رگولاتور فشار یا تنظیم کننده های فشار دستگاه هایی هستند که برای کنترل فشار سیال در محدوده مورد استفاده قرار میگیرند. وظیفه اصلی رگولاتور کاهش فشار ورودی بالا برای کنترل فشار خروجی پایین است. تنظیمکنندههای فشار حتی میتوانند کاربردهایی را در شرایطی پیدا کنند که فشار خروجی ثابت مورد نیاز است.
رگولاتور فشار به طور گسترده ای برای کاربردهای مختلف خانگی و صنعتی استفاده میشود. برخی از کاربردهای رایج تنظیم کننده های فشار عبارتند از:
- کوره های گاز،
- کوره های گرمایش،
- تجهیزات دندانپزشکی،
- سیستم های اتوماسیون پنوماتیک،
- موتورهای خودرو،
- کاربردهای هوافضا،
- سلول های سوختی هیدروژنی،
- بازیابی کلاه ایمنی
- زودپز و مخازن تحت فشار،
- جوش و برش،
- خودروهای گازسوز،
- صنایع معدنی و گاز طبیعی،
- اتاق های هایپرباریک،
- باد کردن لاستیک ها و غیره
وظایف یک رگولاتور یا تنظیم کننده فشار
همانطور که قبلا گفتیم هدف اصلی از نصب رگولاتور فشار کاهش فشار است. با این حال، آنها میتوانند به طور موثر برای انجام عملکردهای زیر استفاده شوند:
- تنظیم فشار برگشتی
- به عنوان شیر سوئیچ فشار در سیستم های منطق پنوماتیک.
- به عنوان تنظیم کننده خلاء، برای حفظ خلاء ثابت.
اجزای یک رگولاتور یا تنظیم کننده فشار
همه رگولاتورهای فشار با کاهش فشار ورودی به کاهش فشار خروجی مشخص میشوند. سه جزء اصلی وجود دارد که به تنظیم کننده فشار کمک میکند تا عملکرد مورد نظر خود را انجام دهد:
- یک شیر کاهنده فشار
- یک عنصر بارگذاری مانند محرک یا فنر برای اعمال نیروی مورد نیاز
- یک عنصر حسگر مانند پیستون یا دیافراگم.
شماتیک یک رگولاتور فشار معمولی
شیر کاهش فشار به عنوان عنصر محدود کننده نیز شناخته میشود. این یک محدودیت متغیر برای جریان ایجاد میکند. به عنوان مثال میتوان به شیر گلوب، شیر پروانه ای، شیر پاپت و غیره اشاره کرد.
عنصر بارگذاری بخشی است که میتواند نیروی مورد نیاز را به شیر کاهنده فشار وارد کند. وزنه، فنر، محرک دیافراگم در ترکیب با فنر، یا محرک پیستونی میتوانند به عنوان عنصر بارگذاری عمل کنند.
عنصر اندازه گیری یا عنصر حسگر تعیین میکند که چه زمانی جریان ورودی با جریان خروجی برابر است. اغلب، خود دیافراگم به عنوان یک عنصر اندازه گیری عمل میکند. میتواند به عنوان یک عنصر ترکیبی عمل کند.
انواع رگولاتور فشار
با توجه به تعداد مراحلی که برای بدست آوردن فشار کاهش یافته نهایی استفاده میشود، سه نوع تنظیم کننده فشار وجود دارد.
تنظیم کننده فشار تک مرحله ای:
برای کاهش نسبتاً کم فشار در محدوده 100 تا 150 psi. مورد استفاده برای ماشین ابزار، پایه های تست، محرک های خطی، ماشین آلات خودکار، تجهیزات تست نشت و غیره.
تنظیم کننده فشار دو مرحله ای:
مناسب برای تغییرات زیاد در فشار ورودی
تنظیم کننده فشار سه مرحله ای:
آن ها فشار خروجی پایداری را ارائه میدهند و قادر به کاهش فشار بیشتر هستند. نمونههای معمولی پهپاد، دستگاههای پزشکی، ابزارهای تحلیلی، سلولهای سوختی هیدروژنی و غیره هستند.
مجدداً، بر اساس روش کار میتوان آنها را به طور کلی به دو کلاس زیر طبقه بندی کرد.
-
تنظیم کننده فشار خود کار:
ساده ترین طراحی. آنها در فشارهای پایین تر دقت بیشتری دارند و در فشارهای بالاتر دقت کمتری دارند. آنها برای عملکرد موثر نیازی به خطوط حسگر خارجی ندارند.
