Регулятор давления

Баллоны кислородные и газовые MAPP с двухступенчатыми регуляторами давления

Принципиальная схема редукционного регулятора давления (А) и регулятора противодавления (В). Верхние диаграммы показывают нормальное состояние клапанов, которое обычно открыто для редукторов давления и нормально закрыто для клапанов обратного давления.

• 1. Винт настройки давления
• 2. Весна
• 3. Привод
• 4. Впускной порт (высокое давление)
• 5. Выпускной порт (низкое давление)
• 6. Корпус клапана
• 7. Заводная головка и седло клапана.

Условные обозначения для регуляторов понижения и противодавления. Концептуальная разница в основном заключается в том, с какой стороны получена обратная связь.

Регулятор давления представляет собой клапан , который регулирует давление жидкости или газа до требуемого значения. Регуляторы используются для газов и жидкостей и могут представлять собой единое устройство с настройкой давления, ограничителем и датчиком в одном корпусе или состоять из отдельного датчика давления, контроллера и клапана потока.

Встречаются два типа: регулятор понижения давления и регулятор противодавления.

• Редукционный регулятор является контрольным клапаном , который уменьшает входное давление жидкости или газов до заданной величины на его выходе. Это нормально открытый клапан, который устанавливается перед оборудованием, чувствительным к давлению. ^[1]
• Регулятор обратного давления обратного клапан , давление клапана поддержания или давления поддержания регулятора является регулирующим клапаном , который поддерживает заданное давление на его входной стороне пути открытия , чтобы позволить поток , когда входное давление превышает заданное значение. Он отличается от клапана сброса избыточного давления тем, что клапан избыточного давления предназначен для открытия только тогда, когда сдерживаемое давление является чрезмерным, и не требуется поддерживать постоянное давление на входе. Они отличаются от регуляторов понижения давления тем, что регулятор понижения давления контролирует давление на выходе и нечувствителен к давлению на входе. ^[2]Это нормально закрытый клапан, который может быть установлен параллельно с чувствительным оборудованием или после чувствительного оборудования для создания препятствия потоку и, таким образом, поддержания давления на входе. ^[1]

Оба типа регуляторов используют обратную связь регулируемого давления в качестве входных данных для механизма управления и обычно приводятся в действие подпружиненной мембраной или поршнем, реагирующими на изменения давления обратной связи для управления открытием клапана, и в обоих случаях клапан должен быть открыт. только для поддержания установленного регулируемого давления. Фактический механизм может быть очень похожим во всех отношениях, за исключением расположения отвода давления обратной связи. ^[2]

Регулятор понижения давления [ править ]

Операция [ править ]

Основная функция регулятора понижения давления заключается в согласовании потока газа через регулятор с потребностью газа, подаваемого на него, при поддержании достаточно постоянного выходного давления. Если расход нагрузки уменьшается, то расход регулятора также должен уменьшаться. Если поток нагрузки увеличивается, то поток регулятора должен увеличиваться, чтобы не допустить снижения регулируемого давления из-за нехватки газа в системе давления. Желательно, чтобы регулируемое давление не сильно отличалось от заданного значения для широкого диапазона скоростей потока, но также желательно, чтобы поток через регулятор был стабильным и регулируемое давление не подвергалось чрезмерным колебаниям. ^{[ необходима цитата ]}

Регулятор давления включает ограничительный элемент , нагружающий элемент и измерительный элемент :

• Ограничительный элемент представляет собой клапан, который может обеспечивать переменное ограничение потока, например, шаровой клапан , дроссельный клапан , тарельчатый клапан и т. Д.
• Нагрузочный элемент - это деталь, которая может приложить необходимое усилие к ограничивающему элементу. Эта нагрузка может быть обеспечена грузом, пружиной, поршневым приводом или мембранным приводом в сочетании с пружиной.
• Измерительный элемент определяет, когда расход на входе равен расходу на выходе. Сама диафрагма часто используется как измерительный элемент; он может служить комбинированным элементом. ^{[ необходима цитата ]}

В изображенном одноступенчатом регуляторе баланс сил используется на диафрагме для управления тарельчатым клапаном с целью регулирования давления. При отсутствии давления на входе пружина над диафрагмой толкает ее вниз на тарельчатый клапан, удерживая его в открытом состоянии. Как только давление на входе вводится, открытая тарелка пропускает поток к диафрагме, и давление в верхней камере увеличивается, пока диафрагма не будет толкаться вверх против пружины, заставляя тарелку уменьшать поток, в конечном итоге останавливая дальнейшее повышение давления. Регулируя верхний винт, можно увеличить давление на диафрагму, направленное вниз, что потребует большего давления в верхней камере для поддержания равновесия. Таким образом регулируется давление на выходе регулятора. ^{[ необходима цитата ]}

