Come funziona un regolatore di pressione? Spiegazione di fase singola e doppia fase

Una bombola di azoto da 200 bar collegata direttamente a un gascromatografo è la ricetta per letture irregolari e sovrapressione pericolosa. Un regolatore di pressione si trova tra l'alimentazione e il processo, riducendo l'elevata pressione in ingresso a una pressione di uscita inferiore e stabile. Lo fa automaticamente, senza elettricità, bilanciando la forza di una molla regolabile con la forza creata dalla pressione a valle su una membrana o un pistone.

Cosa fa realmente un regolatore di pressione

Un regolatore di pressione è una valvola di controllo autonoma che utilizza la pressione a valle come segnale di feedback. Ogni regolatore ad azionamento diretto è dotato di tre elementi funzionali:

• Un elemento di caricamento, solitamente una manopola di regolazione che agisce su una molla, imposta la pressione di uscita desiderata.
• Un elemento sensibile, normalmente una membrana o un pistone, rileva la pressione a valle vicino all'uscita del regolatore.
• Un elemento riduttore, formato da una sede della valvola e da un otturatore, apre e chiude il percorso del flusso per aggiungere o interrompere il flusso di gas.

Quando la pressione in uscita diminuisce, l'elemento sensibile apre l'otturatore. Quando la pressione in uscita aumenta, l'elemento sensibile consente all'otturatore di chiudersi. Il regolatore modula continuamente il flusso per mantenere il setpoint.

Il principio di funzionamento: forza della molla e forza della pressione

Il modo migliore per comprendere un regolatore è modellarlo come un equilibrio di forze. La manopola di regolazione comprime una molla che spinge verso il basso il diaframma. La pressione del gas a valle spinge verso l'alto sullo stesso diaframma. La differenza tra queste due forze controlla la posizione dell'otturatore.

Operazione passo dopo passo

1. Ruotare la manopola di regolazione per comprimere la molla e impostare la forza desiderata sul diaframma.
2. Senza richiesta a valle, l'otturatore si posiziona contro la sede della valvola e il flusso si arresta a una pressione leggermente superiore al setpoint, denominata blocco.
3. Quando si apre una valvola a valle, la pressione in uscita diminuisce leggermente; la forza della molla è ora maggiore della forza verso l'alto del diaframma, quindi l'otturatore si solleva.
4. Il gas fluisce attraverso la sede della valvola fino a quando la pressione a valle ritorna al setpoint.
5. Quando la domanda diminuisce, la pressione in uscita aumenta leggermente, la membrana si sposta verso l'alto e l'otturatore si strozza all'indietro.
6. Il regolatore raggiunge un equilibrio stabile in cui la forza della molla è uguale alla forza della pressione, mentre l'otturatore rimane leggermente aperto per soddisfare la richiesta di flusso.

Questo è il controllo proporzionale. Tranne che in fase di blocco, l'otturatore non è completamente aperto o completamente chiuso. Mantiene una posizione di strozzamento che fornisce un flusso appena sufficiente a mantenere la pressione a valle al valore selezionato.

Regolatori a stadio singolo e a due stadi

I regolatori monostadio eseguono l'intera riduzione della pressione in un unico passaggio. La loro pressione di uscita è ragionevolmente stabile ma può variare al variare della pressione di ingresso, un effetto chiamato effetto della pressione di alimentazione. I regolatori a due stadi utilizzano un primo stadio per abbassare la pressione della bombola ad un livello intermedio, quindi un secondo stadio esegue la regolazione finale. Ciò rende la pressione di uscita quasi indipendente dalla pressione della bombola, il che è utile per strumenti sensibili e bombole ad alta pressione.

Per molti sistemi a pannelli in acciaio inossidabile, un regolatore monostadio per servizio medio come il Regolatore di pressione in acciaio inossidabile di medie dimensioni serie R57 offre un equilibrio pratico tra capacità di flusso e controllo.

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Quando il processo richiede stabilità a due stadi e indicazione visiva del flusso, il Regolatore di portata a doppio stadio serie R19T combina la riduzione della pressione finale con un flussometro in un'unica unità.

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Regolatori di contropressione e altre variazioni

Un regolatore di riduzione della pressione controlla la pressione a valle. Un regolatore di contropressione controlla la pressione a monte aprendo un percorso di scarico quando la pressione in ingresso supera il setpoint. I regolatori di contropressione vengono utilizzati nei sistemi di miscelazione dei gas, nell'erogazione di vapori chimici e nelle applicazioni di sparging in cui è necessario mantenere una pressione costante a monte di una valvola o di un filtro.

In un sistema di gas in acciaio inossidabile, un regolatore di contropressione dedicato in acciaio inossidabile come il Regolatore di contropressione in acciaio inossidabile serie SR7 applica lo stesso principio di bilanciamento delle forze al contrario: la molla mantiene chiusa la valvola finché la pressione a monte non la supera.

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Per flussi di processo molto grandi, i regolatori pilotati utilizzano un piccolo regolatore pilota per amplificare il segnale di rilevamento. Sono meno comuni nei tubi compatti per strumentazione, ma diventano preziosi quando aumenta la capacità di flusso richiesta.

Selezione di un regolatore per il tuo sistema di gas

Iniziare con il fluido, l'intervallo di pressione e il flusso. Per servizi corrosivi, di elevata purezza o con idrogeno, l'acciaio inossidabile 316L è una solida soluzione predefinita. Verificare il valore nominale della pressione in ingresso, l'intervallo della pressione in uscita e la capacità di flusso al setpoint operativo. Considerare anche il tipo di connessione: raccordi per tubi a compressione, guarnizioni frontali VCR o estremità saldate. Per una linea completa di regolatori di pressione in acciaio inossidabile, rivedere il Gamma di regolatori di pressione in acciaio inossidabile NB-KSL .

I due numeri di prestazione che contano di più sono il droop e il lock-up. Il droop è la diminuzione della pressione di uscita all'aumentare del flusso. Il blocco è l'aumento al di sopra del setpoint quando il flusso si interrompe. Un regolatore ben progettato mantiene le dimensioni ridotte, mentre un design a due stadi offre solitamente prestazioni migliori quando la pressione in ingresso cambia notevolmente.

Criteri di selezione comuni

• Intervallo massimo di pressione in ingresso e pressione in uscita
• Portata richiesta alla pressione di esercizio
• Compatibilità del fluido con i materiali della membrana, della sede e del corpo
• Intervallo di temperatura operativa e condizioni ambientali
• Tipo di connessione e dimensione del tubo o della tubazione
• Precisione richiesta, compresi droop e lock-up accettabili

Se si tratta di una nuova installazione, seguire la freccia della direzione del flusso, fissare il tubo di ingresso ed evitare di montare il regolatore in prossimità di forti vibrazioni. NB-KSL istruzioni di installazione spiegare in dettaglio le raccomandazioni su coppia, allineamento e test di tenuta.

Capire come funziona un regolatore di pressione significa principalmente comprendere l'equilibrio della forza. Una volta tracciata la forza della molla rispetto alla forza del diaframma, è possibile prevedere il motivo per cui un regolatore si apre su richiesta, si chiude in un vicolo cieco e si comporta diversamente nelle configurazioni a stadio singolo e a due stadi. Scegli il materiale e il tipo di connessione giusti, rispetta i limiti di flusso e il regolatore manterrà silenziosamente sotto controllo il tuo sistema di gas.