رگلاتور چیست؟

رگلاتور یا تنظیم کننده فشار گاز به عنوان یک وسیله کنترل کننده شناخته می‌شود. از این وسیله برای حفظ فشار یک سیستم استفاده می‌شود. زمانی که فشار مایع یا گاز به مقدار فشار تعیین شده برسد، رگلاتور جریان گاز یا مایع را قطع می‌کند.

انواع مختلفی از رگلاتورهای فشار قابل دسترس می‌باشند، که هریک قابل استفاده برای مصارف مشخصی می‌باشد. اما، تنظیم‌کننده‌های فشار به دو دسته کلی طبقه‌بندی می‌شوند، که شامل رگلاتورهای کاهنده فشار (Pressure Reducing Regulator) و رگلاتورهای فشار برگشتی (Back-Pressure Regulator) هستند. در ادامه، به موضوعات مختلفی پیرامون تنظیم‌کننده‌های فشار پرداخته می‌شود.

اجزای مختلف رگلاتور

رگلاتورهای فشار گاز به طور معمول از سه جزء اصلی تشکیل می‌شوند، که شامل:

عنصر کاهنده یا محدودکننده فشار، که به طور معمول یک فنر (Spring) بارگذاری شده روی پاپت (Poppet) است.
عنصر حساس که به دو صورت پیستون و دیافراگم وجود دارند.
عنصر کنترلی که به طور معمول یک فنر است.

نشیمن‌گاه

یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی تنظیم کننده‌های فشار، هندسه یا شکل نشیمن‌گاه است. هندسه درواقع پاپت را قادر می‌سازد تا هرگونه تغییر مورد نیاز در جریان را انجام و آن را کنترل کند. از این رو، هرگونه تغییر در هندسه نشیمن‌گاه حتی به کمترین مقدار می‌تواند بر رفتار جریان و هم‌چنین تنظیم فشار توسط رگلاتور اثر گذارد.

نوع موادی که برای ساخت نشیمن‌گاه استفاده می‌شود نیز بسیار مهم است، زیرا احتمال وجود ذرات خارجی در جریان گاز یا سیال وجود داشته که می‌توانند از فیلتر عبور کنند و به نشیمن‌گاه برسند. از مواد مختلفی برای ساخت این بخش از تنظیم کننده‌های فشار استفاده می‌شود، ولی معمول‌ترین و رایج‌ترین آن، پلی کلروتری فلوئورواتیلن (PCTFE) است. از مهم‌ترین ویژگی‌های این ماده، مقاومت دمایی بالا، مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک و بهره بردن از الاستیسیته کافی به منظور مهروموم کامل نشمین‌گاه است.

یکی از اثرات نامطلوب آسیب رسیدن به نشمین‌گاه، خزش (Creep) است. خزش درواقع به افزایش نامطلوب فشار خروجی براساس زمان و در یک نقطه فشار تنظیم شده گفته می‌شود، که ناشی از آسیب دیدن نشیمن‌گاه به دلیل وجود ذرات ساینده در سیال یا گاز و تماس آن‌ها با این بخش است. در اثر نشت جریان و برهم خوردن تعادل نیروها، تنظیم کننده وادار به افزایش فشار خود یا همان خزش می‌شود.

فنر

فنرها به عنوان عناصر بارگذاری (Loading) در هر دو نوع رگلاتورهای کاهنده فشار و فشار برگشتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. طراحی آن‌ها به گونه‌ای است که حالت دینامیک دارند و نسبت به تغییرات فشار ایجاد شده توسط دیافراگم یا پیستون خود را وفق می‌دهند. از مهم‌ترین مشخصه‌های فنرها می‌توان به سفتی و طول آن‌ها اشاره کرد، که بر عملکرد رگلاتورها تأثیرگذار هستند.

با افزایش جریان، اختلاف فشار در سراسر دهانه افزایش می‌یابد که منجر به کاهش نیروی اعمال شده توسط فنر و تعادل نیروها می شود. درصورت نیاز به جریان بیشتر بایستی روزنه باز شود که باعث کاهش تنش در فنر و در نتیجه کاهش فشار خروجی می‌شود.

