레귤레이터 흐름 곡선을 평평하게 하여 처짐을 줄이는 방법

조절기 흐름 곡선을 평평하게 하여 처짐을 줄이는 방법

존 케스트너

일관된 압력 제어는 산업용 유체 시스템의 안전한 작동에 필수적입니다. 조절기로 안정적인 다운스트림 압력을 유지하면 특히 고유량 시스템에서 유량 변화를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 압력 제어를 유지하고 처짐을 최소화하기 위해 유체 시스템에 외부 구성 요소를 추가해야 할 수도 있습니다.

드룹이란 무엇입니까?

드룹은 하류 흐름이 증가함에 따라 출구 압력이 감소하는 것으로 정의됩니다. 위에 표시된 차트(그림 1)는 흐름 곡선의 예입니다. 유량 곡선은 다양한 시스템 유량을 기반으로 레귤레이터가 유지할 출구 압력 범위를 설정하는 데 사용되는 유용한 도구입니다. 흐름 곡선은 제품 테스트를 통해 생성되며 주어진 시스템 매개변수 세트에 대한 레귤레이터의 실제 성능을 나타냅니다.

수직 축은 출구 압력을 표시하고 수평 축은 하류 유량을 표시합니다. 곡선의 가장 평평한 부분 또는 가장 수평인 부분은 유량의 상당한 변화에도 조절기가 일정한 압력을 유지할 위치를 나타냅니다. 곡선의 맨 오른쪽은 조절기가 완전히 열려 일정한 압력을 유지할 수 없는 위치를 나타냅니다. 압력이 급격히 감소하여 0에 가까워지는 이 영역 내에서 포펫은 스트로크 한계에 도달하여 제어를 잃게 됩니다. 이 시점에서 레귤레이터는 압력 제어 장치보다는 제한 오리피스처럼 작동합니다.

모든 감압 레귤레이터는 약간의 처짐을 나타내지만 이 현상을 최소화하기 위한 조치를 취할 수 있습니다. 시스템에 적합한 레귤레이터 구성을 선택하면 더 평평한 유량 곡선을 얻을 수 있습니다. 처짐을 줄이는 네 가지 옵션이 아래에 설명되어 있습니다.

옵션 A:간단한 스프링 로드 레귤레이터

가장 일반적인 유형의 감압 조절기는 스프링식 조절기입니다. 이 설계에서 스프링은 감지 요소(다이어프램 또는 피스톤)에 힘을 가하여 포펫을 오리피스에 더 가까이 또는 더 멀리 이동시켜 다운스트림 압력을 제어합니다. 우리는 스프링이 장착된 레귤레이터를 기준으로 사용할 것입니다.

스프링 장착형 감압 레귤레이터는 드룹 감소와 관련하여 일반 애플리케이션에 적합한 성능을 제공합니다. 이 구성에서 시스템 흐름 요구가 증가함에 따라 조절기 포핏이 시트에서 멀어져 추가 흐름을 허용하고 차례로 하중 스프링이 이완되어 하중력과 조절기 설정점을 낮춥니다. 유량 요구 사항이 변경됨에 따라 드룹의 양은 하중 스프링 비율에 따라 달라지며, 경우에 따라 높은 정확도가 필요한 경우 원하는 설정 압력으로 다시 수동으로 자주 조정해야 할 수도 있습니다.

드룹을 개선하고 흐름 곡선을 평평하게 하는 더 효과적인 옵션은 돔이 장착된 감압 레귤레이터입니다. 이러한 유형의 조절기 내의 하중은 스프링에 의해 제어되지 않고 돔 챔버에 수용된 가압 가스에 의해 제어됩니다. 가스는 다이어프램을 구부려 포펫을 오리피스에서 멀리 이동시키고 다운스트림 압력을 제어합니다. 아래의 나머지 옵션은 돔 로드 레귤레이터가 다양한 구성 요소 및 설계 수정과 결합될 때 처짐을 최소화하여 향상된 성능을 제공할 수 있는 방법을 탐구합니다.

옵션 B:파일럿 레귤레이터가 있는 돔 로드 레귤레이터

옵션 B는 돔이 장착된 감압 레귤레이터를 파일럿 레귤레이터와 결합합니다. 이 구성에서 돔이 장착된 레귤레이터는 돔 챔버의 압력을 일정하게 유지하여 압력 변화에 반응합니다. 파일럿 레귤레이터는 돔이 장착된 레귤레이터의 돔 챔버로의 가스 공급을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 위의 그림 2에서 볼 수 있듯이 과도한 돔 압력은 출구 루프를 통해 완화됩니다.