-
تنظیم کننده های فشار پایلوت:
از نظر طراحی پیچیده هستند اما میتوانند نوسانات فشار بزرگتر را تحمل کنند. رگولاتورهای فشار پایلوت کنترل دقیق فشار را فراهم میکنند.
بر اساس کاربرد رگولاتور فشار، گاهی اوقات آنها را به شرح زیر مینامند:
- تنظیم کننده فشار آب
- تنظیم کننده فشار گاز
- تنظیم کننده فشار سوخت
عملکرد رگولاتور فشار
یک تنظیم کننده فشار، جریان گاز از طریق رگولاتور را با تقاضای گازی که روی آن قرار میگیرد، مطابقت میدهد. در همان زمان، آنها فشار خروجی به اندازه کافی ثابت نگه میدارند. هنگامی که جریان بار کاهش مییابد، جریان تنظیم کننده نیز کاهش مییابد.
مجدداً، هنگامی که جریان بار افزایش مییابد، جریان تنظیم کننده نیز افزایش مییابد و بنابراین از کاهش فشار کنترل شده به دلیل کمبود گاز در سیستم فشار جلوگیری میکند. تنظیم کننده های فشار به گونه ای طراحی شده اند که فشار کنترل شده برای طیف وسیعی از دبی جریان، از نقطه تنظیم شده تفاوت زیادی ندارد. در عین حال، جریان از طریق رگولاتور پایدار است و فشار تنظیم شده در معرض نوسان بیش از حد نیست.
مواد رگولاتور فشار
البته مواد تنظیم کننده فشار با توجه به محیط کار و سازگاری سیال مورد استفاده متفاوت است. مواد رایجی که در تنظیم کننده های فشار معمولی استفاده میشوند عبارتند از:
- برنج
- آلومینیوم
- فولاد ضد زنگ
- پلاستیک
برای مصالح فنری از فولاد ضد زنگ و گاهی اوقات فولاد کربنی استفاده میشود. مواد مهر و موم معمولاً فلوئوروکربن، EPDM، پرفلورالاستومر یا سیلیکون است.
انتخاب رگولاتور فشار
اگرچه تنظیم کننده های فشار در اندازه ها و ساختارهای مختلف یافت میشوند، برای انتخاب مناسب باید برخی از پارامترها را در نظر گرفت. پارامترهای رایجی که بر روند انتخاب رگولاتورهای فشار تأثیر میگذارند عبارتند از:
- محدوده دمای کاری و فشار (هر دو دما و فشار ورودی و خروجی)
- محیط و ویژگی های سرویس سیال (گاز یا مایع، خورنده یا غیر خورنده، خطرناک یا غیر سمی، ماهیت انفجاری و غیره)
- ظرفیت یا جریان مورد نیاز (حداکثر، حداقل و تغییرات جریان)
- الزامات مواد
- دقت لازم است
- اندازه اتصال
- ابعاد، وزن و اندازه
نصب رگولاتور فشار
نصب رگولاتورهای فشار باید با در نظر گرفتن دستورالعمل های سازنده انجام شود. به طور کلی برای نصب رگولاتور فشار مراحل زیر دنبال میشود:
- مرحله 1: منبع فشار را به درگاه ورودی و خط فشار کاهش یافته را به درگاه خروجی وصل کنید. این پورت ها معمولا علامت گذاری میشوند، در غیر این صورت با سازنده تماس بگیرید.
- مرحله 2: فشار منبع را به تدریج روشن کنید تا از هرگونه شوک جلوگیری شود.
- مرحله 3: رگولاتور را روی فشار خروجی دلخواه تنظیم کنید. برای رسیدن به فشار مورد نظر میتوان تنظیمات جزئی را انجام داد.
انواع رگولاتور فشار گازهای صنعتی
مدیریت فشار گازهای صنعتی به دلیل فشارهای استاتیکی بالایی که برای ذخیره گازها در سیلندرها برای حمل و نقل استفاده میشود، برای کار ایمن و ضروری است. سیلندرهای فشار قوی عرضه شده از تولیدکنندگان گاز ممکن است بسته به اندازه بطری و نوع گاز دارای فشار باشند و این اغلب حدود 200 بار است اما میتواند بسیار بیشتر باشد.
این سیلندرها را میتوان بهصورت جداگانه، جفت یا در بانکهای بزرگ در سیستمها نصب کرد که در آن حجم بالای گاز یا تحویل پایدار بسیار مهم است. تنظیم کننده های فشار برای سیلندرهای فشار قوی اغلب به عنوان تنظیم کننده های مرحله اول شناخته میشوند. زیرا فشار استاتیک 200-400 بار سیلندر را میگیرند و آن را به سطح ایمن تر و قابل کنترل تر کاهش میدهند که میتواند بین 5 تا 50 بار باشد.
