Регулятор давления — это клапан , который регулирует давление жидкости до желаемого значения, используя отрицательную обратную связь от контролируемого давления. Регуляторы используются для газов и жидкостей и могут представлять собой единое устройство с регулятором давления, дросселем и датчиком в одном корпусе или состоять из отдельного датчика давления, контроллера и клапана расхода.
Встречаются два типа: регулятор снижения давления и регулятор противодавления.
Оба типа регуляторов используют обратную связь регулируемого давления в качестве входного сигнала для механизма управления и обычно приводятся в действие подпружиненной диафрагмой или поршнем, реагирующим на изменения давления обратной связи для управления открытием клапана, и в обоих случаях клапан должен быть открыт. достаточно только для поддержания заданного регулируемого давления. Фактический механизм может быть очень похожим во всех отношениях, за исключением размещения крана давления обратной связи. [2] Как и в других механизмах управления с обратной связью, уровень демпфирования важен для достижения баланса между быстрой реакцией на изменение измеряемого давления и стабильностью выходного сигнала. Недостаточное демпфирование может привести к колебательным колебаниям регулируемого давления, а чрезмерное трение движущихся частей может вызвать гистерезис .
Основная функция редукционного регулятора давления состоит в том, чтобы привести поток газа через регулятор в соответствие с потребностью в жидкости, подаваемой на него, при этом поддерживая достаточно постоянное выходное давление. Если поток нагрузки уменьшается, то поток регулятора также должен уменьшиться. Если расход нагрузки увеличивается, то расход регулятора должен увеличиваться, чтобы не допустить снижения контролируемого давления из-за нехватки жидкости в системе давления. Желательно, чтобы контролируемое давление не сильно отличалось от заданного значения в широком диапазоне скоростей потока, но также желательно, чтобы поток через регулятор был стабильным и регулируемое давление не подвергалось чрезмерным колебаниям. [ нужна цитата ]
Регулятор давления включает в себя ограничительный элемент , нагрузочный элемент и измерительный элемент :
В изображенном одноступенчатом регуляторе баланс сил используется на диафрагме для управления тарельчатым клапаном и регулирования давления. При отсутствии входного давления пружина над диафрагмой прижимает ее к тарельчатому клапану, удерживая его открытым. Как только давление на входе создается, открытая тарелка пропускает поток к диафрагме, и давление в верхней камере увеличивается до тех пор, пока диафрагма не прижимается вверх к пружине, заставляя тарелку уменьшать поток и, наконец, останавливая дальнейшее увеличение давления. Регулируя верхний винт, можно увеличить давление на диафрагму, направленное вниз, что потребует большего давления в верхней камере для поддержания равновесия. Таким образом контролируется выходное давление регулятора. [ нужна цитата ]
Газ под высоким давлением из источника поступает в регулятор через входное отверстие. Манометр на входе будет показывать это давление. Затем газ проходит через нормально открытое отверстие клапана регулирования давления, и давление на выходе повышается до тех пор, пока приводная диафрагма клапана не отклонится настолько, чтобы закрыть клапан, предотвращая попадание большего количества газа на сторону низкого давления до тех пор, пока давление снова не упадет. Манометр на выходе будет показывать это давление. [ нужна цитата ]
Давление на выходе на диафрагму, а также давление на входе и сила тарельчатой пружины на входной части клапана удерживают узел диафрагма/тарелка в закрытом положении против силы натяжной пружины диафрагмы. Если давление питания падает, усилие закрытия, вызванное давлением питания, уменьшается, и давление на выходе немного возрастает для компенсации. Таким образом, если давление питания падает, давление на выходе увеличится, при условии, что давление на выходе остается ниже падающего давления питания. Это является причиной сброса газа в конце бака, когда подача осуществляется из баллона с газом под давлением. [ нужна ссылка ] Оператор может компенсировать этот эффект, регулируя нагрузку пружины, поворачивая ручку, чтобы восстановить выходное давление до желаемого уровня. В одноступенчатом регуляторе, когда давление питания падает, более низкое давление на входе вызывает повышение давления на выходе. Если сжатие нагрузочной пружины диафрагмы не отрегулировано для компенсации, тарелка может оставаться открытой и позволить резервуару быстро вылить оставшееся содержимое. [ нужна цитата ]
