Основы регуляторов давления

Регуляторы давления используются во многих бытовых и промышленных приложениях. Например, регуляторы давления используются в газовых грилях для регулирования пропана, в печах для домашнего отопления для регулирования природного газа, в медицинском и стоматологическом оборудовании для регулирования кислорода и анестезирующих газов, в пневматических системах автоматизации для регулирования сжатого воздуха, в двигателях для регулирования топлива и в топливных элементах для регулирования водорода. Как показывает этот частичный список, существует множество применений для регуляторов, но в каждом из них регулятор давления выполняет одну и ту же функцию. Регуляторы давления снижают давление подачи (или впуска) до более низкого давления на выходе и работают для поддержания этого давления на выходе, несмотря на колебания давления на входе. Снижение давления на входе до более низкого давления на выходе является ключевой характеристикой регуляторов давления.

При выборе регулятора давления необходимо учитывать множество факторов. Важные соображения включают: диапазоны рабочего давления для входа и выхода, требования к потоку, жидкость (это газ, жидкость, токсичная или легковоспламеняющаяся?), ожидаемый диапазон рабочей температуры, выбор материала для компонентов регулятора, включая уплотнения, а также ограничения по размеру и весу. Посмотреть качественные регуляторы давления газа можно здесь.

Материалы, используемые в регуляторах давления

Доступен широкий спектр материалов для работы с различными жидкостями и рабочими средами. Обычные материалы для компонентов регулятора включают латунь, пластик и алюминий. Также доступны различные марки нержавеющей стали (например, 303, 304 и 316). Пружины, используемые внутри регулятора, обычно изготавливаются из струнной проволоки (углеродистой стали) или нержавеющей стали.

Латунь подходит для большинства распространенных применений и обычно экономична. Алюминий часто указывается, когда важен вес. Пластик рассматривается, когда в первую очередь важна низкая стоимость или требуется одноразовый предмет. Нержавеющая сталь часто выбирается для использования с едкими жидкостями, использования в едких средах, когда важна чистота жидкости или когда рабочие температуры будут высокими.

Не менее важна совместимость материала уплотнения с жидкостью и диапазоном рабочих температур. Типичным материалом уплотнения является Buna-n. Некоторые производители предлагают дополнительные уплотнения, в том числе: фторуглерод, EPDM, силикон и перфторэластомер.

Используемая жидкость (газ, жидкость, токсичная или легковоспламеняющаяся)

Химические свойства жидкости следует учитывать перед определением наилучших материалов для вашего применения. Каждая жидкость будет иметь свои уникальные характеристики, поэтому необходимо тщательно выбирать соответствующие материалы корпуса и уплотнения, которые будут контактировать с жидкостью. Части регулятора, контактирующие с жидкостью, называются «смачиваемыми» компонентами.

Также важно определить, является ли жидкость легковоспламеняющейся, токсичной, взрывоопасной или опасной по своей природе. Регулятор без сброса давления предпочтителен для использования с опасными, взрывоопасными или дорогими газами, поскольку конструкция не сбрасывает избыточное давление на выходе в атмосферу. В отличие от неразгрузочного регулятора, разгрузочный (также известный как саморазгрузочный) регулятор предназначен для сброса избыточного давления на выходе в атмосферу. Обычно для этой цели на боковой стороне корпуса регулятора имеется выпускное отверстие. В некоторых специальных конструкциях выпускное отверстие может быть резьбовым, и любое избыточное давление может быть сброшено из корпуса регулятора через трубку и выведено в безопасную зону. Если выбран этот тип конструкции, избыточная жидкость должна быть сброшена надлежащим образом и в соответствии со всеми правилами безопасности.

Температура

Материалы, выбранные для регулятора давления, не только должны быть совместимы с жидкостью, но и должны быть способны нормально функционировать при ожидаемой рабочей температуре. Основной вопрос заключается в том, будет ли выбранный эластомер нормально функционировать во всем ожидаемом диапазоне температур. Кроме того, рабочая температура может влиять на пропускную способность и/или жесткость пружины в экстремальных условиях.

