Tryckregulator

Syre och MAPP gasflaskor med tvåstegs tryckregulatorer

Schematisk bild över tryckreducerande regulator (A) och mottrycksregulator (B). De övre diagrammen visar normalläget för ventilerna, som normalt är öppna för tryckreducerare och normalt stängda för mottrycksventiler.

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

Diagramsymboler för tryckreducerings- och mottrycksregulatorer. Den begreppsmässiga skillnaden ligger främst i vilken sida feedbacken tas från.

En tryckregulator är en ventil som styr trycket på en vätska eller gas till ett önskat värde, med hjälp av negativ återkoppling från det kontrollerade trycket. Regulatorer används för gaser och vätskor, och kan vara en integrerad enhet med en tryckinställning, en strypning och en sensor allt i en och samma kropp, eller bestå av en separat trycksensor, regulator och flödesventil.

Två typer finns: tryckreduceringsregulatorn och mottrycksregulatorn.

En tryckreducerande regulator är en reglerventil som reducerar ingångstrycket för en vätska eller gas till ett önskat värde vid dess utgång. Det är en normalt öppen ventil och installeras uppströms om tryckkänslig utrustning.

En mottrycksregulator , mottrycksventil , tryckhållningsventil eller tryckhållande regulator är en reglerventil som bibehåller det inställda trycket på sin inloppssida genom att öppnas för att tillåta flöde när inloppstrycket överstiger det inställda värdet. Den skiljer sig från en övertrycksventil genom att övertrycksventilen endast är avsedd att öppna när det inneslutna trycket är för högt, och det är inte nödvändigt att hålla uppströmstrycket konstant. De skiljer sig från tryckreducerande regulatorer genom att den tryckreducerande regulatorn styr nedströmstrycket och är okänslig för uppströmstryck. Det är en normalt stängd ventil som kan installeras parallellt med känslig utrustning eller efter den känsliga utrustningen för att hindra flödet och därigenom upprätthålla trycket uppströms.

Båda typerna av regulatorer använder återkoppling av det reglerade trycket som insignal 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 öppnas bara tillräckligt för att bibehålla det inställda reglerade trycket. Den faktiska mekanismen kan vara mycket lika i alla avseenden förutom placeringen av återkopplingstryckkranen. Liksom i andra återkopplingskontrollmekanismer är dämpningsnivån viktig för att uppnå en balans mellan snabb respons på en förändring i det uppmätta trycket och utmatningsstabilitet. Otillräcklig dämpning kan leda till att det kontrollerade trycket oscillerar , medan överdriven friktion av rörliga delar kan orsaka hysteres .

Tryckreducerande regulator

Drift

En tryckreducerande regulators primära funktion är att anpassa gasflödet genom regulatorn till efterfrågan på gas som ställs på den, samtidigt som det bibehåller ett tillräckligt konstant utgående tryck. Om lastflödet minskar måste även regulatorflödet minska. Om lastflödet ökar måste regulatorflödet öka för att det kontrollerade trycket inte ska minska på grund av gasbrist i trycksystemet. Det är önskvärt att det reglerade trycket inte varierar mycket från börvärdet för ett brett område av flödeshastigheter, men det är också önskvärt att flödet genom regulatorn är stabilt och att det reglerade trycket inte utsätts för överdriven oscillation. ^{[ citat behövs ]}

En tryckregulator inkluderar ett begränsningselement , ett belastningselement och ett mätelement :

Begränsningselementet är en ventil som kan ge en variabel begränsning av flödet, såsom en klotventil , vridspjällsventil , tallriksventil , etc.
Belastningselementet är en del som kan applicera den nödvändiga kraften på begränsningselementet. Denna belastning kan åstadkommas av en vikt, en fjäder, ett kolvmanöverdon eller membranmanöverdonet i kombination med en fjäder.
Mätelementet fungerar för att bestämma när inloppsflödet är lika med utloppsflödet. Själva membranet används ofta som ett mätelement; den kan fungera som ett kombinerat element. ^{[ citat behövs ]}

I den avbildade enstegsregulatorn används en kraftbalans på membranet för att styra en tallriksventil för att reglera trycket. Utan inloppstryck trycker fjädern ovanför membranet ner det på tallriksventilen och håller den öppen. När inloppstrycket väl har införts tillåter den öppna tallriken flöde till membranet och trycket i den övre kammaren ökar, tills membranet trycks uppåt mot fjädern, vilket gör att tallriken minskar flödet och slutligen stoppar ytterligare tryckökning. Genom att justera den övre skruven kan trycket nedåt på membranet ökas, vilket kräver mer tryck i den övre kammaren för att upprätthålla jämvikt. På så sätt styrs regulatorns utloppstryck. ^{[ citat behövs ]}

