Van điều áp (Pressure Regulator) là gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

Van điều áp (Pressure Regulator) hay bộ điều chỉnh áp suất được tìm thấy trong nhiều ứng dụng gia đình và công nghiệp. Ví dụ, bộ điều chỉnh áp suất được sử dụng trong lò nướng khí để điều chỉnh khí propan, trong lò sưởi gia đình để điều chỉnh khí tự nhiên, trong thiết bị y tế và nha khoa để điều chỉnh oxy và khí gây mê, trong các hệ thống tự động hóa khí nén để điều chỉnh khí nén, trong động cơ để điều chỉnh nhiên liệu và trong pin nhiên liệu để điều chỉnh hydro.

Như danh sách này cho thấy có rất nhiều ứng dụng cho bộ điều chỉnh, trong mỗi ứng dụng, bộ điều áp cung cấp cùng một chức năng.

Van điều áp là gì?

Van điều áp làm giảm áp suất nguồn cung cấp (hoặc đầu vào) xuống áp suất đầu ra thấp hơn và hoạt động để duy trì áp suất đầu ra này bất chấp sự dao động của áp suất đầu vào. Việc giảm áp suất đầu vào đến áp suất đầu ra thấp hơn là đặc điểm chính của bộ điều chỉnh áp suất.

Nguyên lý hoạt động của Van điều áp

Van điều áp bao gồm ba phần tử chức năng

Một phần tử giảm hoặc hạn chế áp suất. Thường thì đây là van poppet có lò xo.
Một phần tử cảm nhận. Điển hình là màng ngăn hoặc piston
Một phần tử lực tham chiếu. Thông thường nhất là một lò xo.

Khi hoạt động, lực tham chiếu được tạo ra bởi lò xo sẽ mở van. Van mở, áp suất đầu vào sẽ tạo áp lực lên bộ phận cảm nhận (màng hoặc piston), Cùng với lực lò xo ngược chiệ sẽ đóng van cho đến khi nó mở vừa đủ để duy trì áp suất cài đặt. Sơ đồ đơn giản hóa bên dưới minh họa sự sắp xếp cân bằng lực này.

Nguyên lý hoạt động van điều áp 1 cấp, dạng màng

Phần tử giảm áp (van poppet)

Van poppet thường được sử dụng như một bộ phận giảm áp suất. Van Poppet có đầu làm kín đàn hồi trong các ứng dụng thông thường và làm kín bằng nhựa nhiệt dẻo trong các ứng dụng áp suất cao.

Van poppet được điều khiển bởi lực lò xo để mở van và cho dòng môi chất từ đầu vào đến đầu ra.Khi áp suất đầu ra tăng lên, lực được tạo ra bởi bộ phận cảm biến sẽ chống lại lực của lò xo và van được đóng lại. Hai lực này đạt điểm cân bằng tại điểm đặt của bộ điều áp.

Khi áp suất hạ lưu giảm xuống dưới điểm đặt, lò xo đẩy poppet ra khỏi bệ van và chất lỏng bổ sung được phép chảy từ đầu vào đến đầu ra cho đến khi khôi phục cân bằng lực.

Phần tử cảm nhận (piston hoặc màng ngăn)

Thiết kế kiểu piston thường được sử dụng khi yêu cầu áp suất đầu ra cao hơn, khi độ chắc chắn là vấn đề cần quan tâm hoặc khi áp suất đầu ra không cần phải có dung sai chặt chẽ. Các thiết kế piston có xu hướng chậm chạp hơn so với các thiết kế màng ngăn do ma sát giữa phớt piston và thân bộ điều chỉnh.

Trong các ứng dụng áp suất thấp, hoặc khi yêu cầu độ chính xác cao, kiểu màng ngăn được ưu tiên. Bộ điều chỉnh màng sử dụng một phần tử hình đĩa mỏng được sử dụng để cảm nhận sự thay đổi áp suất. Chúng thường được làm từ chất đàn hồi, tuy nhiên, trong các ứng dụng đặc biệt, kim loại màng mỏng được sử dụng.

Phần tử lực tham chiếu (lò xo)

Phần tử lực quy chiếu thường là lò xo cơ học. Lò xo này tác động một lực lên phần tử cảm nhận và có tác dụng mở van. Hầu hết các van điều áp được thiết kế với một bộ điều chỉnh cho phép người dùng điều chỉnh điểm đặt áp suất đầu ra bằng cách thay đổi lực tác động bởi lò xo tham chiếu.