Двухступенчатые регуляторы представляют собой два регулятора, установленных последовательно в одном корпусе, которые постепенно снижают давление в два этапа вместо одного. Первая ступень, являющаяся предварительной, снижает давление питающего газа до промежуточной ступени; газ при этом давлении переходит на вторую ступень. Газ выходит из второй ступени под давлением (рабочим давлением), установленным пользователем путем регулировки ручки регулировки давления на пружине нагружения диафрагмы. Двухступенчатые регуляторы могут иметь два предохранительных клапана, чтобы в случае возникновения избыточного давления между ступенями из-за утечки в седле клапана первой ступени возрастающее давление не перегружало конструкцию и не вызывало взрыва. [ нужна цитата ]
Несбалансированный одноступенчатый регулятор может нуждаться в частой регулировке. Когда давление подачи падает, давление на выходе может измениться, что потребует регулировки. В двухступенчатом регуляторе улучшена компенсация любого падения давления питания. [ нужна цитата ]
Воздушные компрессоры используются в промышленных, коммерческих и домашних мастерских для выполнения различных работ, включая продувку вещей; работа с пневматическими инструментами; и накачивание таких вещей, как шины, мячи и т. д. Регуляторы часто используются для регулировки давления, выходящего из воздушного ресивера (бака), в соответствии с тем, что необходимо для выполнения задачи. Часто, когда один большой компрессор используется для подачи сжатого воздуха для нескольких целей (часто называемый «цеховым воздухом», если он построен как стационарная установка труб по всему зданию), будут использоваться дополнительные регуляторы, чтобы гарантировать, что каждый отдельный инструмент или функция получает необходимое давление. Это важно, поскольку некоторые пневматические инструменты или способы использования сжатого воздуха требуют давления, которое может привести к повреждению других инструментов или материалов. [ нужна цитата ]
Регуляторы давления используются в системах герметизации салона самолета, контроле давления уплотнения фонаря, системах питьевого водоснабжения и герметизации волноводов. [3]
Регуляторы давления в аэрокосмической отрасли применяются для управления давлением в двигательных установках систем управления реакцией (RCS) и систем управления ориентацией (ACS), где присутствуют высокая вибрация, большие экстремальные температуры и агрессивные жидкости. [4]
В сосудах под давлением можно готовить пищу гораздо быстрее, чем при атмосферном давлении, поскольку более высокое давление повышает температуру кипения содержимого. Все современные скороварки будут иметь клапан регулятора давления и предохранительный клапан в качестве предохранительного механизма, предотвращающего взрыв в случае, если клапан регулятора давления не сможет должным образом сбросить давление. В некоторых старых моделях отсутствует предохранительный выпускной клапан . Большинство моделей для домашнего приготовления 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 бар). Почти во всех домашних кухонных приборах используется очень простой одноступенчатый регулятор давления. В более старых моделях просто устанавливается небольшой груз поверх отверстия, которое поднимается под чрезмерным давлением, позволяя выйти лишнему пару. Более новые модели обычно оснащены подпружиненным клапаном, который поднимается и позволяет давлению сбрасываться при повышении давления в резервуаре. Некоторые скороварки имеют настройку быстрого выпуска на клапане регулятора давления, которая, по сути, снижает натяжение пружины, позволяя давлению сбрасываться с быстрой, но все же безопасной скоростью. На коммерческих кухнях также используются скороварки, в некоторых случаях скороварки на масляной основе для быстрого обжаривания фаст-фудов во фритюре. Сосуды под давлением такого типа также можно использовать в качестве автоклавов для стерилизации небольших партий оборудования и при домашнем консервировании. [ нужна цитата ]
Клапан регулирования давления воды ограничивает приток, динамически изменяя отверстие клапана так, что при меньшем давлении снаружи клапан открывается полностью, а слишком большое давление снаружи приводит к закрытию клапана. В ситуации отсутствия давления, когда вода может течь назад, это не будет препятствовать. Клапан регулирования давления воды не выполняет функцию обратного клапана. [ нужна ссылка ] [ нужны разъяснения ]
Они используются в тех случаях, когда давление воды в конце линии слишком велико, чтобы избежать повреждения приборов или труб.