F=(P_{i}-P_{o})s+P_{o}S+f

F:{\text{ membranfjäderkraft}}

$f:{\text{ tallriksfjäderkraft}}$ $P_{i}:{\text{ inloppstryck}}$ $P_{o}:{\text{ utloppstryck}}$ $s:{\text{ ventilområde}}$

S:{\text{ diafragmaområde}}

Enstegsregulator

Enstegs tryckregulator

Högtrycksgas från tillförseln kommer in i regulatorn genom inloppsporten. Inloppstrycksmätaren kommer att indikera detta tryck. Gasen passerar sedan genom den normalt öppna tryckregleringsventilens öppning och nedströmstrycket stiger tills ventilens manövermembran avböjs tillräckligt för att stänga ventilen, vilket förhindrar att mer gas kommer in på lågtryckssidan tills trycket faller igen. Utloppstryckmätaren kommer att indikera detta tryck. ^{[ citat behövs ]}

Utloppstrycket på membranet och inloppstrycket och tallriksfjäderkraften på den uppströms belägna delen av ventilen håller membran/pallaggregatet i stängt läge mot kraften från membranbelastningsfjädern. Om matningstrycket faller reduceras stängningskraften på grund av matningstrycket och nedströmstrycket stiger något för att kompensera. Om matningstrycket faller kommer alltså utloppstrycket att öka, förutsatt att utloppstrycket förblir under det fallande matningstrycket. Detta är orsaken till tömning vid slutet av tanken där försörjningen tillhandahålls av en trycksatt gastank. ^{[ citat behövs ]} Operatören kan kompensera för denna effekt genom att justera fjäderbelastningen genom att vrida på vredet för att återställa utloppstrycket till önskad nivå. Med en enstegsregulator, när matningstrycket blir lågt, gör det lägre inloppstrycket att utloppstrycket stiger. Om membranbelastningsfjäderkompressionen inte justeras för att kompensera, kan tallriksventilen förbli öppen och tillåta tanken att snabbt tömma sitt återstående innehåll. ^{[ citat behövs ]}

Dubbelstegsregulator

Tvåstegs tryckregulator

Tvåstegsregulatorer är två regulatorer i serie i samma hölje som arbetar för att minska trycket progressivt i två steg istället för ett. Det första steget, som är förinställt, minskar trycket på tillförselgasen till ett mellansteg; gas vid detta tryck 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 tryckkontrollvredet vid membranets belastningsfjäder. Tvåstegsregulatorer kan ha två säkerhetsventiler, så att om det finns något övertryck mellan stegen på grund av en läcka vid det första stegets ventilsäte kommer det stigande trycket inte att överbelasta strukturen och orsaka en explosion. ^{[ citat behövs ]}

En obalanserad enstegsregulator kan behöva frekventa justeringar. När matningstrycket faller kan utloppstrycket ändras, vilket kräver justering. I tvåstegsregulatorn finns förbättrad kompensation för eventuellt fall i matningstrycket. ^{[ citat behövs ]}

Ansökningar

Tryckreducerande regulatorer

Luftkompressorer

Luftkompressorer används i industriella, kommersiella och hem verkstadsmiljöer för att utföra en rad olika jobb inklusive att blåsa rent; köra luftdrivna verktyg; och pumpa upp saker som däck, bollar, etc. Regulatorer används ofta för att justera trycket som kommer ut ur en luftbehållare (tank) för att matcha det som behövs för uppgiften. Ofta, när en stor kompressor används för att tillföra tryckluft för flera användningsområden (ofta kallad "butiksluft" om den är byggd som en permanent installation av rör i en byggnad), kommer ytterligare regulatorer att användas för att säkerställa att varje separat verktyg eller funktion får den press den behöver. Detta är viktigt eftersom vissa luftverktyg, eller användningar för tryckluft, kräver tryck som kan orsaka skada på andra verktyg eller material. ^{[ citat behövs ]}

Flygplan

Tryckregulatorer finns i trycksättning av flygplanskabiner, tryckkontroll för kapelltätningar, dricksvattensystem och vågledartrycksättning.

