Drukregelaars

Een drukregelaar is een apparaat dat de druk van vloeistoffen of gassen regelt door een hoge invoerdruk te verlagen naar een lagere uitvoerdruk. Het produceert een constante uitvoerdruk, zelfs wanneer er schommelingen in de inlaatdruk optreden. Drukregelaars zijn geschikt voor vele huishoudelijke en industriële toepassingen, zoals het reguleren van propaan in gasgrills, het reguleren van zuurstof in medische apparatuur, het leveren van samengeperste lucht in industriële toepassingen, en het reguleren van brandstof in automotoren en luchtvaarttoepassingen. Het belangrijkste aspect dat al deze toepassingen gemeen hebben, is drukregeling - van een hogere inlaatdruk naar een lagere uitvoerdruk. Dit artikel bekijkt de verschillende soorten drukregelaars, hun toepassingen, en waarop te letten bij het kiezen tussen drukregelaars.

Inhoudsopgave

• Onderdelen van een drukregelaar
• Soorten drukregelaars
• Toepassingen van drukregelaars
• Selectiecriteria voor drukregelaars
• Het installeren van een drukregelaar
• Drukregelaar vs. andere drukregelapparaten
• Veelgestelde vragen

Onderdelen van een drukregelaar

Een typische drukregelaar bestaat uit de volgende elementen:

• Een sensor zoals een membraan, zuiger of membraan (Figuur 2 gelabeld A).
• Een belastingelement dat de benodigde kracht op het verlagende element toepast, zoals een veer, zuigeractuator of membraanactuator (Figuur 2 gelabeld C).
• Een inlaat (Figuur 2 gelabeld B) en een uitlaat (Figuur 2 gelabeld D).
• Een drukverlagend element zoals een klep (Figuur 2 gelabeld E).

Drukverlagend element

Een veerbelaste klep is een standaard drukverlagend element in een drukregelaar. Kleppen hebben elastomere afdichtingen voor reguliere toepassingen en thermoplastische afdichtingen voor toepassingen met hoge druk. De afdichting sluit de klep af tegen lekkage van gas of vloeistof. De veerkracht regelt de klep door deze te openen om het medium van de inlaat naar de uitlaat te laten stromen. Wanneer de uitlaatdruk stijgt, sluit de klep vanwege de kracht van het sensor-element, die de veerkracht op de klep overwint.

Belastingelement

Het belastingelement regelt het sensor-element dat de klep opent. De hoeveelheid veerkracht is aanpasbaar, wat de verkregen uitlaatdruk bepaalt.

Het sensor-element

Zuigers zijn geschikt voor hoge drukken, robuuste toepassingen, en toepassingen waarbij bredere toleranties op de uitlaatdruk acceptabel zijn. Zuigers zijn vaak traag vanwege wrijving tussen de tandafdichting en het regellichaam.

Voor een hogere nauwkeurigheid is een membraantype sensor-element geschikt. Membraanregelaars hebben doorgaans minder wrijving dan zuigerontwerpen. Ze bieden ook een groter sensorgebied voor een gegeven regelaarafmeting. Ze zijn gemaakt van elastomeer of een dunne schijfachtige materiaalsoort die gevoelig is voor drukveranderingen.

Soorten drukregelaars

Drukregelaars vallen in de volgende categorieën:

• Direct bediend of zelfbediend
• Pilot-bediend

Direct bediende regelaars

Direct bediende regelaars (Figuur 2) zijn de eenvoudigste vorm van drukregelaars. Ze werken meestal bij lagere ingestelde drukken, onder 0,07 bar (1 psi), en kunnen een grotere nauwkeurigheid hebben. Bij hogere drukken, tot 35 bar (500 psi), kunnen ze nauwkeurigheidsniveaus van 10-20% hebben.