Для процессов кислородно-топливной сварки и резки требуются газы под определенным давлением, и регуляторы обычно используются для снижения высокого давления в баллонах-хранилищах до давления, пригодного для резки и сварки. Регуляторы кислорода и топливного газа обычно имеют две ступени: первая ступень регулятора выпускает газ из баллона под постоянным давлением, 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 показывает давление в цилиндре, другой — давление нагнетания. Для дуговой сварки в среде инертного газа также используется газ, хранящийся под высоким давлением, подаваемый через регулятор. Может быть расходомер, откалиброванный для конкретного газа. [ нужна цитата ]
Все применения пропана и сжиженного газа требуют использования регулятора. Поскольку давление в баллонах с пропаном может значительно колебаться в зависимости от температуры, необходимо наличие регуляторов, обеспечивающих постоянное давление в последующих устройствах. Эти регуляторы обычно компенсируют давление в резервуаре в пределах 30–200 фунтов на квадратный дюйм (2,1–13,8 бар) и обычно обеспечивают 11-дюймовый водяной столб ( 0,4 фунта на квадратный дюйм (28 мбар) для жилых помещений и 35-дюймовый водяной столб 1,3 фунта на квадратный дюйм. дюйм (90 мбар) для промышленного применения. Регуляторы пропана различаются по размеру и форме, давлению нагнетания и возможностям регулировки, но одинаковы по своему назначению — обеспечивать постоянное давление на выходе для нужд последующей эксплуатации. Обычные международные настройки для отечественных регуляторов сжиженного газа составляют 28 мбар для бутана и 37 мбар для пропана.
Все автомобильные двигатели, работающие на сжатом газе в качестве топлива (двигатель внутреннего сгорания или электрическая силовая установка на топливных элементах), требуют регулятора давления для снижения давления хранимого газа ( СПГ или водорода ) с 700, 500, 350 или 200 бар (или 70,00 бар). 50, 35 и 20 МПа) до рабочего давления. [ нужна цитата ] )
Для транспортных средств для отдыха с водопроводом необходим регулятор давления для снижения давления внешнего источника воды, подключенного к водопроводу автомобиля, поскольку источник подачи может находиться на гораздо большей высоте, чем палаточный лагерь, а давление воды зависит от высоты столба воды. . Без регулятора давления сильного давления, возникающего в некоторых кемпингах в горных районах, может быть достаточно, чтобы лопнуть водопроводные трубы кемпера или сорвать водопроводные соединения, что приведет к наводнению. Регуляторы давления для этой цели обычно продаются в виде небольших навинчивающихся аксессуаров, которые подходят к шлангам, используемым для подключения дома на колесах к водопроводу, которые почти всегда совместимы по резьбе с обычным садовым шлангом . [ нужна цитата ]
Регуляторы давления используются с водолазными баллонами для подводного плавания . В резервуаре может находиться давление, превышающее 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар), что может привести к смертельной баротравме у человека, вдыхающего его напрямую. Регулятор, управляемый по требованию, обеспечивает поток дыхательного газа при давлении окружающей среды (которое зависит от глубины воды). Регуляторы снижения давления также используются для подачи дыхательного газа водолазам с надводным питанием [5] и людям, которые используют автономные дыхательные аппараты (SCBA) для спасательных и опасных работ на суше. Межкаскадное давление для автономного дыхательного аппарата при нормальном атмосферном давлении обычно можно оставить постоянным при заводских настройках, но для дайверов с надводным питанием оно контролируется оператором газовой панели в зависимости от глубины дайвера и требований к скорости потока. Дополнительный кислород для полетов на большой высоте в самолетах без давления и медицинские газы также обычно подаются через регуляторы снижения давления из хранилища высокого давления. [6] [7]
