Drukregelaars - Ontwerpprincipes, Typen en Toepassingen

Een drukregelaar is een toestel dat de druk van vloeistoffen of gassen regelt door een hoge ingangsdruk te verlagen tot een lagere uitgangsdruk. Hij produceert een constante uitgangsdruk, zelfs bij schommelingen in de inlaatdruk.

Drukregelaars, in verschillende vormen, zijn geschikt voor vele huishoudelijke en industriële toepassingen, zoals het regelen van propaan in bbq's, het regelen van zuurstof in medische apparatuur, het leveren van perslucht in industriële toepassingen en het regelen van brandstof in automotoren en ruimtevaarttoepassingen. Het belangrijkste aspect dat al deze toepassingen gemeen hebben is drukregeling - van een hogere inlaatdruk naar een lagere uitlaatdruk. In dit artikel wordt nader ingegaan op de soorten drukregelaars, hun toepassingen, en waar u op moet letten bij de keuze tussen drukregelaars.

Inhoudsopgave

• Onderdelen van de drukregelaar
• Soorten drukregelaars
• Drukregelaar toepassingen
• Selectiecriteria voor drukregelaars
• FAQs

Onderdelen van de drukregelaar

Een typische drukregelaar bestaat uit de volgende elementen:

• Het drukreducerende element zoals bijvoorbeeld een schotelklep. (figuur 2, A).
• Een belastingselement dat de nodige kracht uitoefent op het reducerende element, zoals een veer, zuigeraandrijving of membraanaandrijving (Afbeelding 2 met label C).
• Een inlaat (Afbeelding 2 met label B) en een uitlaat (Afbeelding 2 met label E).
• Een drukverlagend element zoals een schotelklep (Afbeelding 2 met label E).

Drukreducerend element

Over het algemeen worden veerbelaste schotelkleppen (poppet valves) als drukreducerend element gebruikt. Schotelkleppen hebben een afdichtingsring van een elastomeer, zoals NBR of FKM. De afdichting sluit de klep af tegen gas- of vloeistoflekkage. De schotelklep wordt geregeld door de veerkracht waardoor de klep geopend wordt en het medium van de in- naar de uitlaat stroomt. Wanneer de uitlaatdruk stijgt, zal de schotelklep dichtgaan door de kracht die gegenereerd wordt door het drukopnemende element (bijv. een membraan) welke de veerkracht overwint.

Drukelement

Het drukelement wordt gebruikt om d.m.v. het drukopnemende element de klep te laten openen. De grootte van de veerkracht kan ingesteld worden waardoor de uitlaadruk bepaald wordt.

Drukopnemend element

Voor hoge drukken en in toepassingen onder zware omstandigheden waar grotere toleranties van de uitlaatdruk acceptabel zijn, worden meestal zuigers gebruikt. Deze zijn over het algemeen traag door de wrijving tussen zuigerafdichting en de behuizing.

Voor een grotere precisie is een membraan als drukopnemend element heel geschikt. Zij zijn gemaakt van elastomeer of een dun plaatje van een ander materiaal dat door de druk bewogen wordt. Membranen hebben over het algemeen minder wrijving dan uitvoeringen met zuigers. Bovendien kunnen zij een groter oppervlak dan een zuiger hebben bij een bepaalde grootte van de behuizing.

Drukregelaartypes

Drukregelaars kunnen in grote lijnen in de volgende categorieën ingedeeld worden:

• Direct gestuurd ofwel direct werkend
• Indirect gestuurd ofwel indirect werkend

Direct gestuurde drukregelaars

Een direct gestuurde drukregelaar is de eenvoudigste uitvoering van een drukregelaar (Figuur 2). Zij werken meestal in een lager drukbereik, beneden 69 millibar (1 psi) en hebben meestal een grotere nauwkeurigheid. Bij hogere drukken tot 34,5 bar (500 psi) is het nauwkeurigheidsniveau 10 tot 20%.

Direct gestuurde drukregelaars zijn opzichzelfstaande apparaten. Ze hebben dus geen externe sensor nodig om te werken. Ze bestaan uit een klep die direct door een veerbekrachtigde zuiger of membraan geregeld wordt. De druk van het doorstromende medium werkt op het membraan of de zuiger waarbij de veer gecomprimeerd wordt. Hierdoor sluit de klep. Wanneer de uitlaatdruk weer daalt, wordt de druk van het medium op het membraan of de zuiger kleiner dan de veerkracht. Hierdoor opent de klept weer.

