1. Вступ
2. Види регуляторів тиску

17.04.2018

Вступ

Газовий регулятор тиску (редуктор) - це спеціальний пристрій, який використовується для зниження тиску газу або ж різного роду газової суміші в ємностях (як правило, це балони і газопроводи) до робочого рівня. Також, такі редуктори можуть застосовуватися ще й для підтримки в автоматичному режимі тиску на постійному рівні, не залежно від того, зміни рівня тиску газу в ємності.

Застосовуються редуктори практично скрізь, де мова йде про газове обладнання, будь то пристрої, що працюють на горючих (метан, водні та ін.) Або інертних (азот, гелій і ін.) Газах. Типовим побутовим прикладом є редуктор для газового балона, відомий також як «жаба».

Автомобілісти, оснастити свої машини економічним газобалонним обладнанням, також знайомі з цим пристроєм. Зріджений (або стиснений) газ в таких системах теж попередньо надсилається в редуктор пропан-бутанової суміші (або метановий), а потім надходить в карбюратор або інжектор.

Газовий редуктор застосовується і в промисловості. У місцях переходу від великих магістралей до локальних мереж потрібно значне зниження тиску. Тут використовуються потужні і великогабаритні редуктори.

Малюнок №1. Схема роботи регулятора тиску.

На малюнку схематично зображено газовий редуктор. Всі редуктори влаштовані схоже. Відмінності лише в розмірі деталей, їх конструктивному виконанні, діаметрах отворів і площі мембрани. На схемі показана мембрана (1), пружина (2).

Коли в нижній частині редуктора (під мембраною) тиск нижче номінального, шайба (3) на мембрані і коромисло (4), шарнірно пов'язане з нею, опущені, вхідний отвір відкрито. Газ надходить з вхідного патрубка. Коли тиск досягає необхідної величини, шайба і коромисло піднімаються і закривають вхідний клапан. Тиск, при якому це відбувається, визначається площею мембрани, пружністю пружини і, в деякій мірі, зусиллям, яке необхідно докласти для закриття впускного клапана.

У наведеній схемі мембрана притиснута пружиною. Верхня камера через отвір пов'язана з навколишнім середовищем. Зустрічаються герметичні модифікації редукторів, в яких верхнього отвору і пружини немає. У них простір над мембраною заповнений інертним газом під тиском, що і забезпечує пружність.

Нарешті, в клапанах пропорційної подачі застосовується комбінація пружини і тиску газу. При цьому верхній отвір є, але воно сполучене трубкою з тією областю, куди потрібно подавати газ. Таким чином, досягається залежність тиску газу, що подається від тиску в тому місці, куди він подається (пропорційна подача).

Одним з важливих параметрів редуктора є максимальна витрата газу. Цей параметр визначається діаметром отвору впускного клапана, так як від цього діаметра залежить, скільки газу при заданому вхідному тиску пропустить редуктор при повністю відкритому клапані. Робити це отвір занадто великим, як Ви побачите нижче, не виходить. Так що завжди потрібно переконатися, що редуктор може забезпечити достатній потік для Ваших цілей.

Види регуляторів тиску

1. Регулятори безпосередньої дії

У регуляторі безпосередньої дії управління відбувається за рахунок енергії регульованою середовища. Область застосування цих регуляторів обмежена. Вони не пристосовані до переходу на дистанційне керування регулюючим органом, не здатні розвивати значних зусиль, а також не можуть виробляти складного регулюючого впливу. Принцип дії описаний вище (малюнок №1)

Регулятори безпосередньої дії є найбільш поширеним типом регуляторів. Їх перевагами є простота конструкції, відсутність допоміжних агрегатів і простота обслуговування, відносно низька вартість, надійність в експлуатації, не споживають енергію від сторонніх джерел, пожежо - і вибухобезпечні (не мають іскроутворюючого елементів). Однак такі регулятори мають і ряд недоліків, до числа яких належить необхідність створення чутливим елементом значних перестановки зусиль, переданих органам управління, що збільшує габарити самого регулятора.