Дополнительный кислород также можно подавать через регулятор, который одновременно снижает давление и подает газ с дозированной скоростью потока для смешивания с окружающим воздухом. [8] Одним из способов создания постоянного массового расхода при переменном давлении окружающей среды является использование дросселированного потока , при котором поток через дозирующее отверстие является звуковым. Для данного газа в дросселируемом потоке массовый расход можно контролировать, устанавливая размер отверстия или давление на входе. Для создания дросселированного потока кислорода соотношение абсолютных давлений газа выше и ниже по потоку должно превышать 1,893 при 20 °C. При нормальном атмосферном давлении для этого требуется давление на входе более 1,013 × 1,893 = 1,918 бар. Типичное номинальное регулируемое манометрическое давление медицинского кислородного регулятора составляет 3,4 бар (50 фунтов на квадратный дюйм), при абсолютном давлении примерно 4,4 бар и коэффициенте давления около 4,4 без противодавления, поэтому в дозирующих отверстиях в течение некоторого времени будет возникать дросселирование потока. давление на выходе (на выходе) примерно до 2,3 бар абсолютного давления. В регуляторе этого типа обычно используется роторная пластина с калиброванными отверстиями и фиксаторами, удерживающими ее на месте, когда выбрано отверстие, соответствующее желаемому расходу. Регулятор этого типа также может иметь одно или два некалиброванных патрубка на отводе из камеры промежуточного давления с системой безопасности индекса диаметра (DISS) или аналогичных разъемов для подачи газа к другому оборудованию, а соединение высокого давления обычно представляет собой систему безопасности индекса диаметра (PISS). ) хомут. [9] Аналогичные механизмы можно использовать для регулирования расхода в регуляторах для авиации и альпинизма.
Поскольку давление в водопроводных трубах быстро нарастает с глубиной, подземные горные работы требуют довольно сложной системы водоснабжения с редукционными клапанами. Эти устройства должны быть установлены на определенном интервале по вертикали, обычно 600 футов (180 м). [ нужна цитата ] Без таких клапанов трубы могли бы лопнуть, и давление было бы слишком большим для работы оборудования.
Регуляторы давления широко используются в газовой промышленности. Природный газ сжимается до высокого давления для распределения по стране через крупные магистральные трубопроводы. Давление в трансмиссии может превышать 1000 фунтов на квадратный дюйм (69 бар) и должно быть снижено на различных этапах до давления, пригодного для использования в промышленных, коммерческих и жилых помещениях. В этой распределительной системе имеется 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. Здесь же природный газ без запаха одорируется меркаптаном. Давление в распределительной сети дополнительно снижается на районной регулирующей станции, расположенной в различных точках города, до уровня ниже 60 фунтов на квадратный дюйм. Окончательный монтаж будет происходить на месте конечного пользователя. Как правило, снижение давления для конечного пользователя осуществляется при низких давлениях в диапазоне от 0,25 до 5 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые промышленные применения могут потребовать более высокого давления. [ нужна цитата ]
Если перепад давления в выхлопной системе встроенной дыхательной системы слишком велик, обычно в системах насыщения, можно использовать регулятор противодавления, чтобы уменьшить перепад давления выхлопных газов до более безопасного и управляемого давления. [10] [12]
Глубина, на которой большинство гелиоксовых дыхательных смесей используется при подводном плавании с поверхности, обычно составляет как минимум на 5 бар выше атмосферного давления на поверхности, а выхлопные газы дайвера должны проходить через рециркуляционный клапан , который представляет собой обратный клапан, активируемый повышение давления в шлеме дайвера выше давления окружающей среды, вызванное выдохом дайвера. [13] [14] Шланг рециркуляционного газа, по которому выдыхаемый газ возвращается на поверхность для переработки, не должен иметь слишком большую разницу давлений по сравнению с давлением окружающей среды у дайвера. Дополнительный регулятор противодавления в этой линии позволяет более точно настроить рециркуляционный клапан для снижения работы дыхания на переменной глубине. [15]