یکی از مشکلاتی که فنرها با آن روبرو می‌شوند، خمیدگی (Droop) است. این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که فشار خروجی با افزایش جریان کاهش می‌یابد. خمیدگی از موضوعاتی است که به تعادل نیروها مربوط می‌شود. این مشکل را می‌توان از طریق طراحی فنر کاهش داد. برای این منظور می‌توان یک فنر با سفتی کم‌تر و طول بیشتر انتخاب کرد، که باعث بهبود عملکرد رگلاتور می‌شوند.

حسگر

حسگرهایی که به طور معمول در رگلاتورهای تنظیم فشار استفاده می‌شوند به دو صورت دیافراگم و پیستون هستند. وظیفه این اجزاء، حس کردن فشار خروجی و بازگرداندن آن به عنصر کنترل کننده که اغلب فنر می‌باشد، است.

دیافراگم

اولین نوع حسگری که در رگلاتورها استفاده می‌شود، دیافراگم است. این بخش در مساحت‌های سطحی بالا و هم‌چنین حساسیت‌های بالا به حالت پیچ خورده درمی‌آید. این پیچ خوردگی‌ها از طریق کاهش حرکات رگلاتور، طول عمر آن را افزایش می‌دهند، که در نتیجه آن، تنش‌های ناشی از خستگی نیز کاهش می‌یابند.

ضخامت دیافراگم نقش مهمی در عملکرد آن ایفا می‌کند. دیافراگم‌های ضخیم نسبت به تغییرات فشار حساسیت کمتری از خود نشان می‌دهند ولی می‌بایست از مواد بیشتری برای ساخت آن‌ها استفاده کرد که به نوبه خود هزینه ساخت آن‌ها افزایش می‌یابد. اما، دیافراگم‌هایی که ضخامت نازکی دارند در معرض پارگی ناشی از تغییرات بالا و ناگهانی در فشار هستند.

علاوه بر الاستومرها و پلی تترافلوئوراتیلن (PTFE)، از آلیاژ X-750 (Inconel) به طور معمول برای ساخت دیافراگم‌ها استفاده می‌شود که دلیل آن، مقاومت شیمیایی بالای این ماده به هنگام قرارگیری دربرابر سیالات مختلف است.

پیستون

علاوه بر دیافراگم، از پیستون نیز به عنوان یک عنصر حسگر در رگلاتورها استفاده می‌شود. این وسیله در کاربردهای فشار بالا مورد استفاده واقع می‌شوند که دلیل آن، حساسیت کم نسبت به تغییرات است. برخلاف دیافراگم که عمکلردشان بسیار به ضخامت وابسته است، پیستون‌ها تحت تأثیر هندسه قرار می‌گیرند. این نوع حسگر قادر است فشارهای نسبتاً بالایی (بیش از psig 500) را تحمل کنند و نسبت به گرادیان فشار حساسیت کمتری از خود نشان دهند.

از فولادضدزنگ برای ساخت پیستون‌ها استفاده می‌شود، که استحکام و مقاومت شیمیایی خوبی به آن‌ها می‌دهد. در ساخت آن‌ها از اجزای دیگری نظیر حلقه دایره‌ای شکل استفاده می‌شود که دلیل آن این است تنظیم پیستون با لغزش به سمت بالا و پایین صورت می‌گیرد. از مهم‌ترین مزایای آن‌ها، استفاده در کاربردهای هیدروژنی است، زیرا شکنندگی که ممکن است در دیافراگم‌های فلزی رخ دهد، در پیستون‌ها اتفاق نمی‌افتد.

انواع رگلاتور

رگلاتورها به طور معمول به دو دسته فشار ثابت و جریان ثابت طبقه‌بندی می‌شوند. در رگلاتورهای فشار ثابت، گاز با فشار ثابتی از درون یک محفظه خارج می‌شود، درحالی که در رگلاتورهای جریان ثابت، گاز می‌تواند با دبی ثابتی جریان پیدا کند.

