Drukregelaars - werking, types en toepassingen

Voorbeeld van een drukregelaar voor pneumatiek

Een drukregelaar is een apparaat dat de druk van een doorstromend medium (vloeistof of gas) reduceert van een hogere inlaatdruk tot een regelbare uitlaatdruk. Bovendien regelt de drukregelaar de uitlaatdruk zo dat deze constant is, zelfs als er fluctuaties in de inlaatdruk zijn.

Drukregelaars komen in vele verschillende vormen voor in huishoudelijke en industriële toepassingen. Enkele voorbeelden zijn: het reguleren van propaangas in bijvoorbeeld kookapparaten voor de camping, apparatuur voor de gezondheidszorg om zuurstofdruk te regelen, industriële toepassingen voor het regelen van perslucht, het regelen van brandstofdruk bij voertuigmotoren en ruimtevaarttoepassingen. De overeenkomst bij al deze toepassingen is het regelen van een hogere toevoerdruk naar een lagere uitlaatdruk.

Bekijk onze online selectie van Filters, drukregelaars & olievernevelaars!

Inhoudsopgave

Basiselementen van een drukregelaar

Een typische drukregelaar bestaat uit de volgende elementen:

  • Het drukreducerende element zoals bijvoorbeeld een schotelklep.
  • Een drukelement om de nodige kracht op het reducerende element uit te oefenen, zoals een spiraalveer of pneumatische veer.
  • Een drukopnemend element zoals een zuiger of een flexibel membraan.
Schematische weergave van een typische enkeltraps drukregelaar

Fig. 1: Schematische weergave van een typische enkeltraps drukregelaar

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. In sommige toepassingen met hoge druk worden thermoplastische afdichtingsringen bij de klepzitting gebruikt. Dit zorgt voor een lekdichte klepzitting. 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 1). 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 zijn ideaal voor toepassingen met een grote variatie in volumestroom, schommelingen van inlaatdruk of toepassingen met afnemende inlaatdruk zoals gewoonlijk bij gascilinders of kleine opslagtanks. Zij hebben een precieze drukregeling.

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 dubbeltraps drukregelaar (Figuur 2) is het meest voorkomende type drukregelaar. De eerste trap bestaat uit een veerbekrachtigd stuurventiel die de druk op het membraan van de hoofdregelaar regelt. Zolang de druk van het medium op het veerbekrachtigd stuurventiel laag is, is de hoofdklep dicht en stroomt er geen medium door de regelaar. Bij het stijgen van de druk wordt de veer gecomprimeerd en het stuurventiel opent. Dit veroorzaakt een drukverschil tussen de in- en uitlaat van de hoofdregelaar. Dit drukverschil stuurt de schotelklep van de hoofdregelaar aan waardoor deze opent en het medium met een gereduceerde druk door de regelaar stroomt.

Schematische weergave van een dubbeltraps drukregelaar

Fig. 2: Schematische weergave van een dubbeltraps drukregelaar

Dubbeltraps indirecte drukregelaars bieden een precieze regeling van een breed scala aan drukken en capaciteiten. Deze regelaars kunnen alleen met schone vloeistoffen of gassen gebruikt worden omdat kleine kanaaltjes en poortjes verstopt kunnen raken. Deze uitvoering levert een stabiele en duurzame uitlaatdruk van de tweede trap ondanks drukschommelingen in de eerste trap.

Functies van drukregelaars

Behalve het reduceren van inlaatdruk zijn er andere functies die een drukregelaar kan uitvoeren:

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.

Vacuümregelaars

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

Typische toepassingen

ruimtevaartlassenhuishoudelijke gasfornuizenzuurstofregeling voor medische doeleinden

Voorbeelden van drukregelaartoepassingen: ruimtevaart, lassen, huishoudelijke gasfornuizen en zuurstofregeling voor medische doeleinden.

Huishoudelijke toepassingen

Gasgrillen, Gasovens, hogedrukpannen en drukvaten, huishoudelijke verwarmingsketels.

Luchtcompressors

Industriële, commerciële en werkplaatstoepassingen voor schoonmaken, aandrijven van luchtgereedschap, oppompen van banden, enz.

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 reduceerventielen 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 inlaatdruk dat veilig gecontroleerd kan worden.
  • De vereiste waarden van de uitlaatdruk.
  • De vereiste nauwkeurigheid van de uitlaatdruk.

Vereisten aan capaciteit of volumestroom

De volgende criteria dienen geëvalueerd te worden:

  • 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
  • Vlambaarheid / Explosiekarakter
  • Gevaarlijke / Giftige aard
  • Corrosieve eigenschappen

Operationeel temperatuurbereik

De materialen van drukregelaars dienen zo gekozen te worden dat zij hun functie effectief kunnen uitvoeren bij een bepaald operationeel temperatuurbereik, zonder daarbij de materiaaleigenschappen te verliezen. De elastomeren (afdichtingen) gebruikt bij drukregelaars kunnen hieronder gekozen worden:

  • Nitril (NBR) of Neopreen (-40 0C tot 82 0C).
  • Ethyleenpropyleen (EPDM) or Perfluoroelastomeer (FKM) voor hogere temperaturen.

Materiaaleigenschappen

Afhankelijk van het medium en de gebruiksomstandigheden zijn er verschillende materialen voor regelaaronderdelen beschikbaar zoals:

  • Messing – Vaak gebruikt en economisch
  • Plastic – Voordelig geprijsd
  • Aluminium - Gewichtsbesparing
  • Roestvrijstaal (RVS) – Corrosieve omgevingen, hoge vereisten aan reinheid en hoge operationele temperaturen.

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. Het gebruikte materiaal, vereiste aansluitingsmaat, afstellingsvereisten en type montagesteun dienen in acht te worden genomen om het juiste type te kiezen.

Vereiste nauwkeurigheid

De nauwkeurigheid van een drukregelaar wordt aangegeven door de Engelse term ‘droop’. 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.

Bekijk onze online selectie van Filters, drukregelaars & olievernevelaars!


Maandelijkse nieuwsbrief

  • Wie: Voor iedereen met interesse in fluid control technologie!
  • Waarom: Heldere en interessante technische informatie over ons vakgebied in een compact maandelijks overzicht.
  • Wat: Nieuwe producten, technische achtergrondartikelen, video’s, aanbiedingen, branche info, en nog veel meer waarvoor u zich moet aanmelden om het te zien!