Рабочее давление

Входное и выходное давление являются важными факторами, которые следует учитывать перед выбором наилучшего регулятора. Важные вопросы, на которые следует ответить: каков диапазон колебаний входного давления? Какое давление на выходе необходимо? Каково допустимое изменение давления на выходе?

Требования к потоку

Каков максимальный расход, требуемый для приложения? Насколько сильно изменяется расход? Требования к портированию также являются важным фактором.

Размер и вес

Во многих высокотехнологичных приложениях пространство ограничено, а вес является фактором. Некоторые производители специализируются на миниатюрных компонентах и ​​должны проконсультироваться, если общий размер и вес имеют решающее значение. Выбор материала, особенно компонентов корпуса регулятора, повлияет на вес. Также внимательно рассмотрите размеры портов (резьбы), стили регулировки и варианты монтажа, поскольку они повлияют на размер и вес.

Регуляторы давления в работе

Регулятор давления состоит из трех функциональных элементов:

1) Элемент снижения или ограничения давления. Часто это подпружиненный тарельчатый клапан.
2) Чувствительный элемент. Обычно это диафрагма или поршень.
3) Элемент опорной силы. Чаще всего это пружина.

В работе опорная сила, создаваемая пружиной, открывает клапан. Открытие клапана подает давление на чувствительный элемент, который, в свою очередь, закрывает клапан, пока он не откроется достаточно, чтобы поддерживать заданное давление. Упрощенная схема «Схема регулятора давления» иллюстрирует эту схему баланса сил.

(1) Элемент снижения давления (тарельчатый клапан)

Чаще всего регуляторы используют подпружиненный «тарельчатый» клапан в качестве ограничительного элемента. Тарельчатый клапан включает эластомерное уплотнение или, в некоторых конструкциях высокого давления, термопластичное уплотнение, которое сконфигурировано для создания уплотнения на седле клапана. Когда сила пружины отодвигает уплотнение от седла клапана, жидкость может течь от входа регулятора к выходу. По мере того, как выходное давление повышается, сила, создаваемая чувствительным элементом, сопротивляется силе пружины, и клапан закрывается. Эти две силы достигают точки равновесия в заданной точке регулятора давления. Когда выходное давление падает ниже заданного значения, пружина отталкивает тарельчатый клапан от седла клапана, и дополнительная жидкость может течь от входа к выходу, пока не восстановится баланс сил.

(2) Чувствительный элемент (поршень или диафрагма)

Конструкции поршневого типа часто используются, когда требуются более высокие давления на выходе, когда важна прочность или когда давление на выходе не должно поддерживаться в жестких пределах допуска. Конструкции поршня, как правило, медлительны по сравнению с конструкциями диафрагмы из-за трения между уплотнением поршня и корпусом регулятора.

В условиях низкого давления или когда требуется высокая точность, предпочтительным является мембранный тип. Регуляторы диафрагмы используют тонкий элемент в форме диска, который используется для определения изменений давления. Обычно они изготавливаются из эластомера, однако в специальных применениях используется тонкий гофрированный металл. Диафрагмы по существу устраняют трение, присущее конструкциям поршневого типа. Кроме того, для определенного размера регулятора часто можно обеспечить большую площадь чувствительности с конструкцией диафрагмы, чем это было бы возможно при использовании конструкции поршневого типа.

(3) Элемент опорной силы (пружина)

Элемент опорной силы обычно представляет собой механическую пружину. Эта пружина оказывает усилие на чувствительный элемент и действует, чтобы открыть клапан. Большинство регуляторов разработаны с регулировкой, которая позволяет пользователю регулировать заданное значение выходного давления, изменяя усилие, оказываемое эталонной пружиной.