Direct bediende regelaars zijn zelfstandig: ze hebben geen externe sensorleiding aan de uitvoer nodig om effectief te werken. Ze bestaan uit een veerbediende klep die direct door een membraanmontage wordt aangestuurd. Energie of druk van het stromende medium werkt om het membraan te activeren. De toenemende druk stroomafwaarts werkt op het membraan, dat de klepplug sluit door de veer samen te drukken. Wanneer de druk stroomafwaarts daalt, wordt de veerkracht groter dan de kracht van het medium die op het membraan werkt, en opent de klep.

Pilot-bediende regelaars

Pilot-bediende regelaars bieden nauwkeurige drukregeling voor omstandigheden die verband houden met gas uit cilinders of kleine opslagtanks, zoals:

• significante variatie in debiet
• schommelingen in inlaatdruk
• afnemende inlaatdrukcondities

Dit type regelaar is over het algemeen een één- of tweetrapsapparaat. Een enkeltrapsregelaar is ideaal voor een relatief kleine drukverlaging. Het is niet geschikt voor systemen met grote schommelingen in inlaatdruk of debiet.

Een dubbeltrapsregelaar (Figuur 3) is de meest voorkomende pilot-bediende regelaar. De eerste trap bestaat uit een veerbediende pilot die de druk op het membraan van de hoofdregelklep regelt. Naarmate de druk toeneemt, comprimeert de veer en opent de pilotklep, waardoor er een drukverschil ontstaat tussen de inlaatzijde van de hoofdregelklep en de uitlaatklep. Dit drukverschil activeert de hoofdbedieningsklep, en de stroming vindt plaats bij een verminderde druk via de uitlaatklep. Zolang de druk van het medium op de veerbediende pilot laag is, is er geen stroming stroomafwaarts.

Dubbeltraps pilot-bediende regelaars regelen nauwkeurig een breed scala aan drukken en capaciteiten. Deze regelaars zijn alleen toepasbaar met schone vloeistoffen of gassen, omdat kleine doorgangen en poorten kunnen verstoppen. Deze opstelling resulteert in een stabiele en constante uitlaatdruk van de tweede trap ondanks drukdalingen in de eerste trap.

Toepassingen van drukregelaars

Naast het verlagen van de invoerdruk, zijn er aanvullende functies die een drukregelaar kan uitvoeren:

Drukregelaars en drukontlastkleppen

Een drukontlastklep beperkt de systeemdruk tot een voorgeschreven maximum. Het leidt een deel of alle hoeveelheid vloeistof of gas van de pomp naar de tank wanneer de druk de ingestelde druk bereikt. Een drukregelaar handhaaft een gewenste invoerdruk door de stroom van vloeistof of gas te variëren als reactie op een verandering in de invoerdruk.

Drukomschakelkleppen

Drukomschakelkleppen zijn voor pneumatische logische systemen. Deze kleppen zijn ofwel 2/2-weg of 3/2-weg omschakelend.

Luchtdrukregelaar

Luchtdrukregelaars, of luchtcompressorregelaars, sluiten aan op een luchtcompressor om de drukinstelling te regelen. De luchtdrukregelaar kan de druk vanuit de luchttank niet verhogen; het kan alleen de druk verlagen of terugbrengen naar de drukinstelling van de tank. Daarom maakt een luchtdrukregelaar het mogelijk dat een luchtcompressor verschillende luchthulpmiddelen ondersteunt met verschillende drukvereisten. De enige vereiste is dat de drukoutput van de luchttank het luchthulpmiddel met de grootste drukvereiste kan ondersteunen.

Lagedruk luchtdrukregelaar

Lagedruk luchtdrukregelaars zijn geschikt voor lagedruksystemen. Deze luchtdrukregelaars gebruiken relatief grote membranen. Het grote membraan vergroot het oppervlak waarop de invoerlucht contact maakt, waardoor lagedrukmedia het membraan kunnen openen. Ook ondersteunt het grote membraan systemen die hoge debieten vereisen.