Регулятори безпосередньої дії мають меншою чутливістю, ніж регулятори непрямої дії. У регулятора непрямої дії сили тертя долаються за рахунок стороннього джерела енергії і не вимагають внесення суттєвих змін до зусиль на мембрану. Тому процес регулювання відбувається тут спокійніше, без поштовхів.

Регулятори безпосередньої дії застосовують для автоматичного регулювання тиску, перепаду тиску, рівня, витрати і температури рідких і газоподібних середовищ. Регулятори безпосередньої дії зі статичною характеристикою мають нерівномірність, що досягає 15 - 25%.

Малюнок №2. Регулятор безпосередньої дії.

Регулятори безпосередньої дії діляться на регулятори прямого і зворотного дії.

1.1. Регулятор прямої дії.

У конструкції регуляторів прямої дії - падаючі характеристики, що означає, що робочий тиск у міру витрачення газу також знижується, а у редукторів зворотної дії, все обернено пропорційно - газ витрачається, а робочий тиск тільки зростає. Незважаючи на те, що редуктори цих видів різняться і своєю конструкцією, і принципом дії, в їх пристрої використовуються однакові деталі. Редуктор призначений для регулювання тиску на виході з редуктора.

Малюнок №3. Схема роботи регулятора прямої дії

У редукторах прямої дії газ проходить через штуцер 3, потрапляючи в камеру високого тиску 6 та діючи на клапан 7, прагне відкрити його (а в редукторах зворотної дії - закрити його). Редукує клапан 7 притискається до сідла запірної пружиною 5 і перегороджує доступ газу високого тиску. Мембрана 1 прагне відвести редукує клапан 7 від сідла і відкрити доступ газу високого тиску в камеру низького (робочого) тиску 10. У свою чергу мембрана 1 знаходиться під дією двох взаємно протилежних сил. Із зовнішнього боку на мембрану 1 через натискний гвинт 12 діє нажимная пружина 11, яка прагне відкрити редукує клапан 7, а з внутрішньої сторони камери редуктора на мембрану тисне скороченої газ низького тиску, що протидіє нажімной пружині 11.

При зменшенні тиску в робочій камері нажимная пружина 11 розпрямляється, і клапан йде від сідла, при цьому відбувається збільшення припливу газу в редуктор. При зростанні тиску в робочій камері 10 нажимная пружина 11 стискається, клапан підходить ближче до сідла і надходження газу в редуктор зменшується. Робочий тиск визначається натягом натискної пружини 11, яке змінюється регулювальним гвинтом 12. При вивертанні регулювального гвинта 12и ослабленні нажімной пружини 11 знижується робочий тиск і, навпаки, при ввертиваніі регулювального гвинта стискається нажимная пружина 11 і відбувається підвищення робочого тиску газу. Для контролю за тиском на камері високого тиску встановлений манометр 4, а на робочій камері - манометр 9 і запобіжний клапан 8.

1.2. Регулятор зворотної дії.

Основна відмінність полягає в тому, що в редукторах прямої дії газ високого тиску, діючи на клапан, прагне відкрити його, а в редукторах зворотної дії газ прагне закрити клапан. Це дуже зручно, так як тиск на виході постійне і майже немає перепадів тиску. Тому такі редуктори отримали дуже широке поширення. Редуктор призначений для регулювання тиску на виході з редуктора.

Малюнок №4. Схема роботи регулятора зворотної дії.

Редуктор зворотної дії працює таким чином. Стиснутий газ з балона надходить в камеру високого тиску (8) і перешкоджає відкриванню клапана (9). Для подачі газу в пальник або різак необхідно обертати за годинниковою стрілкою регулювальний гвинт (2), який ввертається в кришку (1). Гвинт стискає натискну пружину (3), яка в свою чергу вигинає гнучку гумову мембрану (4) вгору. При цьому передавальний диск зі штоком (5) стискає зворотну пружину (7), піднімаючи клапан (9), який відкриває отвір для проходу газу в камеру низького тиску (13). Відкриванню клапана перешкоджає не тільки тиск газу в камері високого тиску, а й пружина (7), що має меншу силу, ніж пружина (3). Автоматична підтримка робочого тиску на заданому рівні відбувається наступним чином.