در برخی موارد ممکن است نیاز به استفاده از یک رگولاتور باشد تا فشار کمتری را وارد کند، مانند تجهیزات غواصی یا دستگاه تنفس و در این صورت، به یک تنظیم کننده دو مرحله ای نیاز است. این واحد یک رگولاتور مرحله اول را با یک واحد مرحله دوم ترکیب میکند تا دو مرحله کاهش را ارائه دهد و تنها تنظیم فشار تحویل نهایی است. فشار میانی بین مراحل ثابت است.
رگولاتورهای مرحله اول اغلب مستقیماً با استفاده از رزوه های نصبی که مخصوص گازها یا انواع گازهای خاص هستند، مستقیماً به سیلندرهای فشار قوی متصل میشوند.
این نوع رزوه ها ممکن است با یکی از چندین استاندارد بین المللی مانند UNI 11144، DIN 477، CGA V0-1 یا NF E29-650 مطابقت داشته باشند. مثلا:
- UNI 11144 No.1H برای هیدروژن (H2) یا متان (CH4)
- UNI 11144 شماره 2 برای دی اکسید کربن (CO2) یا اکسیژن (O2)
- UNI 11144 شماره 5 برای نیتروژن (N2)
- UNI 11144 No.6 for Air
- UNI 11144 شماره 7 برای استیلن (C2H2)
- UNI 11144 شماره 8 برای هلیوم (He) یا آرگون (Ar)
- UNI 11144 شماره 9 برای اکسید نیتروژن (N2O)
رزوه های معمولی G (BSPP) یا NPT نیز ممکن است در کاربردهای خاص یا جایی که سیلندرها به یک منیفولد فشار بالا متصل شده اند استفاده شوند.
از آنجایی که گازهای صنعتی اغلب در فرآیندهای بحرانی استفاده میشوند و حجم پر کردن سیلندر با فشار بالا محدود است، استفاده از 2 سیلندر یا بانک سیلندر مجزا با رگولاتور ورودی دوگانه برای آسان تر کردن تعویض بین طرف های عرضه در هنگام فشار منبع، عمل خوبی است. به زیر حداقل مناسب میرسد. تنظیمکنندههای تغییر خودکار این کار را با اجازه دادن به کاربر برای تعیین سمت منبع اصلی و سپس تغییر به سمت ثانویه با رسیدن فشار اولیه به حداقل فشار تعیین شده، سادهتر میکنند. هشدارها را میتوان در این نقطه فعال کرد تا به کاربر هشدار دهد که یک طرف منبع تمام میشود و باید قبل از اتمام طرف دیگر تعویض شود.
رگولاتورهای مرحله دوم یا رگولاتورهای فشار میانی، فشار کاهش یافته را از مرحله اول تا 50 بار میگیرند و تا فشار کاری مورد نظر، هر چیزی بین 1.5 تا 50 بار، تنظیم میکنند. اینها رایج ترین انواع شیرهای کاهش فشار هستند که در سایت ها میبییند و باید تنظیم دقیقی را برای طیف وسیعی از فشارهای مورد نظر ارائه دهند.
رگولاتورهای مرحله اول و دوم اغلب میتوانند برای مایعاتی مانند آب یا روغن هیدرولیک مورد استفاده قرار گیرند که در معرض تغییرات جزئی طراحی یا انتخاب الاستومر هستند.
رگولاتورهای مرحله سوم زمانی ضروری هستند که فشارهای بسیار کم مورد نیاز باشد، زیرا رگلاتورهای مرحله دوم زمانی که فشار مورد نظر بین چند میلی بار و 1 بار (گرم) باشد به اندازه کافی حساس نیستند. از دیافراگم های با قطر بسیار بزرگتر استفاده میشود که تشخیص رگلاتورهای مرحله سوم را از راه دور آسان تر میکند. این رگولاتورها اغلب فقط برای استفاده از هوا یا گاز هستند زیرا نیاز به مدیریت فشار مایع در این فشارها رایج نیست.
برای انتخاب صحیح رگولاتور فشار گاز یا مایع به چه اطلاعاتی نیاز دارم؟
رسانه ها
برای گازها و مایعات معمولی، نامگذاری سیال و توجه به محدوده دمایی سیال اغلب کافی است. برای مایعات چسبناک یا محلول های چند ماده شیمیایی، باید قدرت محلول، ترکیب درصد، ویسکوزیته و وزن مخصوص در نظر بگیریم.
