Принцип работы регуляторов давления

При использовании механических регуляторов давления постоянно возникают различные эффекты, которые негативно сказываются на конечном результате — получении точного значения давления, установленного пользователем.

Чтобы разобраться в возникающих эффектах, необходимо рассмотреть принцип работы регулятора давления.
Известно, что регулятор состоит из 3 элементов: механизма нагрузки, чувствительного механизма, элемента контроля

1. Механизм нагрузки
   1. Пружинная нагрузка
      

      Это наиболее распространённый механизм благодаря своей цене и универсальности.

      При повороте ручки или гайки создается дополнительное сжатие пружины до тех пор, пока давление на выходе не сравняется с требуемым значением.

   2. Купольная нагрузка
      

      В отличие от пружинной нагрузки, в купольном методе давление создает непосредственную нагрузку на регулятор. Давление на выходе соответствует давлению в куполе.

   3. Пневмопривод
      

      Этот механизм похож на купольный, но соотношение больше, чем 1:1. Также управляющий газ может быть только инертным, в отличие от купольной нагрузки, где среда может являться управляющим давлением.

   4. Комбинация купольной и пружинной нагрузки
      

      В данном случае сочетаются два механизма: купольный и пружинный. При таком сочетании создается фиксированная нагрузка пружиной, и добавляется нужное давление под купол.

2. Чувствительный механизм
   1. Диафрагма
      

      Диафрагма очень чувствительна к изменениям давления, в особенности изготовленная из полимерных материалов. Но давление на выходе лимитировано из-за возможного разрыва диафрагмы. Диафрагмы Tescom предназначены для давлений до 34.5 бар.

   2. Поршень
      

      Поршень применяется в случаях, когда давление на выходе превышает допустимо возможное для диафрагм. Поршень имеет чуть худшую чувствительность, чем у диафрагмы, но зато позволяет достигать давления на выходе до 1379 бар.

   3. Сильфон
      

      Это наиболее чувствительный элемент из всех трех. Но и наиболее дорогой. Из-за чувствительности максимальное давление на выходе ограничено 20.7 барами.

3. Контрольный элемент
   1. Несбалансированный клапан
      

      Несбалансированный клапан имеет только одну уплотнительную точку - коническую область на конце клапана. Благодаря этому дизайну клапан закрывается с помощью пружины клапана и давления на входе. В то время как сила пружины постоянна на протяжении всего времени, сила давления меняется. Данный вид клапана имеет негативный эффект - эффект изменения давления на входе из-за изменения давления на входе (decaying inlet characteristics или supply pressure effect). Этот эффект может возникать, когда баллон используется в качестве источника давления для системы заказчика.

   2. Сбалансированный клапан
      

      Данный вид клапана имеет две точки уплотнения. Одна из них такая же, как и у несбалансированного клапана. Другая же находится рядом с концом штока клапана в зоне P1. Из-за того, что уплотняется одновременно два конца штока клапана, сила от поступающего давления не может закрыть или открыть клапан. Из-за этого поступающее давление имеет слабое влияние на силы, воздействующие на клапан. Также внутри штока есть отверстие, благодаря которому давление P2 является одинаковым на обоих концах клапана.

Как все это работает вместе

Когда система становится открытой, это означает, что в ней возникает поток, в том числе и через регулятор. Когда поток начинается, создается небольшое падение давления в полости регулятора на выходе. Чувствительный элемент-диафрагма, чувствует падение давления и сдвигается вниз из-за дисбаланса между силой давления на выходе и силой пружинной нагрузки. В этот момент сила пружины выше силы давления на выходе. Из-за этого диафрагма двигается вниз, вынуждая клапан сдвигаться из своего седла, и позволяя газу через открытое седло течь в полость регулятора на выходе.

Клапан остается открытым, выравнивая давление на выходе и установленное давление. До тех пор пока в системе есть ток, регулятор с пружинной нагрузкой не может достичь установленного давления. Но он будет пытаться это сделать. Разницу между установочным давление и давлением, получаемом на выходе регуляторе, при потоке в системе называют DROOP.

Когда система становится замкнутой или в ней прекращается ток, давление на выходе становится чуть выше, чем установочное на 0,07–0,21 бар. Это давление необходимо, чтобы заставить клапан прочно закупорить седло и обеспечить надежное уплотнение. Это давление называется LOCK UP. И это нормально для всех редукторов.

Обзор возможных отклонений в работе механических регуляторов давления читайте в следующей статье.