Якщо відбір газу в пальник або різак зменшиться, то тиск в камері низького тиску підвищиться, нажимная пружина (3) стиснеться і мембрана (4) виправиться, а передавальний диск зі штоком (5) опуститься і редукує клапан (9) під дією пружини (7 ) прикриє сідло клапана (10), зменшивши подачу газу в камеру низького тиску. При збільшенні відбору газу процес буде автоматично повторюватися. Тиск в камері високого тиску (8) вимірюється манометром (6), а в камері низького тиску (13) - манометром (11). Якщо роздавлені в робочій камері підвищиться понад норму, то за допомогою запобіжного клапана (12) відбудеться скидання газу в атмосферу.

Малюнок №5. Регулятор зворотної дії в неробочому і робочому положенні.

Регулятори зворотної дії можуть регулювати тиску «до себе» (до регулятора) і «після себе» (після регулятора)

1.2.1. Регулятор тиску "до себе"

Регулятор тиску "до себе" - це регулююча трубопровідна арматура прямої дії, яка призначена для автоматичної підтримки тиску рідини або газу, до нього по ходу руху.

Малюнок №6. Регулятор «до себе».

Середу проходили через клапан по стрілці. Тиск на вході через канал 12 в кришці клапана 2 надходить в подмембранную порожнину приводу і створює на мембрані зусилля, спрямоване на відкриття клапана. З іншого боку мембрани це зусилля врівноважується пружиною 6, поджатие якої можна змінювати регулювальним гвинтом 7. Коли сила, створювана на мембрані вхідним тиском, стає більше сили підтискання пружини, мембрана переміщається вгору і через шток 4 піднімає плунжер 3. В сідлі клапана відкривається прохід для середовища на вихід клапана. Частина середовища скидається на вихід клапана, тиск на виході клапана падає, сила, що діє на мембрану знизу, зменшується, і пружина закриває клапан шляхом опускання плунжера 3 на сідло.

1.2.2. Регулятор тиску "після себе"

Регулятор тиску "після себе" - це автоматичний регулятор прямої дії, який призначений для зниження і підтримки заданого тиску на виході з клапана. Принцип роботи описано в пункті 1.1.

Регулятори прямої дії «після себе» бувають одно- і двоступінчасті.

1.2.2.1. Одноступінчаті регулятори мають 1 камеру для зниження тиску, принцип роботи описаний вище. Недоліком таких регуляторів є пряма залежність тиску на виході від вхідного тиску, низький діапазон регулювання.

1.2.2.2. двоступеневі редуктори

Зниження тиску в редукторах цього типу відбувається шляхом двоступеневого розширення газу. Газ з балона потрапляє в камеру високого тиску. В результаті першого ступеня редукування тиск газу значно знижується. В результаті другого ступеня редукування тиск газу знижується ще більше і газ переходить в робочу камеру. Під цим тиском газ надходить до споживача.

перевага двоступеневого редуктора :

1. Можливість встановити будь-який тиск на виході (нижче вхідного) щодо тиску на вході
2. Висока точність настройки тиску на виході
3. Виключає скачки тиску за рахунок двокамерного пристрою

Малюнок №7. Двоступеневий редуктор.

Двоступеневий редуктор. 1 - теплопоглотітель, 2 - манометр високого тиску, 3 - камера високого тиску, 4 - редукційні клапани, 5 - канал, 6 - запобіжний клапан, 7 - манометр низького тиску, 8 - диск, 9 - запірний вентиль, 10 - ніпель, 11 - регулювальний гвинт, 12-головна пружина, 13 - мембрана, 14 - нажимная пружина, 15 - штуцер, 16 - фільтр, 17 - накидна гайка.

2. Регулятори тиску непрямої дії або пілотні.

Цей тип регуляторів вимагає для своєї роботи підведення додаткової енергії, якої можуть служити повітря, газ, рідина і т. П.

