

Hyperbaric kammare

där tryckfallet på en inbyggd andningssystem avgassystem är för stor, typiskt i mättnadssystem, en mottrycksregulator kan användas för att minska avgaser tryckfallet till ett säkrare och mer hanterbart tryck.

Reclaim dykhjälmar

djupet vid vilket de flesta heliox-andningsblandningar används vid dykning på ytan är i allmänhet minst 5 bar över Ytans atmosfärstryck, och avgaserna från dykaren måste passera genom en återvinningsventil, som är en behovsstyrd mottrycksventil aktiverad av ökningen av trycket i dykarens hjälm orsakad av dykarutandning. Reclaim – gasslangen som transporterar den utandade gasen tillbaka till ytan för återvinning får inte ha en för stor tryckskillnad från omgivningstrycket vid dykaren. En ytterligare mottrycksregulator i denna linje möjliggör finare inställning av återvinningsventilen för lägre andningsarbete vid varierande djup.

Se även

• inbyggt andningssystem-system för tillförsel av andningsgas på begäran inom ett begränsat utrymme
• reglerventil-Flödesstyrenhet
• negativ feedback-styrsystem som används för att minska utflykter från önskat värde

• Tryck animationer

Wikimedia Commons har media som rör tryckregulatorer.