رگلاتورهای جریان ثابت

رگلاتورهای جریان ثابت از دبی ثابتی برخوردار هستند، بدین معنی که می‌توانند گاز با سرعت ثابت از درون یک مخزن جریان دهند. این نوع از رگولاتورها دارای یک دستگیره هستند که با استفاده از آن می‌توان جریان گاز را باز و بسته کرد.

رگلاتورهای کالیبراسیون SGI

رگلاتور SGI یک رگلاتور جریان ثابت می‌باشد، که در کالیبراسیون دتکتورهای گاز (قابل حمل (پرتابل) و غیر قابل حمل) و هم‌چنین آنالایزرهای گاز کاربرد دارد. از رگلاتورهای جریان ثابت بیشتر برای کالیبراسیون آشکارسازها و آنالایزرهای گاز استفاده می‌شود. دلیل این امر این است که فرآیند کالیبراسیون نیازمند جریان ثابتی از یک گاز است. دبی‌های مختلفی از رگلاتور SGI موجود است، که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به 25/0، 3/0، 4/0، 5/0، 75/0، 1، 5/1 و L/min 2 اشاره کرد.

از رگلاتورهای SGI می‌توان برای سیلندرهای گاز آلومینیومی قابل شارژ و غیرقابل شارژ با حجم 6/1 لیتر استفاده کرد. این ابزار از جنس برنج و یا فولاد ضد زنگ هستند، از این رو قابل استفاده برای همه گازهای خورنده و غیر خورنده شامل اکسیژن می‌باشند.

رگلاتور کالیبراسیون

یکی از روش‌هایی که برای سنجش دقت و صحت دستگاه‌های دتکتور گاز و هم‌چنین آنالایزرهای گاز استفاده می‌شود، کالیبراسیون یا واسنجی است. در این روش، پس از اندازه‌گیری، مقادیر به دست آمده از وسیله موردنظر (تحت آزمایش) با مقادیر مرجع و تأیید شده مقایسه می‌شوند. درصورت وجود هرگونه انحراف از مقادیر مرجع، خطا محسوب شده و می‌بایست رفع شود. برای کالیبراسیون نیاز است جریان ثابتی از یک گاز فراهم شود. برای تحقق این هدف، از رگلاتورهای جریان ثابت استفاده می‌شود. دبی‌های مختلفی از این وسایل موجود است که براساس نیاز قابل تنظیم می‌باشند.

رگلاتور فشار ثابت

رگلاتورهای فشار ثابت به عنوان یکی از تنظیم کننده‌های فشار گاز بوده که با استفاده از آن‌ها می‌توان جریانی از یک گاز با فشار ثابت را ایجاد کرد.

تفاوت رگلاتورهای کاهش دهنده فشار و رگلاتورهای فشار برگشتی

رگلاتورهای کاهش دهنده فشار یک نوع شیر کنترلی هستند که هدف استفاده از آن‌ها، کاهش فشار ورودی یک سیال یا یک گاز به مقدار مورد نظر است. این نوع رگلاتورها به طور معمول به حالت باز بوده و در جریان بالادست تجهیزات حساس به فشار قرار می‌گیرند.

رگلاتورهای فشار برگشتی به عنوان یکی دیگر از انواع رگلاتورها یک نوع شیر کنترلی است. فرآیند تنظیم فشار در آ‌ن‌ها از طریق باز کردن رگلاتور و خروج گاز یا سیال صورت می‌گیرد. تنظیم کننده‌های فشار برگشتی برخلاف نوع کاهش دهنده فشار جریان پایین دست را کنترل کرده و نسبت به فشار جریان بالادست غیرحساس می‌باشند. هم‌چنین، این نوع تنظیم کننده فشار به طور معمول به حالت بسته بوده و موازی با تجهیزات حساس به فشار یا بعد از آن‌ها نصب می‌شوند تا به عنوان سدی در برابر جریان عمل کرده و از این طریق فشار بالادست را حفظ کنند.