2.1. Якщо носієм підводиться до регулятора енергії є рідина під тиском (зазвичай мінеральне масло, рідше - вода) - регулятор називається гідравлічним.

2.2. У пневматичних регуляторах носієм енергії є стиснене повітря під тиском 1,4 або 6 атм.

2.3. В електричних (електронних) пристроях автоматики застосовують електричний струм.

Нерідко застосовують комбіновані регулятори, які використовують два види енергії, наприклад, електрогідравлічні або електропневматичні (перша частина слова відноситься до інформаційної частини автоматичного пристрою, друга - до силової частини).

У регулятора прямої дії чутливий і керуючий елементи - самостійні прилади, відокремлені від регулюючого клапана.

Особливість регуляторів непрямої дії - наявність регулятора управління (пілота). Процес регулювання тиску відбувається за допомогою взаємодії вихідного тиску з робочою мембраною. Газ вхідного тиску надходить в пілот. Пілот підтримує постійний тиск на внутрішній стороні робочої мембраною регулятора. За імпульсного трубопроводу газ вихідного тиску надходить на мембрану. Через дросель надлишок газу після пілота постійно скидається.

Малюнок №8. Пілотний регулятора тиску.

Налаштування регуляторів на потрібний вихідній тиск виробляється зміною зусилля стиснення регулювальної пружини пілота, а також відкриттям або закриттям прохідного перетину регульованих дроселів. Під мембранна порожнина пілота повідомлена з атмосферою.

Якщо вихідна тиск зменшився, то зменшиться і тиск над робочою мембраною, клапан разом з мембраною піднімається, витрата газу через регулятор збільшується, вихідний тиск зростає знову до заданого значення.

Пілотні регулятори мають досить широкі діапазони вхідної та вихідної тиску і пропускної здатності. Це стає можливим через особливій конструкції регулятора, при якій під мембранне керуючий тиск, що створюється пілотом, впливає на робочу мембрану регулятора, замість прямого впливу настоечной пружини на мембрану.

У порівнянні з пружинними регуляторами прямої дії, пілотні мають наступні переваги:

• можливість забезпечення досить широких інтервалів вихідного регульованого тиску 0,01-0,06 МПа і 0,06-0,6 МПа;
• забезпечення досить великої пропускної здатності;
• можливість в ряді випадків перенастроювання регуляторів на робочі параметри без припинення подачі газу до споживачів.

Малюнок №9. Пілотний регулятор тиску.

Спеціальні вимоги до редукторів в залежності від робочого середовища:

1. кисневі редуктори , Що застосовуються при газовому зварюванні і різанні металів, фарбують в блакитний колір і кріплять до вентилів балонів накидними гайками.

Всі деталі, що стикаються з киснем, повинні бути знежирені. Пружини та інші рухомі частини, що знаходяться в контакті з киснем, повинні бути виконані зі стійких до окислення матеріалів. На пружини кисневих редукторів допускається наносити захисні покриття, стійкі середовищі кисню.

Малюнок №10. Кисневий редуктор.

2. пропановий редуктор - використовується на різного роду підприємствах (особливо багато в машинобудуванні і металургії) для проведення автогенних робіт (різання, пайки і підігріву) при будівництві (для укладання бітумних покриттів) або в побуті (газові плити). Бувають з постійно заданим робочим тиском (встановлюється на заводі-виробнику) та з можливістю регулювання тиску в діапазоні 0-3 кгс / см2.

Пропанових редуктори, застосовувані при газовому зварюванні і різанні металів, фарбують в червоний колір.

Неметалеві матеріали (наприклад використовувані як ущільнювачі і мастил), які контактують з пропаном, бутаном іметілацетіленпропадіеновимі сумішей, повинні бути стійкими до n-пентанов.

Малюнок №11. Пропановий редуктор.

3. ацетиленові редуктори , Що застосовуються при газовому зварюванні і різанні металів, фарбують в білий колір і кріплять до вентилів балонів накидним хомутом.