Đọc thêm: Van Điều Khiển Là Gì? Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

Các lưu ý khi chọn Van điều áp

Khi chọn một bộ điều chỉnh áp suất, nhiều yếu tố phải được xem xét. Các cân nhắc quan trọng bao gồm: phạm vi áp suất vận hành cho đầu vào và đầu ra, yêu cầu lưu lượng, lưu chất (Đó là khí, chất lỏng, độc hại hoặc dễ cháy?), Phạm vi nhiệt độ hoạt động dự kiến, lựa chọn vật liệu cho các bộ phận điều chỉnh bao gồm cả vật liệu làm kín, cũng như hạn chế về kích thước và trọng lượng.

Vật liệu sử dụng trong bộ điều chỉnh áp suất

Nhiều loại vật liệu có sẵn để xử lý các chất lỏng và môi trường hoạt động khác nhau. Các vật liệu cấu thành bộ điều chỉnh phổ biến bao gồm đồng thau, nhựa và nhôm. Nhiều loại thép không gỉ khác nhau (chẳng hạn như 303, 304 và 316) cũng có sẵn. Lò xo được sử dụng bên trong bộ điều chỉnh thường được làm bằng dây nhạc (thép carbon) hoặc thép không gỉ.

Đồng thau phù hợp với hầu hết các ứng dụng phổ biến và thường kinh tế. Nhôm thường được chỉ định khi cân nhắc trọng lượng. Nhựa được xem xét khi chi phí thấp được quan tâm chủ yếu. Thép không gỉ thường được chọn để sử dụng với chất lỏng ăn mòn, sử dụng trong môi trường ăn mòn, khi độ sạch của chất lỏng là một điều cần cân nhắc hoặc khi nhiệt độ hoạt động sẽ cao.

Điều quan trọng không kém là khả năng tương thích của vật liệu làm kín với chất lỏng và với phạm vi nhiệt độ hoạt động. Buna-n là vật liệu làm kín điển hình. Các vật liệu tùy chọn được cung cấp bởi một số nhà sản xuất và bao gồm: Fluorocarbon, EPDM, Silicone và Perfluoroelastomer.

Lưu chất (khí, chất lỏng, độc hại hoặc dễ cháy)

Các đặc tính hóa học của lưu chất cần được xem xét trước khi xác định vật liệu tốt nhất cho ứng dụng của bạn. Mỗi chất lỏng sẽ có những đặc điểm riêng biệt vì vậy cần phải cẩn thận để lựa chọn phần thân và vật liệu làm kín phù hợp sẽ tiếp xúc với chất lỏng. Các bộ phận của bộ điều chỉnh tiếp xúc với chất lỏng được gọi là bộ phận “làm ướt”.

Điều quan trọng nữa là phải xác định xem chất lỏng có tính chất dễ cháy, độc hại, dễ nổ hoặc nguy hiểm hay không. Bộ điều chỉnh không xả áp được ưu tiên sử dụng với các khí độc hại, dễ nổ hoặc đắt tiền vì thiết kế không xả áp suất hạ lưu quá mức vào bầu khí quyển. Trái ngược với bộ điều chỉnh không xả áp, bộ điều chỉnh xả áp (còn được gọi là tự giảm áp) được thiết kế để thoát áp suất dư thừa ra khí quyển. Thông thường, có một lỗ thông hơi ở mặt bên của bộ điều chỉnh cho mục đích này. Trong một số thiết kế đặc biệt, cổng thông hơi có thể được lắp ren và bất kỳ áp suất dư thừa nào có thể được thoát ra khỏi cơ thể bộ điều chỉnh thông qua đường ống và thoát ra ngoài trong khu vực an toàn. Nếu lựa chọn kiểu thiết kế này, lưu chất dư thừa phải được thông hơi một cách thích hợp và phù hợp với tất cả các quy định về an toàn.

Nhiệt độ

Các vật liệu được chọn cho bộ điều áp không chỉ cần tương thích với chất lỏng mà còn phải có khả năng hoạt động tốt ở nhiệt độ vận hành dự kiến. Mối quan tâm chính là liệu chất đàn hồi được chọn có hoạt động bình thường trong phạm vi nhiệt độ dự kiến hay không. Ngoài ra, nhiệt độ vận hành có thể ảnh hưởng đến lưu lượng dòng chảy và / hoặc lò xo trong các ứng dụng khắc nghiệt.