تفاوت رگلاتورها با عملکرد مستقیم و رگلاتورهای پایلوت دار

رگلاتورها با عملکرد مستقیم که با نام خودکار نیز شناخته می‌شوند به عنوان ساده‌ترین نوع تنظیم‌کننده‌های فشار می‌باشند. دلیل نام‌گذاری این نوع از رگلاتورها به نام خودکار این است که تنظیمات به جای اینکه برروی پایلوت صورت گیرد برروی خود تنظیم کننده اعمال می‌شود. از مهم‌ترین اجزای تشکیل دهنده این وسیله می‌توان به دیافراگم، فنر (Spring)، نشیمن‌گاه (Seat) و دوشاخه (Plug) اشاره کرد. عملکرد رگلاتورهای خودکار به این صورت است که به تغییرات فشار خروجی به طور مستقیم پاسخ می‌دهند و جریان را تا نقطه‌ای از فشار که از قبل تعیین شده تنظیم می‌کنند. موقعیت پلاگ درواقع متأثر از هرگونه تغییر در فشار خروجی است، و موقعیت آن براساس مقابله فشار پایین دست (Downstream) با نیروی فنر تعیین می‌شود.

در رگلاتورهای پایلوت‌دار یا شیرهای کنترلی از طراحی و اجزایی مشابه با رگلاتورهای خودکار استفاده شده است، با این تفاوت که دارای یک پایلوت هستند. پایلوت این امکان را به تنظیم‌کننده‌های فشار می‌دهد تا به طور مؤثرتری فشار را تنظیم کرد. یکی از تفاوت های بین رگلاتورهای خودکار و پایلوت‌دار این است که دومی بیشتر به تغییرات ایجاد شده در شرایط واکنش نشان می‌دهد، که اصطلاحاً بیشتر واکنش‌گرا (Responsive) هستند. تفاوت دیگر، وجود یک حسگر خارجی در تنظیم کننده‌های پایلوت‌دار است. این خط به لوله‌هایی که در پایین دست قرار گرفته‌اند متصل بوده و با استفاده از آن می‌توان فشار خروجی را دقیق‌تر خواند. از رگلاتورهای پایلوت‌دار به طور معمول در مواردی استفاده می‌شود که دبی بالایی دارند.

تفاوت رگلاتور گاز با سایر رگلاتورها چیست؟

رگلاتورهای گاز همگی وظیفه مشخصی را انجام می‌دهند که آن، تنظیم و کنترل فشار گاز است. از آن‌جایی که گاز با فشار زیاد درون سیلندرهای گاز ذخیره و نگه‌داری می‌شوند، نمی‌توان به طور مستقیم از آن‌ها استفاده کرد. برای این منظور، ابتدا باید فشار آن‌ها را کاهش داد که این کار با استفاده از رگلاتور صورت می‌گیرد. تفاوت رگلاتورهای گاز تنها در شکل و تنظیمات آن‌هاست.

مزیت

گازهای ذخیره شده در کپسول‌های گاز به دلیل فشار بالای آن‌ها قابل استفاده به طور مستقیم نیستند. یکی از مهم‌ترین مزیت‌های رگلاتورهای گاز، نقش کنترلی آن‌هاست. به بیان ساده‌تر، این وسیله در مسیر خروجی گاز قرار می‌گیرد که می‌تواند فشار گاز خروجی را تنظیم و کنترل کند. با انجام این کار، گاز با فشار دلخواه به دست کاربر می‌رسد.

معایب

معایب رگلاتورهای گاز به طور عمده از قطعات به کار رفته در آن‌ها ناشی می‌شود. همان‌طور که پیشتر بیان شد، قطعات سازنده تنظیم‌کننده‌های فشار گاز در اثر عواملی چون خمیدگی و خزش دچار مشکل می‌شوند، که این موضوع به نوبه خود عملکرد رگلاتورهای گاز را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

شرایط نگهداری و استفاده

نگهداری و تعمیرات منظم و پیوسته رگلاتورها می‌تواند به افزایش طول عمر آن‌ها و هم‌چنین افزایش راندمان منجر شود. از جمله اقداماتی که می‌توان در جهت نگهداری رگلاتورها انجام داد شامل تست نشتی، تست خزش، شستشو با گاز بی اثر و سرویس‌های مدام می‌باشند.