Indirect gestuurde drukregelaars

Indirect gestuurde drukregelaars bieden een nauwkeurige drukregeling voor omstandigheden die gepaard gaan met gas uit cilinders of kleine opslagtanks, zoals:

• Aanzienlijke variatie in volumestroom
• Schommelingen in de inlaatdruk
• Dalende inlaatdruk

Dit type drukregelaar is normaal gesproken enkeltraps of dubbeltraps. Een enkeltraps drukregelaar is ideaal voor een relatief kleine drukvermindering. Ze zijn niet geschikt in toepassingen met grote schommelingen van de inlaatdruk of volumestroom.

Een tweetrapsdrukregelaar (figuur 3) is de meest voorkomende indirect gestuurde drukregelaar. De eerste trap bestaat uit een veergestuurde stuurklep die de druk op het membraan van de hoofdregelklep regelt. Als de druk toeneemt, wordt de veer samengedrukt en gaat de stuurklep open, waardoor een drukverschil ontstaat tussen de inlaatzijde van de hoofdregelklep en de uitlaatklep. Dit drukverschil bedient de hoofdstuurklep, en de stroming vindt plaats bij verminderde druk door de uitlaatklep. Zolang de druk van het medium op de veergestuurde stuurklep laag is, is er geen stroming stroomafwaarts.

Tweetraps indirect gestuurde regelaars regelen nauwkeurig een breed scala aan drukken en capaciteiten. Deze regelaars zijn alleen geschikt voor schone vloeistoffen of gassen, omdat kleine doorgangen en poorten verstopt kunnen raken. Deze opstelling resulteert in een stabiele en constante uitlaatdruk van de tweede trap ondanks drukdalingen in de eerste trap.

Functies van drukregelaars

Behalve het verlagen van de inlaatdruk zijn er nog andere functies die een drukregelaar kan vervullen:

Tegendruk- en overdrukregelaars

Een overdrukregelaar wordt gebruikt om de systeemdruk te begrenzen tot een voorgeschreven maximum. Op het moment dat de ingestelde druk bereikt is, wordt een gedeelte of de gehele vloeistof- of gasstroom die van de pomp naar de tank stroomt, omgeleid. Een tegendrukregelaar onderhoudt een gewenste inlaatdruk door de volumestroom te variëren afhankelijk van de verandering in inlaatdruk.

Drukschakelaars

Drukschakelaars worden gebruikt in pneumatische regelsystemen. Het zijn ofwel 2/2-weg schakelaars of 3/2-weg schakelaars.

Luchtregelaar

Luchtregelaars worden aangesloten op een luchtcompressor om de ingestelde druk te regelen. De luchtregelaar kan de druk van de luchttank niet verhogen; hij kan de druk alleen verlagen of terugbrengen naar de drukinstelling van de tank. Daarom maakt een luchtregelaar het mogelijk dat een luchtcompressor verschillende luchtgereedschappen met verschillende drukvereisten ondersteunt. De enige voorwaarde is dat de drukuitgang van de luchttank het luchtgereedschap met de grootste drukbehoefte kan ondersteunen.

Lagedruk luchtregelaar

Lagedrukluchtregelaars zijn geschikt voor lagedruksystemen. Deze luchtregelaars gebruiken relatief grote membranen. Het grote membraan vergroot het oppervlak waarop de aangevoerde lucht contact maakt, waardoor media onder lage druk het membraan kunnen openen. Ook ondersteunt het grote membraan systemen die een hoog debiet vereisen.

Vacuümregelaar

Vacuümregelaars regelen een vacuüm. Ze behouden een constant vacuüm aan de inlaat van de regelaar waarbij een hoger vacuüm aan de uitlaat aangesloten is.