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

${\ Displaystyle F: \ диафрагма \ пружина \ сила}$

${\ displaystyle f: \ poppet \ spring \ force}$
${\ displaystyle P_ {i}: \ вход \ давление}$
${\ Displaystyle P_ {o}: \ выход \ давление}$
${\ displaystyle s: \ poppet \ area}$

${\ Displaystyle S: \ диафрагма \ площадь}$

Одноступенчатый регулятор [ править ]

Газ под высоким давлением из источника поступает в регулятор через входное отверстие. Манометр давления на входе покажет это давление. Затем газ проходит через нормально открытое отверстие клапана регулирования давления, и давление на выходе повышается до тех пор, пока приводная мембрана клапана не отклонится в достаточной степени, чтобы закрыть клапан, предотвращая попадание газа на сторону низкого давления до тех пор, пока давление снова не упадет. Манометр на выходе покажет это давление. ^{[ необходима цитата ]}

Давление на выходе на диафрагму, а также давление на входе и сила тарельчатой ​​пружины на входной части клапана удерживают узел диафрагма / тарельчатый клапан в закрытом положении против усилия пружины нагрузки диафрагмы. Если давление питания падает, закрывающее усилие из-за давления питания уменьшается, а давление на выходе немного повышается для компенсации. Таким образом, если давление питания падает, давление на выходе увеличивается, при условии, что давление на выходе остается ниже падающего давления питания. Это является причиной разгрузки в конце резервуара, когда подача осуществляется из газового баллона под давлением. ^{[ необходима цитата ]}Оператор может компенсировать этот эффект, отрегулировав нагрузку пружины, повернув ручку, чтобы восстановить давление на выходе до желаемого уровня. В одноступенчатом регуляторе, когда давление питания становится низким, более низкое давление на входе вызывает повышение давления на выходе. Если сжатие пружины нагрузки диафрагмы не отрегулировано для компенсации, тарелка может оставаться открытой и позволить резервуару быстро сбросить оставшееся содержимое. ^{[ необходима цитата ]}

Двухступенчатый регулятор [ править ]

Двухступенчатые регуляторы - это два последовательно установленных регулятора в одном корпусе, которые работают для постепенного снижения давления в два этапа вместо одного. Первая ступень, которая задана заранее, снижает давление подаваемого газа на промежуточную ступень; газ при этом давлении переходит во вторую ступень. Газ выходит из второй ступени под давлением (рабочим давлением), установленным пользователем путем регулировки ручки регулировки давления на пружине нагрузки диафрагмы. Двухступенчатые регуляторы могут иметь два предохранительных клапана, так что в случае возникновения избыточного давления между ступенями из-за утечки в седле клапана первой ступени повышение давления не приведет к перегрузке конструкции и вызову взрыва. ^{[ необходима цитата ]}

Несбалансированный одноступенчатый регулятор может нуждаться в частой регулировке. Когда давление питания падает, давление на выходе может измениться, что потребует регулировки. В двухступенчатом регуляторе улучшена компенсация любого падения давления питания. ^{[ необходима цитата ]}

Приложения [ править ]

Регуляторы понижения давления [ править ]

Воздушные компрессоры [ править ]

Воздушные компрессоры используются в промышленных, коммерческих и домашних мастерских для выполнения ряда работ, включая продувку вещей; ходовые пневмоинструменты; и накачивание таких вещей, как шины, шары и т. д. Регуляторы часто используются для регулировки давления, выходящего из воздушного ресивера (резервуара), в соответствии с тем, что необходимо для выполнения задачи. Часто, когда один большой компрессор используется для подачи сжатого воздуха для нескольких целей (часто называемого «производственным воздухом», если он построен как постоянная прокладка труб по всему зданию), будут использоваться дополнительные регуляторы, чтобы гарантировать, что каждый отдельный инструмент или функция получает необходимое давление. Это важно, потому что для некоторых пневматических инструментов или использования сжатого воздуха требуется давление, которое может вызвать повреждение других инструментов или материалов. ^{[ необходима цитата ]}

Самолет [ править ]

Регуляторы давления используются в системах герметизации кабины самолетов, в системах управления давлением в кабине, системах питьевого водоснабжения и в системах создания избыточного давления в волноводах. ^[3]

Аэрокосмическая промышленность [ править ]

Регуляторы давления в аэрокосмической отрасли применяются в системах управления давлением в двигательных установках (RCS) и системах управления ориентацией (ACS), где присутствуют высокая вибрация, большие перепады температур и коррозионные жидкости. ^[4]

Кулинария [ править ]