تعمیر رگلاتور

رگلاتورهای گاز در اثر عواملی چون خزش عملکرد مناسب خود را از دست می‌دهند یا قطعات به کار رفته در آن‌ها دچار مشکل می‌شوند. برای حل این مشکلات می‌توان رگلاتور را تعمیر کرد. هم‌چنین، پس از مدت مشخصی نیاز است رگلاتورها جهت انجام تعمیرات اساسی و اطمینان از عملکرد صحیح آن‌ها به شرکت های تأمین کننده ارسال شوند.

تعویض رگلاتور

برای رگلاتورها عمر مفیدی در نظر می‌گیرند که با سپری شدن عمر مفید و برای جلوگیری از مشکلات احتمالی بهتر است رگلاتورها جایگزین رگلاتورهای جدید شوند.

خرید رگلاتور

هنگام خرید رگلاتور به چه پارامترهایی باید توجه داشت؟

هنگام خرید رگلاتور، بهتر است به پارامترهایی توجه شود که در ادامه به توضیح هریک از آن‌ها پرداخته می‌شود:

دما

یکی دیگر از معیارهای مهم در انتخاب یک رگلاتور مناسب، محدوده دمایی است. برای مثال، در صورت عملکرد رگلاتور در دمای بالا بهتر است جنس آن از فولادضدزنگ باشد. یکی از نکاتی که هنگام خرید یک رگلاتور باید به آن توجه داشت این است که به دیتاشیت محصول یا برگه مشخصات آن نگاه کرد، تا از تطابق محصول با گستره دمایی که قرار است در آن کار کند مطمئن شد.

فشار

فشار ورودی (فشار جریان بالادست) و فشار خروجی (فشار جریان پایین دست) از جمله نکات مهمی هستند که هنگام خرید رگلاتور باید به آن‌ها توجه داشت. با درنظر گرفتن فشار خروجی می‌توان فنر، میزان فشار غلاف، میزان خروجی بدنه، سایز روزنه و سایز خود رگلاتور را انتخاب کرد. از آن طرف، فشار ورودی می‌تواند در تعیین اندازه و میزان فشار روزنه، میزان فشار ورودی بدنه و سایز رگلاتور کمک شایانی کند. بسته به تفاوت در فشار ورودی و فشار خروجی، ممکن است جهت رسیدن به فشار خروجی مورد نظر، به هردو تنظیم کننده فشار بالا و فشار پایین نیاز باشد. این موضوع را می‌توان با استفاده از یک رگلاتور فشار پایین و هم‌چنین فشار بالا، رگلاتور تک مرحله‌ای و یا رگولاتور دو مرحله‌ای محقق ساخت. تفاوت رگلاتورهای تک مرحله ای و دو مرحله ای در این است که اولی در یک مرحله و دومی در دو مرحله فشار گاز را کاهش می دهند.

نوع سیال

نوع سیال نیز در انتخاب تنظیم کننده‌های فشار بسیار مؤثر است. بسته به اینکه سیال موردنظر گاز، مایع و یا بخار باشد می‌تواند در انتخاب سایز رگلاتور تأثیرگذار باشد. علاوه بر نوع سیال، ترکیب شیمیایی آن نیز بسیار مهم است، که باید مطابق با جنس نشیمن‌گاه و دیافراگم باشد.

قیمت رگلاتور

همان‌طور که بیان شد، از رگلاتورهای گاز برای تنظیم و کنترل فشار گاز استفاده می‌شوند. برحسب نوع کاربرد، انواع مختلفی از تنظیم کننده‌های فشار موجود می‌باشند. مجموعه "بینان گاز" یکی از واردکننده‌های شناخته شده در حوزه رگلاتورها می‌باشد. همچنین ما در حوزه تأمین و عرضه رگلاتورهای جریان ثابت SGI است. خریداران محترم می‌توانند برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با مشخصات فنی انواع مختلف رگلاتورهای آزمایشگاهی و هم‌چنین قیمت‌های به روز آن‌ها با شماره‌های تماس درج شده در وبسایت شرکت تماس حاصل فرمایند.