Регуляторы давления прямого действия представляют собой устройства, которые для регулирования используют энергию рабочей среды и при этом развивается достаточное усилие для приведения в действие регулирующего органа - штока плунжера и плунжера.
Такие регуляторы состоят из клапана и привода, открывающего или закрывающего клапан при изменении давления. Эти приборы являются пропорциональными регуляторами. Всякому отклонению от установленного заданного значения соответствует определенное положение плунжера клапана.
Редукционные клапаны
Редукционные клапаны или редукционные установки снижают и стабилизируют давление среды после источника высокого давления так, что на стороне потребителя, несмотря на изменения расхода, давление среды остается практически постоянным. Регулируемое давление P2 (регулирующая величина x) создает на поверхности мембраны A пропорциональное регулирующей величине усилие Fm = P2 ∗ A. Это усилие, соответствующее действующему в данный момент давлению, передается на шток плунжера и сравнивается с усилием пружины задатчика Fs = заданному значению w. Усилие Fs можно установить с помощью задатчика. При изменении давления P2 и соответственно усилия Fm, плунжер клапана будет перемещаться до тех пор, пока Fm не станет равной Fs.
В конструкции, представленной на рис. 1.1, клапан закрывается, если регулируемое давление начинает возрастать. В данном случае прибор работает в качестве редукционного клапана, поддерживающего существующее на выходе клапана давление P2 на установленном задатчиком значении.
Перепускные клапаны
Регулируемый параметр P1 отбирается в корпусе клапана и подается на внутреннюю сторону тарельчатой пружины привода. Усилие привода Fx = P1 ∗ A сравнивается на штоке плунжера с усилием Fs - заданного значения w задатчика. В инерционном состоянии (x=w) Fx = Fs. Если давление P1 возрастает, то увеличивается усилие на приводе, а подьем плунжера, преодолевающий силу пружины задатчика, увеличивается. В результате увеличивается обьемный расход и давление P1 уменьшается до установления нового состояния равновесия между силами действия привода и пружины задатчика.
В конструкции, представленной на рис. 1.2, клапан открывается, если регулируемое давление возрастает. В данном случае устройство работает в качестве перепускного клапана, поддерживающего давление на входе клапана P1 на установленном задатчиком значении.
Особенности регуляторов давления
Точность регулирования (остаточное отклонение) и стабильность регулирования зависят от внешних воздействий (например, колебаний входных давления и расхода). Регуляторы сконструированы таким образом, чтобы влияние внешних воздействий было минимальным. Так, например, усилие на плунжере клапана, зависящее от давления перед клапаном или от перепада давления, можно устранить посредством соответствующих компенсирующих элементов. при некомпенсированных исполнениях влияние результирующего усилия, обусловленного сечение седла и перепадом давления (ΔP = P1 - P2). В регуляторах с компенсацией давления (с плунжером) указанное усилие в значительной мере нейтрализуется. Данная конструкция предназначена для работы с большими перепадами давления. на рис. 1.3 показана схема компенсации давления с разгруженным поршневым плунжером. В регуляторе на рис. 1.4 компенсацию давления перед клапаном выполняет металлический сильфон с уплотнением в наружную среду и бесфрикционным уплотнением штока плунжера. На рис. 1.5 показано расположение сильфона с компенсацией входного и выходного давления.
Регулирование давления пара
При регулировании давления пара согласно рис. 1.7 на месте измерения устанавливается промежуточный сосуд. Это обеспечивает образование конденсата и защищает присоединенную мембранную систему от высоких температур. Из-за увеличения объема пара, связанного со снижением его давления, часто является целесообразным увеличивать поперечное сечение трубопровода после клапана.