시스템 흐름 요구가 증가함에 따라 포핏은 추가 흐름을 허용하기 위해 시트에서 멀어집니다. 그러나 스프링식 레귤레이터와 달리 이완할 수 있는 로딩 스프링이 없습니다. 대신 다이어프램이 아래쪽으로 구부러져 돔 챔버가 확장되어 돔 압력이 약간 낮아집니다. 파일럿 레귤레이터는 돔 압력의 강하를 감지하고 돔에 추가 가스를 허용하고 의도한 설정 압력을 유지하기 위해 열어 반응합니다. 다운스트림 시스템 흐름 수요가 감소하면 포펫이 시트에 더 가깝게 상승하여 다이어프램을 돔으로 위쪽으로 밀고 돔의 압력을 약간 증가시킵니다. 이 초과 압력은 동적 제어 출구 루프를 통해 조절기의 하류 측으로 배출되도록 허용됩니다.

그림 2:옵션 B 구성에는 파일럿 레귤레이터가 있는 돔 로드 레귤레이터와 돔 압력을 제어하는 ​​동적 제어 출구 루프가 있습니다.

그림 1을 다시 참조하면 이 구성은 "옵션 B"라는 제목의 흐름 곡선으로 표시됩니다. 옵션 A, 기준선 스프링 장착 조절기 곡선과 비교하여 돔 장착 조절기 및 파일럿 조절기 구성은 더 많은 동적 압력 제어를 제공합니다. 여전히 약간의 처짐이 있지만 유량 곡선은 더 평평하여 광범위한 유량에서 설정 압력을 보다 정확하게 유지할 수 있는 레귤레이터를 나타냅니다. 표준 돔형 레귤레이터는 상당한 출구 압력 강하에 대한 걱정 없이 많은 시스템에서 사용할 수 있습니다. 그러나 드룹은 아래에서 설명하는 다른 구성을 사용하여 더 줄일 수 있습니다.

옵션 C:돔 로드 레귤레이터에 연결된 외부 피드백 라인

돔 로드 레귤레이터에 외부 피드백을 추가하여 정확도를 높일 수 있습니다. 외부 피드백은 다운스트림 프로세스 라인의 튜브를 다시 돔 로드 레귤레이터의 감지 영역으로 연결하여 레귤레이터로 전송됩니다.

외부 피드백 라인은 조절기의 시스템 다운스트림 지점에서 조절기 감지 영역으로 압력을 보냅니다. 이를 통해 레귤레이터는 표준 돔형 레귤레이터 설계의 경우처럼 레귤레이터 내의 압력 변화만이 아니라 시스템의 해당 지점에서 압력 변화에 반응할 수 있습니다.

그림 1을 다시 참조하면 옵션 C는 세 번째 흐름 곡선으로 표시됩니다. 작동 유량은 임계 초크 지점에 도달하기 전에 확장됩니다. 이 흐름 곡선은 이전 두 옵션보다 더 평평하지만 여전히 약간의 처짐을 보입니다.

옵션 D:파일럿 레귤레이터에 연결된 외부 피드백 라인

최종 옵션은 흐름 곡선을 평평하게 하기 위한 최상의 구성을 제공합니다. 위의 그림 4에서 볼 수 있듯이 외부 피드백 라인은 돔 부하 레귤레이터 대신 파일럿 레귤레이터에 직접 연결됩니다. 이를 통해 파일럿 레귤레이터가 실제 다운스트림 압력을 기반으로 돔이 장착된 레귤레이터의 챔버 압력을 매우 정확하게 조정할 수 있으므로 돔이 장착된 레귤레이터가 출구 압력을 변경하여 보상할 수 있습니다.

시스템 유량 요구가 증가함에 따라 더 낮은 압력은 추가된 피드백 라인을 통해 파일럿 레귤레이터로 다시 보내집니다. 파일럿은 돔이 장착된 레귤레이터의 압력을 증가시켜 이러한 압력 변화에 반응하여 적절한 다운스트림 설정 압력을 생성합니다. 이 구성에서 피드백 루프는 최적화된 성능을 위해 시스템을 안정화하기 위해 지속적인 자동 조정을 가능하게 합니다. 이것은 그림 1에서 희미한 처짐과 넓은 흐름 범위를 가진 최종 흐름 곡선으로 보여집니다.

모든 레귤레이터는 약간의 처짐을 보일 것입니다. 시스템에 따라 늘어짐이 허용될 수 있습니다. 그러나 유량 변화에 따라 압력을 일정하게 유지하는 것이 중요한 경우 올바른 조절기 구성이 도움이 될 수 있습니다. 유체 시스템에 적합한 감압 레귤레이터 구성을 선택하는 방법에 대한 자세한 내용은 해당 지역 Swagelok 판매 및 서비스 센터에 문의하여 전문가 평가를 받으십시오.