Для виготовлення деталей, що контактують з ацетиленом не допускається застосовувати:

• мідь і її сплави з вмістом міді більше 65%;
• срібло і його сплави (за винятком твердих припоїв);
• цинк (за винятком антикорозійного покриття);
• ртуть;
• магній.

Неметалеві матеріали (наприклад використовувані як ущільнювачі і мастил), які контактують з ацетиленом, повинні бути стійкими до розчинників: ацетону і Диметилформамід (ДМФ)

Малюнок №12. Ацетиленовий редуктор.

4. кріогенні редуктори призначене для роботи з продуктами розділення повітря та рідких газів, яке повністю або частково експлуатується при температурах нижче 120 К (мінус 153,15 ° С). Кріогенне устаткування (в тому числі редуктори) застосовують в металургії, машинобудуванні, сільському господарстві, харчовій промисловості, хімії, енергетиці, нафтогазових комплексах, медицині та біології, науково-технічних дослідженнях, зберіганні і транспортування найрізноманітніших речовин і матеріалів, космонавтиці і багато іншого.

Кріогенні редуктори подібні за будовою з іншими редукторами, відмінність полягає в матеріалах, які використовуються для їх виготовлення. Для кріогенних регуляторів тиску використовують матеріали стійкі до низьких температур, такі як нержавіюча сталь, латунь, а для ущільнення PTFE, PTCFE, FEP, PFA.

Малюнок №13. Криогенний редуктор.

Криогенний економайзер моделі DYJ є стандартним представником регулятора «після себе». Цей пристрій дозволяє економити робочу середу в такий спосіб: якщо в ємності або трубопроводі виникає тиск вище тиску настройки регулятора, він відкривається і пропускає робочу середу через себе, тим самим знижуючи тиск в ємності до тиску настройки. Порт виходу економайзера підключається до продукційних випарника, або безпосередньо в лінію споживання. Таким чином, надлишкова газове середовище може бути корисно використана, а не втрачена через запобіжний клапан.

Маркування редукторів за вживаним газу

ацетиленові (А)

водневі (В)

кисневі (К)

пропан-бутанові (П)

метанові (М);

При виборі регуляторів тиску газу необхідно враховувати наступні фактори:

• тип обладнання и процесса;
• максимальний и мінімальній необхідній витрати газу;
• Максимальна и мінімальне вхідній Тиск;
• Максимальна и мінімальне вихідний Тиск;
• точність регулювання (максимально допустиме відхилення регульованості тиску і Час перехідного процесса регулювання);
• необходимость повної герметічності при закрітті регулятора;
• Акустичні вимоги до роботи регуляторів з скроню вхіднімі лещатами и великими витратами газу;
• Пропускна спроможність.

Основною вимогою при підборі регулятора тиску - забезпечення стійкості його роботи на всіх можливих режимах, що найпростіше добитися правильним вибором регулятора для того чи іншого об'єкта. Для тупикового газопроводу (з відбором газу у кінці газопроводу) слід застосовувати регулятори прямої дії. У разі великих витрат газу - непрямої дії. Для кільцевих і розгалужених газових мереж, з огляду на їх здатність до самовирівнювання, в принципі можна використовувати будь-які типи регуляторів, але так як ці мережі мають зазвичай великі розрахункові витрати, то краще застосовувати регулятори непрямої дії (з пілотом). Ці регулятори дозволяють більш точно підтримувати тиск після себе.

Нерівномірність регулювання у регуляторів тиску прямої дії ± (0-20)%, непрямої дії (з пілотом).

При підключенні до мереж високого тиску, тиск в яких будуть значні коливання може виявитися, що одноступінчастого зниження тиску буде недостатньо. В цьому випадку слід або вибирати двоступеневий регулятор тиску, або застосувати двоступенева редукування, при якому першим регулятором тиск знижується до проміжного значення, а другим - до необхідного з високою точністю.

При виборі регулятора тиску необхідно враховувати явища, пов'язані з шумом працюючого регулятора. Можна встановити гаситель шуму.
Автор статті:
фахівець по роботі з Корпаративная клієнтами
ТОВ "Кріоніка"
Домашніх Олена Петрівна