Vacuümregelaar

Vacuümregelaars regelen een vacuüm. Het handhaaft een constant vacuüm bij de inlaat van de regelaar met een hoger vacuüm bij de uitlaat.

Andere toepassingen

Drukregelaars hebben ook de volgende toepassingen:

• Huishoudelijk: Gasgrills, gasovens, snelkookpannen, drukvaten en huisverwarmingsfornuizen
• Samengeperste lucht: Industriële en commerciële werkplaatsen voor reiniging, aandrijving van luchtaangedreven gereedschappen en het oppompen van banden
• Luchtvaart: Voortstuwing drukregelende motoren en brandstofleidingen
• Lassen en snijden: Levering van gas bij noodzakelijke drukken van opslagcilinders voor autogeen lassen. Lees ons lasregelaar artikel voor meer informatie.
• Gasvoertuigen: Leveren van onder druk staand gas aan de motor

Selectiecriteria voor drukregelaars

Drukregelaars zijn verkrijgbaar in verschillende maten en constructies. Hieronder volgt een lijst met overwegingen bij het kiezen van de juiste drukregelaar voor een toepassing:

1. Bedrijfsdrukgebied
2. Vereiste capaciteit of stroom
3. Aard van het medium (vloeistof of gas) dat wordt overgedragen
4. Bedrijfstemperatuurbereik
5. Materiaalvereisten
6. Vereiste nauwkeurigheid

1) Bedrijfsdrukgebied

De vereisten van een toepassing voor invoer- en uitvoerdruk bepalen het type regelaar dat moet worden gebruikt:

• Het toevoerbereik van invoerdruk dat een regelaar veilig kan verwerken.
• De vereiste waarden van de uitvoerdruk.
• De vereiste nauwkeurigheid van de uitvoerdruk.

2) Capaciteits- of stroomvereisten

Evalueer de volgende criteria:

• De maximale benodigde stroomtarief.
• De verwachte variatie in stroomtarief.
• Correcte selectie van pijpgrootte.

3) Aard van het medium (vloeistof of gas)

Er moet rekening worden gehouden met het type medium in de regelaar:

• Vloeistof/Gas
• Chemische samenstelling
• Brandbaarheid/Explosieve aard
• Gevaarlijke/Toxische aard
• Corrosieve eigenschappen

4) Bedrijfstemperatuurbereik

De materialen voor drukregelaars moeten zodanig zijn dat ze effectief hun functie kunnen uitvoeren bij een bepaald bedrijfstemperatuurbereik zonder hun materiaaleigenschappen te verliezen. De elastomeren voor regelaarafdichtingen zijn als volgt:

• Nitril (NBR) of Neopreen (-40 °C tot 82 °C)
• Ethyleen Propyleen (EPDM) of Perfluorelastomeer (FKM) voor hogere temperaturen

5) Materiaalvereisten

Afhankelijk van het medium en de bedrijfsomstandigheden zijn verschillende materialen voor regelaarcomponenten beschikbaar, zoals:

• Brass: Gangbaar en economisch
• Kunststof: Kostenbesparend en wegwerpbaar
• Aluminium: Gewichtsoverwegingen
• Roestvrij staal: Corrosieve omgevingen, hoge reinheidseisen en hoge bedrijfstemperaturen.

De afdichting in de drukregelaar moet compatibel zijn met de bedrijfstemperatuur en het medium. De grootte en het gewicht van de drukregelaar zijn belangrijke overwegingen. Het materiaal, vereiste poortgrootte, aanpassingsvereisten en type montage moeten in overweging worden genomen om het juiste type te selecteren.

6) Nauwkeurigheid vereist

De 'afval' waarde van een drukregelaar geeft de nauwkeurigheid van een drukregelaar aan. Afval is de verlaging van de uitvoerdruk bij een toename van de vloeistofstroom. Voor lagere nauwkeurigheidseisen kan een relatief hogere hoeveelheid afval acceptabel zijn. Drukregelaars met hoger afval neigen kosteneffectiever te zijn. Voor hogere nauwkeurigheid kunnen het type constructie, geoptimaliseerde klepgrootte en meertraps ontwerp de hoeveelheid afval verminderen.