Áp suất vận hành

Áp suất đầu vào và đầu ra là yếu tố quan trọng cần xem xét trước khi lựa chọn bộ điều chỉnh tốt nhất. Các câu hỏi quan trọng cần trả lời là: Phạm vi dao động của áp suất đầu vào là gì? Áp suất đầu ra cần thiết là bao nhiêu? Sự thay đổi cho phép của áp suất đầu ra là bao nhiêu?

Yêu cầu về lưu lượng

Lưu lượng tối đa mà ứng dụng yêu cầu là bao nhiêu? Lưu lượng thay đổi bao nhiêu? Các yêu cầu về cổng kết nối cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

Kích thước và Trọng lượng

Trong nhiều ứng dụng công nghệ cao, không gian bị hạn chế và trọng lượng là một yếu tố. Một số nhà sản xuất chuyên về các thành phần thu nhỏ và bạn nên tham khảo. Việc lựa chọn vật liệu, đặc biệt là các thành phần của bộ điều chỉnh, sẽ ảnh hưởng đến trọng lượng. Cũng nên xem xét cẩn thận các kích thước cổng (ren), kiểu điều chỉnh và các tùy chọn lắp đặt vì chúng sẽ ảnh hưởng đến kích thước và trọng lượng.

Độ chính xác và công suất của bộ điều chỉnh

Độ chính xác của bộ điều chỉnh áp suất được xác định bằng cách lập biểu đồ áp suất đầu ra so với lưu lượng. Biểu đồ kết quả cho thấy sự giảm áp suất đầu ra khi lưu lượng tăng lên. Hiện tượng này được gọi là “Droop”. Droop nhỏ hơn tương đương với độ chính xác cao hơn.

Các đường cong áp suất so với lưu lượng được cung cấp trong biểu đồ bên dưới, cho biết khả năng điều tiết hữu ích của bộ điều chỉnh. Khi lựa chọn một bộ điều chỉnh, các kỹ sư nên kiểm tra các đường cong áp suất so với lưu lượng để đảm bảo bộ điều chỉnh có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất cần thiết cho ứng dụng được đề xuất.

Định nghĩa Droop

Thuật ngữ “Droop” được sử dụng để mô tả sự sụt giảm áp suất đầu ra, xuống dưới điểm đặt ban đầu, khi lưu lượng tăng lên. Droop cũng có thể được gây ra bởi những thay đổi đáng kể trong áp suất đầu vào (từ giá trị khi đầu ra bộ điều chỉnh được thiết lập).

Khi áp suất đầu vào tăng so với cài đặt ban đầu, áp suất đầu ra giảm. Ngược lại, khi áp suất đầu vào giảm, áp suất đầu ra tăng lên. Như đã thấy trong biểu đồ “Bản đồ vận hành bộ điều chỉnh áp suất tác động trực tiếp”, hiệu ứng này rất quan trọng đối với người sử dụng vì nó cho thấy khả năng điều tiết hữu ích của bộ điều chỉnh.

Kích thước Lỗ (orifice size)

Tăng lỗ van có thể làm tăng công suất dòng chảy của bộ điều chỉnh. Điều này có thể có lợi nếu thiết kế của bạn có thể chứa bộ điều chỉnh lớn hơn, tuy nhiên hãy cẩn thận đừng chỉ định quá mức. Bộ điều chỉnh có van quá khổ, đối với các điều kiện của ứng dụng dự kiến, sẽ dẫn đến độ nhạy lớn hơn đối với áp suất đầu vào dao động và có thể gây ra hiện tượng “Droop” quá mức.

Áp suất khoá (Lock Up Pressure)

“Áp suất khóa” là áp suất trên điểm cài đặt được yêu cầu để đóng hoàn toàn van điều chỉnh và đảm bảo rằng không có dòng chảy.

Độ Trễ (Hysteresis)

Hiện tượng trễ có thể xảy ra trong các hệ thống cơ khí, chẳng hạn như bộ điều áp, do lực ma sát gây ra bởi lò xo và vòng đệm. Hãy nhìn vào biểu đồ và bạn sẽ nhận thấy, đối với một tốc độ dòng chảy nhất định, áp suất đầu ra sẽ cao hơn khi lưu lượng giảm hơn so với khi tăng lưu lượng.

Bộ điều chỉnh một cấp

Bộ điều chỉnh một cấp là sự lựa chọn tuyệt vời để giảm áp suất tương đối nhỏ.