Сосуды под давлением можно использовать для приготовления пищи гораздо быстрее, чем при атмосферном давлении, поскольку более высокое давление повышает температуру кипения содержимого. Все современные скороварки будут иметь клапан регулятора давления и клапан сброса давления в качестве предохранительного механизма для предотвращения взрыва в случае, если клапан регулятора давления не сможет должным образом сбросить давление. В некоторых старых моделях отсутствует предохранительный выпускной клапан ^{[ необходима цитата ]}. Большинство моделей домашней кухни рассчитаны на поддержание низкого и высокого давления. Эти настройки обычно составляют от 7 до 15 фунтов на квадратный дюйм (от 0,48 до 1,03 бара). Практически во всех устройствах для домашней кухни используется очень простой одноступенчатый регулятор давления. Старые модели будут просто использовать небольшой груз поверх отверстия, которое будет подниматься за счет чрезмерного давления, чтобы позволить избыточному пару выйти. В более новых моделях обычно используется подпружиненный клапан, который поднимает и позволяет давлению сбрасываться при повышении давления в сосуде. Некоторые скороварки имеют настройку быстрого высвобождения на клапане регулятора давления, которая, по сути, снижает натяжение пружины, позволяя давлению сбрасываться с быстрой, но все же безопасной скоростью. Коммерческие кухни также используют скороварки, в некоторых случаях скороварки на масляной основе используются для быстрого приготовления фаст-фуда во фритюре.Сосуды высокого давления такого типа также могут использоваться в качествеавтоклавы для стерилизации небольших партий оборудования и при домашнем консервировании. ^{[ необходима цитата ]}

Снижение давления воды [ править ]

Часто вода попадает в водозаборные устройства при колебаниях давления, особенно в удаленных местах и ​​на промышленных предприятиях. Это давление часто необходимо поддерживать в определенном диапазоне, чтобы избежать повреждения оборудования или несчастных случаев, связанных с разрывом труб / трубопроводов. Одноступенчатого регулятора достаточно по точности из-за высокой устойчивости большинства таких приборов. Также используется в приложениях, где резервуар для подачи воды находится значительно выше по высоте до конца линии. например, подземное шахтное водоснабжение. ^{[ необходима цитата ]}

Сварка и резка [ править ]

Для процессов кислородно-топливной сварки и резки требуются газы с определенным давлением, и обычно используются регуляторы для снижения высокого давления в накопительных баллонах.к тем, которые можно использовать для резки и сварки. Регуляторы кислорода и топливного газа обычно имеют две ступени: первая ступень регулятора выпускает газ с постоянным давлением из баллона, несмотря на то, что давление в баллоне становится меньше по мере выпуска газа. Вторая ступень регулятора контролирует снижение давления от промежуточного до низкого давления. Конечный расход можно регулировать на горелке. Узел регулятора обычно имеет два манометра, один из которых показывает давление в баллоне, а другой - давление нагнетания. Для дуговой сварки в среде защитного инертного газа также используется газ, находящийся под высоким давлением, подаваемым через регулятор. Может существовать расходомер, откалиброванный для конкретного газа. ^{[ необходима цитата ]}

Пропан / сжиженный газ [ править ]

Все приложения с пропаном и сжиженным газом требуют использования регулятора. Поскольку давление в баллонах с пропаном может значительно колебаться в зависимости от температуры, необходимо наличие регуляторов, обеспечивающих постоянное давление для устройств, находящихся ниже по потоку. Эти регуляторы обычно компенсируют давление в резервуаре от 30 до 200 фунтов на квадратный дюйм (2,1–13,8 бар) и обычно обеспечивают подачу 11 дюймов водяного столба.0,4 фунта на квадратный дюйм (28 мбар) для жилых помещений и 35 дюймов водяного столба 1,3 фунта на квадратный дюйм (90 мбар) для промышленного применения. Регуляторы пропана различаются по размеру и форме, давлению нагнетания и возможности регулирования, но единообразны по своему назначению - обеспечивать постоянное давление на выходе для требований на выходе. Общие международные настройки для внутренних регуляторов сжиженного нефтяного газа составляют 28 мбар для бутана и 37 мбар для пропана.

Транспортные средства, работающие на газе [ править ]

Все автомобильные двигатели, работающие на сжатом газе в качестве топлива (двигатель внутреннего сгорания или электрическая силовая передача на топливных элементах), требуют регулятора давления для снижения давления хранимого газа ( СПГ или водорода ) с 700, 500, 350 или 200 бар (или 70, 50, 35 и 20 МПа) до рабочего давления. ^{[ Необходима ссылка ]} )

Рекреационные транспортные средства [ править ]