Flyg och rymd

Tryckregulatorer för flyg- och rymdindustrin har tillämpningar inom framdrivningstryckstyrning för reaktionskontrollsystem (RCS) och Attitude Control Systems (ACS), där höga vibrationer, extrema temperaturer och korrosiva vätskor förekommer.

Matlagning

Tryckkärl kan användas för att laga mat mycket snabbare än vid atmosfärstryck, eftersom det högre trycket höjer kokpunkten på innehållet. Alla moderna tryckkokare kommer att ha en tryckregleringsventil och en tryckavlastningsventil som en säkerhetsmekanism för att förhindra explosion i händelse av att tryckregleringsventilen misslyckas med att släppa ut trycket tillräckligt. Vissa äldre modeller saknar säkerhetsventil ^{[ citat behövs ]} . De flesta husmansmodeller är byggda för att hålla ett lågt och högt tryck. Dessa inställningar är vanligtvis 7 till 15 pund per kvadrattum (0,48 till 1,03 bar). Nästan alla hushållsapparater kommer att använda en mycket enkel enstegs tryckregulator. Äldre modeller kommer helt enkelt att använda en liten vikt ovanpå en öppning som kommer att lyftas av överdrivet tryck för att tillåta överflödig ånga att komma ut. Nyare modeller har vanligtvis en fjäderbelastad ventil som lyfter och låter trycket släppa ut när trycket i kärlet stiger. Vissa tryckkokare har en snabbinställning på tryckregulatorventilen som i huvudsak kommer att sänka fjäderspänningen för att tillåta trycket att försvinna i en snabb men fortfarande säker takt. Kommersiella kök använder också tryckkokare, i vissa fall med oljebaserade tryckkokare för att snabbt fritera snabbmat. Tryckkärl av detta slag kan också användas som autoklaver för att sterilisera små partier av utrustning och i hemkonservering. ^{[ citat behövs ]}

Vattentrycksminskning

Tryckregulator för hushållsvattenförsörjning. Utloppstrycket ställs in med det blå handratten och visas på den vertikala skalan.

En reglerventil för vattentryck begränsar inflödet genom att dynamiskt ändra ventilöppningen så att när det är mindre tryck på utsidan öppnar ventilen helt och för mycket tryck på utsidan gör att ventilen stängs. I en situation utan tryck, där vatten kan rinna 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 ledningen för att undvika skador på apparater eller rör.

Svetsning och skärning

Oxy-fuel svets- och skärprocesser kräver gaser vid specifika tryck, och regulatorer kommer i allmänhet att användas för att reducera de höga trycken i lagringscylindrar till de som kan användas för skärning och svetsning. Syre- och bränslegasregulatorer har vanligtvis två steg: Det första steget av regulatorn släpper ut gasen med ett konstant tryck från cylindern trots att trycket i cylindern blir lägre när gasen släpps ut. Det andra steget av regulatorn styr tryckminskningen från mellantrycket till lågtrycket. Det slutliga flödet kan justeras vid brännaren. Regulatorenheten har vanligtvis två tryckmätare, varav den ena anger cylindertrycket och den andra anger trycket. Inertgasskyddad bågsvetsning använder också gas som lagras vid högt tryck som tillhandahålls genom en regulator. Det kan finnas en flödesmätare som är kalibrerad för den specifika gasen. ^{[ citat behövs ]}

Propan/LP-gas

Alla applikationer för propan och gasol kräver användning av en regulator. Eftersom trycket i propantankar kan fluktuera avsevärt med temperaturen måste regulatorer finnas för att leverera ett konstant 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 vattenpelare 0,4 pund per kvadrattum (28 mbar) för bostadsapplikationer och 35 tum vattenpelare 1,3 pund per kvadrat tum (90 mbar) för industriella tillämpningar. Propanregulatorer skiljer sig i storlek och form, leveranstryck och justerbarhet, men är enhetliga i sitt syfte att leverera ett konstant utloppstryck för nedströms krav. Vanliga internationella inställningar för inhemska gasolregulatorer är 28 mbar för butan och 37 mbar för propan.