Typische toepassingen

Drukregelaars hebben ook de volgende toepassingen:

• Huishoudelijk/huishoudelijk: Gasgrillen, Gasovens, hogedrukpannen en drukvaten, huishoudelijke verwarmingsketels.
• Luchtcompressors: Industriële en commerciële werkplaatsen voor reiniging, aandrijving van luchtgereedschap en oppompen van banden
• Ruimtevaart: Regelen van aandrijfbrandstof, motoren en brandstofleidingen.
• Lassen en snijden: Zuurstof- en acetyleenlassen voor het leveren van gas uit de gasflessen op een ingestelde druk. Lees ons artikel over lasregelaars voor meer informatie.
• Voertuigen met brandstofmotoren: Om brandstof onder druk aan de motor te leveren.

Selectiecriteria voor drukregelaars

Drukregelaars zijn leverbaar in verschillende maten en ontwerpen. Hieronder een lijst met overwegingen voor het kiezen van de juiste drukregelaar voor de toepassing:

• Werkdrukbereik
• De benodigde volumestroom (liter per minuut)
• Aard van het te regelen medium (vloeistof of gas)
• Operationeel temperatuurbereik
• Materiaaleigenschappen
• Vereiste nauwkeurigheid

Werkdrukbereik

De vereiste inlaat- en uitlaatdrukken in de toepassing bepalen het type regelaar dat gebruikt dient te worden:

• Het bereik van de ingangsdruk dat een regelaar veilig kan hanteren.
• De vereiste waarden van de uitlaatdruk.
• De vereiste nauwkeurigheid van de uitlaatdruk.

Vereisten aan capaciteit of volumestroom

Evalueer de volgende criteria:

• De maximaal vereiste volumestroom.
• De verwachte variatie in volumestroom.
• Correcte selectie van leidingdiameters.

Aard van het medium (vloeistof of gas)

Er dient rekening gehouden te worden met de aard van het medium waarvoor de drukregelaar gebruikt zal worden:

• Vloeistof/Gas
• Chemische samenstelling
• Ontvlambaarheid/explosieve aard
• Gevaarlijk/giftig karakter
• Corrosieve eigenschappen

Operationeel temperatuurbereik

De materialen voor drukregelaars moeten zodanig zijn dat zij bij een bepaald bedrijfstemperatuurbereik hun functie effectief kunnen vervullen zonder hun materiaaleigenschappen te verliezen. De elastomeren voor de afdichting van de regelaar staan hieronder:

• Nitril (NBR) of neopreen (-40 °C tot 82 °C)
• Ethyleenpropyleen (EPDM) of perfluorelastomeer (FKM) voor hogere temperaturen

Materiaaleigenschappen

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

• Messing: Vaak gebruikt en economisch
• Kunststof: Voordelig geprijsd
• Aluminium: Gewichtsbesparing
• RVS: Corrosieve omgevingen, hoge reinheidseisen en hoge bedrijfstemperaturen.

De in een drukregelaar gebruikte afdichting dient compatibel te zijn met de operationele temperatuur en het gebruikte mediumtype. De grootte en het gewicht van de drukregelaar zijn belangrijke overwegingen. Bij de keuze van het juiste type moet rekening worden gehouden met het materiaal, de vereiste poortgrootte, de aanpassingsvereisten en het type montage.

Vereiste nauwkeurigheid

De 'droop'-waarde van een drukregelaar geeft de nauwkeurigheid van een drukregelaar aan. Droop kan gedefinieerd worden als de daling van de uitlaatdruk in verhouding tot de in eerste instantie ingestelde druk, bij het toenemen van het stroomvolume. Voor lagere nauwkeurigheidsvereisten is een relatief hoge droop acceptabel. Dergelijke drukregelaars zijn over het algemeen gunstiger geprijsd. Is een hogere nauwkeurigheid gewenst dan kan de droop verlaagd worden door het juiste type of ontwerp te kiezen, de grootte optimaal af te stemmen op de toepassing of eventueel een multi-trapsdrukregelaar te kiezen.

FAQs

Wat doet een drukregelaar?

Een drukregelaar neemt een inlaatdruk en verlaagt deze tot een constante uitlaatdruk. Deze is instelbaar voor een breed drukbereik dat hoger is dan of gelijk is aan de uitlaatdruk.

Wanneer is een drukregelaar nodig?

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

Waar zit een drukregelaar?

Regelaars bevinden zich stroomopwaarts van gevoelige apparatuur. Een waterdrukregelaar is waar een waterleiding in de leidingen van een huis komt. Een luchtregelaar bevindt zich vóór de uitlaat van de compressor.