Het installeren van een drukregelaar

Het installeren van een drukregelaar, of het nu voor watersystemen of luchtsystemen is, is een eenvoudig proces dat de systeemefficiëntie en veiligheid aanzienlijk verbetert. De installatie begint met het uitschakelen van de hoofdvoorziening van het systeem om eventuele stroming tijdens de installatie te voorkomen. De regelaar wordt vervolgens geplaatst in het juiste gedeelte van het systeem, waarbij ervoor wordt gezorgd dat deze correct is uitgelijnd met de stroomrichting, wat cruciaal is voor de werking ervan. Nadat de regelaar op zijn plaats is bevestigd, kan het systeem geleidelijk weer online worden gebracht en de regelaar worden afgesteld op het gewenste drukniveau om optimale prestaties te garanderen. Voor meer gedetailleerde informatie over het installeren van drukregelaars, lees ons artikel over drukregelaarinstallatie.

Drukregelaar vs. andere drukregelapparaten

Drukregelaars, drukbegrenzingskleppen en drukontlastkleppen zijn allemaal integrale componenten bij het beheren van systeemdrukken, maar ze vervullen verschillende functies.

• Drukregelaars: De primaire rol van een drukregelaar is het handhaven van een constante uitvoerdruk ongeacht variaties in de invoerdruk, waardoor het ideaal is voor toepassingen die consistente druk vereisen voor optimale werking.
• Drukbegrenzingsklep: Drukbegrenzingskleppen zijn ontworpen om te voorkomen dat de druk een vooraf bepaald niveau overschrijdt, als bescherming tegen drukpieken die het systeem zouden kunnen beschadigen. Ze laten herhaaldelijk druk los om deze op veilige niveaus te houden.
• Drukontlastkleppen: Drukontlastkleppen zijn veiligheidsinrichtingen die overtollige druk uit een systeem afgeven wanneer deze een kritische drempel bereikt, waardoor potentiële storingen of ongelukken worden voorkomen.

Lees meer over hoe drukregelaars zich verhouden tot vergelijkbare apparaten in ons artikel dat drukregelapparaten vergelijkt.

Veelgestelde vragen

Wat is een drukregelaar?

Een drukregelaar is een klep die automatisch de stroom van een vloeistof of gas afsnijdt bij een bepaalde druk om een gewenst drukniveau te handhaven.

Wat doet een drukregelaar?

Een drukregelaar accepteert een invoerdruk en verlaagt deze naar een constante uitvoerdruk. Het is instelbaar voor een breed scala aan drukken die hoger zijn dan of gelijk zijn aan de uitvoerdruk.

Hoe werkt een drukregelaar?

Een drukregelaar handhaaft een constante uitvoerdruk door de klepopening aan te passen in reactie op veranderingen in de invoerdruk en de vraag stroomafwaarts.

Kunnen drukregelaars falen?

Ja. Een drukregelaar kan na verloop van tijd falen door bewegende onderdelen die falen of slijten door langdurige blootstelling aan schurende media. Drukregelaars zijn echter ontworpen om lang mee te gaan.

Wanneer is een drukregelaar nodig?

Een drukregelaar is nodig wanneer de druk van de bron hoger is dan de maximaal vereiste druk. Bijvoorbeeld, druk die van een luchtcompressor naar een verfspuitpistool gaat.

Waar bevindt zich een drukregelaar?

Regelaars bevinden zich stroomopwaarts van gevoelige apparatuur. Een waterdrukregelaar bevindt zich waar een waterleiding het loodgieterswerk van een huis binnenkomt. Een luchtdrukregelaar bevindt zich voor de afvoer van de compressor.