Ví dụ, máy nén khí được sử dụng trong hầu hết các nhà máy tạo ra áp suất tối đa trong khoảng 100 đến 150 psi. Áp suất này được dẫn qua nhà máy nhưng thường được giảm bằng bộ điều chỉnh một cấp để giảm áp suất (10 psi, 50 psi, 80 psi, v.v.) để vận hành máy móc tự động, bệ kiểm tra, máy công cụ, thiết bị kiểm tra rò rỉ, thiết bị truyền động tuyến tính, và các thiết bị khác.

Bộ điều chỉnh áp suất một cấp thường không hoạt động tốt với sự thay đổi lớn về áp suất đầu vào và / hoặc tốc độ dòng chảy.

Bộ điều chỉnh hai cấp

Bộ điều chỉnh áp suất hai cấp lý tưởng cho các ứng dụng có sự thay đổi lớn về tốc độ dòng chảy, sự dao động đáng kể của áp suất đầu vào hoặc giảm áp suất đầu vào, chẳng hạn như xảy ra với khí được cung cấp từ bồn chứa nhỏ hoặc chai chứa khí.

Với hầu hết các bộ điều chỉnh một cấp, ngoại trừ những bộ điều chỉnh sử dụng thiết kế bù áp, áp suất đầu vào giảm lớn sẽ gây ra tăng nhẹ áp suất đầu ra. Điều này xảy ra do các lực tác động lên van thay đổi, do áp suất giảm lớn, từ khi áp suất đầu ra được thiết lập ban đầu.

Trong thiết kế hai cấp, cấp thứ hai sẽ không phải chịu những thay đổi lớn về áp suất đầu vào, chỉ có sự thay đổi nhỏ so với đầu ra của cấp đầu tiên. Sự sắp xếp này dẫn đến áp suất đầu ra ổn định từ giai đoạn thứ hai mặc dù có những thay đổi đáng kể về áp suất cung cấp cho giai đoạn đầu tiên.

Bộ điều chỉnh ba cấp

Bộ điều chỉnh ba cấp cung cấp áp suất đầu ra ổn định tương tự như bộ điều chỉnh hai cấp nhưng có thêm khả năng xử lý áp suất đầu vào tối đa cao hơn đáng kể.Một bộ điều chỉnh áp suất nhỏ và nhẹ có thể duy trì áp suất đầu ra ổn định ở mức thấp mặc dù áp suất đầu vào sẽ giảm theo thời gian từ áp suất cao là một thành phần quan trọng trong nhiều thiết kế.

Ví dụ bao gồm dụng cụ phân tích cầm tay, pin nhiên liệu hydro, UAV và thiết bị y tế được cung cấp bởi khí áp suất cao được cung cấp từ hộp khí hoặc xi lanh lưu trữ.

Các lưu ý khi sử dụng Van điều áp

Bây giờ bạn đã chọn bộ điều chỉnh phù hợp nhất với ứng dụng của mình, điều quan trọng là bộ điều chỉnh phải được cài đặt và điều chỉnh đúng cách để đảm bảo rằng nó hoạt động như dự định.

Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến nghị lắp đặt bộ lọc ngược dòng của bộ điều chỉnh (một số bộ điều chỉnh có bộ lọc tích hợp) để ngăn bụi bẩn và hạt gây ô nhiễm chân van. Việc vận hành bộ điều chỉnh không có bộ lọc có thể dẫn đến rò rỉ ra cổng ra nếu chân van bị nhiễm bẩn hoặc vật lạ. Khí được điều chỉnh phải không có dầu, mỡ và các chất gây ô nhiễm khác có thể gây hôi hoặc làm hỏng các bộ phận của van hoặc tấn công các vòng đệm của bộ điều chỉnh.

Nhiều người sử dụng không biết rằng khí được cung cấp trong các bình và hộp chứa khí nhỏ có thể chứa dấu vết của dầu từ quá trình sản xuất. Người sử dụng thường không thấy rõ sự hiện diện của dầu trong khí đốt và do đó chủ đề này nên được thảo luận với nhà cung cấp khí đốt của bạn trước khi bạn chọn vật liệu làm kín cho bộ điều chỉnh của mình.

Ngoài ra, khí không được có độ ẩm quá cao. Trong các ứng dụng tốc độ dòng chảy cao, việc đóng băng bộ điều chỉnh có thể xảy ra nếu có hơi ẩm.