Для транспортных средств для отдыха с водопроводом требуется регулятор давления для снижения давления внешнего водопровода, подключенного к водопроводу транспортного средства, так как водоснабжение может находиться на гораздо большей высоте, чем палаточный лагерь, а давление воды зависит от высоты водяного столба. . Без регулятора давления сильного давления, возникающего в некоторых палаточных лагерях в горных районах, может быть достаточно, чтобы разорвать водопроводные трубы кемпинга или сорвать водопроводные соединения, что приведет к затоплению. Регуляторы давления для этой цели обычно продаются в виде небольших навинчиваемых аксессуаров, которые подходят к шлангам, используемым для подключения RV к водопроводу, которые почти всегда совместимы с резьбой по резьбе с обычным садовым шлангом . ^{[ необходима цитата ]}

Подача дыхательного газа [ править ]

Регуляторы давления используются с баллонами для подводного плавания с аквалангом . В резервуаре может быть давление, превышающее 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар), что может вызвать смертельную баротравму у человека, дышащего напрямую. Регулятор с регулируемой потребностью обеспечивает подачу дыхательного газа при давлении окружающей среды (которое зависит от глубины воды). Регуляторы понижения давления также используются для подачи дыхательного газа водолазам, работающим с поверхности ^[5], и людям, которые используют автономные дыхательные аппараты для спасательных и опасных работ на суше. Дополнительный кислород для полетов на большой высоте в самолетах без давления и медицинские газы также подаются через регуляторы понижения давления из хранилища высокого давления. ^{[цитата необходима ]}

Горнодобывающая промышленность [ править ]

Поскольку давление быстро растет в зависимости от глубины, для подземных горных работ требуется довольно сложная водная система с редукционными клапанами. Эти устройства необходимо устанавливать на определенном расстоянии, обычно 600 футов (180 м). ^{[ необходима цитата ] [ требуется разъяснение ]} Без таких клапанов трубы легко лопнули бы, и давление было бы слишком большим для работы оборудования.

Газовая промышленность [ править ]

Регуляторы давления широко используются в газовой промышленности. Природный газ сжимается до высокого давления, чтобы его можно было распределить по стране по крупным магистральным трубопроводам. Давление в трансмиссии может составлять более 1000 фунтов на квадратный дюйм (69 бар) и должно снижаться на различных этапах до пригодного для использования в промышленных, коммерческих и жилых помещениях. В этой распределительной системе есть три основных места снижения давления. Первый редуктор расположен у городских ворот, тогда как давление в трансмиссии снижается до давления распределения для подачи по всему городу. Это также место, где природный газ без запаха одорируется меркаптаном. Давление распределения дополнительно снижается на районной регулирующей станции, расположенной в различных точках города, до уровня ниже 60 фунтов на квадратный дюйм.Окончательная резка будет производиться на месте расположения конечных пользователей. Как правило, конечный пользователь снижает давление до низкого давления в диапазоне от 0,25 до 5 фунтов на квадратный дюйм. Для некоторых промышленных применений может потребоваться более высокое давление.^{[ необходима цитата ]}

Регуляторы обратного давления [ править ]

• Поддерживайте контроль давления на входе в аналитических или технологических системах ^[1]
• Защищайте чувствительное оборудование от повреждений из-за избыточного давления ^[1]
• Уменьшите перепад давления в компоненте, который не терпит больших перепадов давления. ^[6]
• Линии сбыта газа ^[7]
• Производственные сосуды (например, сепараторы, устройства для очистки нагревателей или заглушки для свободной воды) ^[7]
• Вентиляционные или факельные линии ^[7]

Гипербарические камеры [ править ]

Если падение давления в выхлопной системе встроенной дыхательной системы слишком велико, как правило, в системах насыщения, можно использовать регулятор противодавления, чтобы уменьшить падение давления выхлопных газов до более безопасного и более управляемого давления. ^{[6] [8]}

Восстановить водолазные шлемы [ править ]

Глубина, на которой используется большинство дыхательных смесей с гелиоксом при погружении с поверхности, обычно составляет не менее 5 бар выше атмосферного давления на поверхности, и выхлопные газы дайвера должны проходить через клапан регенерации , который является управляемым по требованию клапаном обратного давления, активируемым повышением давления в шлеме водолаза при выдохе водолаза. ^{[9] [10]} Шланг регенерированного газа, по которому выдыхаемый газ возвращается на поверхность для рециркуляции, не должен иметь слишком большой перепад давления по сравнению с давлением окружающей среды у дайвера. Дополнительный регулятор обратного давления в этой линии позволяет более точно настроить обратный клапан для снижения работы дыхания на переменной глубине. ^[11]

См. Также [ править ]

• Встроенная дыхательная система  - система подачи дыхательного газа по запросу в замкнутом пространстве.
• Регулирующий клапан  - устройство, используемое для регулирования потока жидкости.
• Отрицательная обратная связь  - система управления используется для уменьшения отклонений от желаемого значения

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Анимация давления

Викискладе есть медиафайлы по теме регуляторов давления .