فشار
حداکثر فشار ورودی و محدوده فشار خروجی قابل تنظیم موارد کلیدی هستند. در جایی که یک نرخ جریان خاص باید برآورده شود، فشار ورودی کاری معمولی هنگام اندازهگیری دریچه برای جریان کمک میکند.
جریان
اگر نیاز به دستیابی به یک نرخ جریان خاص دارید، باید این موضوع به وضوح بیان شود تا دریچه بتواند بر اساس آن اندازه شود. اغلب میتوان از شیر کوچکتری نسبت به خطی که در آن نصب میشود برای برآورده کردن نیاز استفاده کرد، اما در نظر بگیرید که آیا واحد بزرگتر هنگام نزدیک شدن به ظرفیت جریان برای ترکیب فشار ورودی/خروجی معین بهتر است یا خیر.
اتصالات
اتصالات ورودی و خروجی ممکن است مطابقت داشته باشند یا نباشند، بنابراین نوع اتصال رزوه ای، فلنجی، گیره ای و غیره را با استاندارد مربوطه تایید میکند. BSP، NPT، PN16، PN40، ANSI 150RF، ANSI 300RF، ASME BPE و غیره و اندازه در اینچ یا DN متریک برای اطمینان از تناسب رگولاتور جدید بدون مشکل کلیدی است. رگولاتورهایی که مستقیماً به سیلندرهای فشار قوی متصل میشوند، محدوده های دیگری از اتصالات استاندارد را دارند که قبلاً ذکر شد.
مواد
آیا مواد خاصی برای مطابقت با استاندارد سایت یا جلوگیری از خوردگی دارید؟ اکثر رگولاتورها میتوانند انتخاب هایی بین آلومینیوم، برنج یا فولاد ضد زنگ 316 داشته باشند اما مواد دیگری نیز ممکن است در دسترس باشند. انتخاب الاستومر ممکن است با سازگاری با محیط و همچنین محدوده دمای کار و محیط تعیین شود.
محیط
دمای محیط، دمای نور مستقیم خورشید، اتمسفر خورنده، مرطوب یا در معرض اسپری آب، محیطهای داخلی و خارجی، همگی میتوانند بر مشخصات صحیح تأثیر بگذارند و همیشه مهم است که این عوامل را در صورت شناخته شدن لحاظ کنید.
گواهینامه
رعایت ایمنی و قوانین برای عملیات کارخانه حیاتی است، به ویژه در مناطقی که در معرض خطر انفجار هستند که در آن گواهینامه ATEX، IECEx یا EAC-Ex مورد نیاز است. گزینه های محبوب دیگر EC1935/2004 Food Safe یا WRAS هستند.
آیا به رگولاتور فشار کاهش دهنده یا غیرتسکین دهنده نیاز داریم؟
رگلاتورهای تسکین دهنده برای هوای متراکم معمول هستند زیرا هنگام کاهش فشار پایین دست، تنظیم آسان را تسهیل میکنند. از آنجایی که فشار پایین دست هنگام پایین آمدن از نقطه تنظیم فراتر میرود، یک تنظیم کننده تسکین دهنده فشار اضافی را به اتمسفر تخلیه میکند تا زمانی که دوباره با نقطه تنظیم مطابقت کند.
رگولاتورهای غیر تسکین دهنده فقط میتوانند فشار پایین دست را در زیر نقطه تنظیم قبلی در میزان مصرف سیال کاهش دهند. اگر جریان نباشد، فشار پایین دست برای رسیدن به نقطه تنظیم کاهش یافته کاهش نمی یابد تا زمانی که سیال کافی حرکت کند تا فشار به نقطه تنظیم جدید و زیر آن کاهش یابد.
تنظیم کننده های تسکین دهنده را میتوان بر روی مایعات، گازهای سمی یا قابل احتراق تنها زمانی استفاده کرد که درگاه کمکی رزوه شود تا لوله کشی سیال تهویه شده به یک مخزن ایمن امکان پذیر شود. اگر پورت امدادی برای این امکان رزوهبندی نشده است، یا تنظیمکنندهای را انتخاب کنید که دارای رزوهای باشد یا با رگولاتور غیرتسکیندهنده همراه شوید.
امیدوارم از خواندن مقاله (انواع و نحوه عملکرد رگولاتورهای فشار) لذت برده باشید.
در صورت هرگونه سوال و پیشنهاد با مجموعه پرگاران تماس حاصل نمایید.
منابع
https://www.measuremonitorcontrol.com/resources/valves/industrial-gas-pressure-regulation