Gasdrivna fordon

Alla fordonsmotorer som drivs med komprimerad gas som bränsle (förbränningsmotor eller bränslecellsdrivlina) kräver en tryckregulator för att minska det lagrade gastrycket ( CNG eller Hydrogen ) från 700, 500, 350 eller 200 bar (eller 70, 50, 35 och 20 MPa) till arbetstryck. ^{[ citat behövs ]} )

Fritidsfordon

För fritidsfordon med VVS krävs en tryckregulator för att minska trycket på en extern vattenförsörjning ansluten till fordonets VVS, eftersom tillgången kan vara mycket högre än campingen och vattentrycket beror på vattenpelarens höjd . Utan en tryckregulator kan det intensiva trycket på vissa campingplatser i bergsområden vara tillräckligt för att spränga husbilens vattenledningar eller lossa rörledningarna, vilket orsakar översvämningar. Tryckregulatorer för detta ändamål säljs vanligtvis som små påskruvade tillbehör som passar inline med slangarna som används för att ansluta en husbil till vattenförsörjningen, som nästan alltid är skruvgängade med den vanliga trädgårdsslangen . ^{[ citat behövs ]}

Andningsgasförsörjning

Tryckregulatorer används med dykcylindrar för dykning . Tanken kan innehålla tryck som överstiger 3 000 pund per kvadrattum (210 bar), vilket kan orsaka en dödlig barotraumaskada på en person som andas den direkt. En behovsstyrd regulator ger ett flöde av andningsgas vid det omgivande trycket (som varierar med djupet i vattnet). Tryckreducerande regulatorer används också för att tillföra andningsgas till dykare som tillhandahålls på ytan och personer som använder fristående andningsapparater för räddnings- och riskarbete på land. Kompletterande syre för flygning på hög höjd i trycklösa flygplan och medicinska gaser dispenseras också genom tryckreducerande regulatorer från högtryckslagring. ^{[ citat behövs ]}

Gruvindustri

Eftersom trycket ökar snabbt i förhållande till djupet, kräver underjordisk gruvdrift ett ganska komplext vattensystem med tryckreducerande ventiler. Dessa enheter måste installeras med ett visst avståndsintervall, vanligtvis 600 fot (180 m). ^{[ citat behövs ]}^{[ klargörande behövs ]} Utan sådana ventiler skulle rören lätt spricka och trycket skulle vara för högt för utrustningens funktion.

Naturgasindustrin

Tryckregulatorer används flitigt inom naturgasindustrin. Naturgas komprimeras till höga tryck för att distribueras över hela landet genom stora transmissionsledningar. Transmissionstrycket kan vara över 1 000 pund per kvadrattum (69 bar) och måste reduceras genom olika steg till ett användbart tryck för industriella, kommersiella och bostadsapplikationer. Det finns tre huvudsakliga tryckreducerande platser i detta distributionssystem. Den första reduktionen är placerad vid stadsporten, medan transmissionstrycket sänks till ett distributionstryck för att matas genom hela staden. Detta är också platsen där den luktfria naturgasen luktas med merkaptan. Distributionstrycket reduceras ytterligare vid en distriktsregulatorstation, belägen på olika ställen i staden, till under 60 psig. Den sista 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 tillämpningar kan kräva ett högre tryck. ^{[ citat behövs ]}

Mottrycksregulatorer

Upprätthålla uppströms tryckkontroll i analytiska eller processsystem
Skydda känslig utrustning från övertrycksskador
Minska tryckskillnaden över en komponent som inte tål stora tryckskillnader.
Gasförsäljningslinjer
Produktionskärl (t.ex. separatorer, värmebehandlare eller gratis vattenutslag)
Ventilations- eller flareledningar

Hyperbariska kammare

Där tryckfallet på ett inbyggt andningssystems avgassystem är för stort, vanligtvis i mättnadssystem, kan en mottrycksregulator användas för att minska avgastryckfallet till ett säkrare och mer hanterbart tryck.

Återta dykhjälmar

Djupet på vilket de flesta heliox- andningsblandningar används vid dykning med yttillförsel är i allmänhet minst 5 bar över atmosfärstrycket på ytan, och avgaserna från dykaren måste passera genom en återvinningsventil, som är en behovsstyrd mottrycksventil som aktiveras. av ökningen av trycket i dykarhjälmen orsakad av dykarens utandning. Återvinningsgasslangen som för den utandade gasen tillbaka till ytan för återvinning får inte ha för stor tryckskillnad från omgivningstrycket vid dykaren. En extra mottrycksregulator i denna linje möjliggör finare inställning av återvinningsventilen för lägre andningsarbete på varierande djup.

Se även

Inbyggt andningssystem – System för tillförsel av andningsgas vid behov inom ett begränsat utrymme
Reglerventil – Flödeskontrollanordning
Negativ återkoppling – Styrsystem som används för att reducera utflykter från önskat värde

externa länkar

Tryckanimationer