Nếu bộ điều áp sẽ được sử dụng với oxy, hãy lưu ý rằng oxy cần có kiến thức chuyên môn để thiết kế hệ thống an toàn. Chất bôi trơn tương thích với oxy phải được chỉ định và việc làm sạch bổ sung, để loại bỏ vết dầu cắt gốc dầu mỏ, thường được chỉ định. Đảm bảo rằng bạn đã thông báo cho nhà cung cấp bộ điều chỉnh của mình rằng bạn dự định sử dụng bộ điều chỉnh trong ứng dụng oxy.

Không kết nối bộ điều chỉnh với nguồn cung cấp có áp suất tối đa lớn hơn áp suất đầu vào danh định của bộ điều chỉnh. Bộ điều chỉnh áp suất không được sử dụng như thiết bị ngắt. Khi bộ điều chỉnh không được sử dụng, áp suất cung cấp nên được tắt.

Lắp đặt Van điều áp

BƯỚC 1
Bắt đầu bằng cách kết nối nguồn áp suất với cổng vào và đường áp suất được điều chỉnh với cổng ra. Nếu các cổng không được đánh dấu, hãy kiểm tra với nhà sản xuất để tránh kết nối sai. Trong một số thiết kế, có thể xảy ra hư hỏng đối với các bộ phận bên trong nếu áp suất nguồn được cấp nhầm vào cổng ra.

BƯỚC 2
Trước khi bật áp suất cung cấp cho bộ điều chỉnh, hãy tắt núm điều chỉnh điều chỉnh để hạn chế dòng chảy qua bộ điều chỉnh. Bật dần áp suất cung cấp để không gây “sốc” cho bộ điều chỉnh khi lưu chất có áp suất tăng đột ngột. LƯU Ý: Tránh vặn hết vít điều chỉnh vào bộ điều chỉnh vì trong một số thiết kế bộ điều chỉnh, áp suất cung cấp đầy đủ sẽ được chuyển đến cổng ra.

BƯỚC 3
Đặt bộ điều chỉnh áp suất đến áp suất đầu ra mong muốn. Nếu bộ điều chỉnh không giảm áp, sẽ dễ dàng điều chỉnh áp suất đầu ra hơn nếu lưu chất đang chảy hơn là không có dòng chảy. Nếu áp suất đầu ra đo được vượt quá áp suất đầu ra mong muốn, hãy xả lưu chất từ phía hạ lưu của bộ điều chỉnh và giảm áp suất đầu ra bằng cách xoay núm điều chỉnh. Không bao giờ xả lưu chất bằng cách nới lỏng các phụ kiện, vì có thể gây thương tích.

Với bộ điều chỉnh kiểu xả áp, áp suất dư thừa sẽ được tự động thoát ra khí quyển từ phía hạ lưu của bộ điều chỉnh khi xoay núm để giảm cài đặt đầu ra. Vì lý do này, không sử dụng bộ điều chỉnh kiểu xả áp với chất lỏng dễ cháy hoặc nguy hiểm. Đảm bảo chất lỏng dư thừa được thông ra ngoài một cách an toàn và phù hợp với tất cả các quy định của địa phương, tiểu bang và liên bang.

BƯỚC 4
Để có được áp suất đầu ra mong muốn, hãy thực hiện các điều chỉnh cuối cùng bằng cách tăng từ từ áp suất từ dưới điểm cài đặt mong muốn. Đặt áp suất từ bên dưới cài đặt mong muốn được ưu tiên hơn đặt áp suất từ trên cài đặt mong muốn. Nếu bạn vượt quá điểm đặt trong khi cài đặt bộ điều chỉnh áp suất, hãy lùi áp suất cài đặt về điểm thấp hơn điểm đặt. Sau đó, một lần nữa, tăng dần áp suất đến điểm đặt mong muốn.

BƯỚC 5
Bật và tắt áp suất nguồn cung cấp nhiều lần theo chu kỳ trong khi theo dõi áp suất đầu ra để xác nhận bộ điều chỉnh luôn trở về điểm cài đặt. Ngoài ra, áp suất đầu ra cũng phải được bật và tắt theo chu kỳ để đảm bảo bộ điều chỉnh áp suất trở lại điểm cài đặt mong muốn. Lặp lại trình tự cài đặt áp suất nếu áp suất đầu ra không trở lại cài đặt mong muốn.

Cảm ơn Bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết được tham khảo từ beswick . com

Bài viết nổi bật:

Thư viện bài viết:

Chia sẻ Facebook