Reduktory ciśnienia

Rys. 1. Reduktory tlenowe i acetylenowe mają manometry rozmieszczone symetrycznie, żeby można je był łatwo zamontować i odczytywać wskazania

Precyzyjna mechanika
Gaz przepływa w reduktorze przez mały otwór i dostając się do większej komory, rozpręża się przy tym. Mały otwór znajduje się w ruchomym wkładzie zaworowym przytrzymywanym przez sprężynę. Pod dużą komorą znajduje się uszczelniająca membrana, przylegająca do grzybka zaworu, który też jest podtrzymywany przez sprężynę w prawidłowym położeniu. Powiększenie lub zmniejszenie dużej komory powoduje zmniejszenie lub podniesienie ciśnienia gazu. Zawór wpuszcza gaz w odpowiedniej ilości. Za „puszkowaty” kształt reduktora odpowiadają dolna komora i sprężyny.

W pełnej butli z tlenem ciśnienie wynosi 200 barów, w butli z acetylenem – 19  barów. Do reduktora przynależy zwykle także manometr. W przypadku tlenu, sprężonego powietrza, azotu lub innych sprężonych gazów lewy manometr, zwany też manometrem zawartości pokazuje ciśnienie w butli (przypadku butli z acetylenem jest odwrotnie: tu ciśnienie w butli pokazuje ciśnieniomierz z prawej strony). Poziom ciśnienia pozwala wnioskować, ile gazu pozostało jeszcze w butli.

Prawy manometr nazywa się manometrem roboczym. Pokazuje on ciśnienie, pod jakim gaz dopływa do palnika. W reduktorach na gaz płynny nie ma manometru zawartości. Ponieważ gaz jest w stanie płynnym, a ciśnienie zależy od temperatury, nie można na jego podstawie wnioskować o zawartości butli.


Ciśnienie robocze reguluje się śrubą nastawczą lewo- lub prawoskrętną. Zaleca się jednak sprawdzenie w instrukcji obsługi palnika, do jakiego ciśnienia jest on przystosowany. Jeśli ciśnienie gazu czy tlenu będzie za niskie, mieszanka będzie miała nieprawidłowe proporcje. Jeśli ciśnienie będzie za wysokie, płomień będzie gasł.

Reduktor ciśnienia to wynalazek Anglika Samuela Clegga (1781–1861). Ponieważ londyńska gazowania dostarczała gaz różnej jakości i pod różnym ciśnieniem, starał się on uzyskać płomień gazowy tej samej wielkości i jasności. W XIX w. uzyskiwany z węgla kamiennego gaz był używany tylko do oświetlenia, stąd też nazwa „gaz świetlny”. Jeden z pierwszych regulatorów gazowych można dzisiaj oglądać w londyńskim Science Museum.


Rys. 2. Schemat reduktora

Różne ciśnienia
Reduktor ciśnienia zwykle przykręca się do zaworu butli, a następnie do niego samego dokręca wąż. Służy do tego gwint odpowiedni dla danego rodzaju gazu oraz jarzmo dla acetylenu. Gdy zawór manometru zawartości jest otwarty, to zawartość butli może do niego swobodnie dopływać. Manometr ten informuje o ilości gazu w butli (nie dotyczy to płynnego gazu, ponieważ w tym przypadku ciśnienie nie jest miarodajnym parametrem mówiącym o ilości gazu).

Istnieją reduktory dostosowane do niskiego i średniego ciśnienia, odpowiednie dla małych i dużych butli. Reduktory dla średniego ciśnienia występują w wersji regulatorów ustawionych na stałe i w wersji przestawnej, z manometrem lub bez niego. Reduktor stały wystarcza, jeśli nie używa się urządzeń pracujących z różnymi ciśnieniami.

Aby uniknąć omyłek, butle z różnymi gazami mają różne gwinty na zaworze. Ogólnie rzecz biorąc, butle z tlenem mają gwint prawoskrętny, butle z gazami palnymi (z wyjątkiem acetylenu) – lewoskrętny.


Rys. 3. Reduktor średniego ciśnienia dla większych ilości płynnego gazu (ponad 1 kg/godz.) wygląda jak reduktor acetylenowy bez manometru zawartości

Butle z tlenem mają gwint 3/4 cala, butle z płynnym gazem od ciężaru 11 kg wzwyż mają gwint W 21,8 × 1/14’’. Wszystkie nakrętki kołpakowe mają tę samą rozwartość klucza SW 32. Butle z acetylenem posiadają złącze jarzmowe.

Dawniej butle były napełniane tlenem pod ciśnieniem 150 barów. Od ponad 50 lat tlen jest przechowywany w butlach pod ciśnieniem 200 barów. Oczywiście odpowiednio dostosowane zostały również reduktory.

Manometry zawartości muszą mieć zakres pomiaru wynoszący co najmniej 315 barów i czerwoną kreskę przy 200 barach.

Reduktory ciśnienia są wprawdzie urządzeniami wysokoprecyzyjnymi, ale niezwykle wytrzymałymi. Możliwe jest więc, że gdzieś jeszcze są używane stare reduktory tlenowe dla 150 barów. Nie wolno ich podłączać do 200-barowych butli, ponieważ nie gwarantują one, że butle nie wybuchną. Za to do butli 150-barowych wolno dokręcać reduktory 200-barowe.


Rys. 4. Reduktor gazu płynnego może być regulatorem stałym lub przestawnym z manometrem lub bez niego

Czysty tlen powoduje wybuchowy zapłon oleju, smarów, tłuszczu itp. materiałów, zwłaszcza gdy mają one postać drobniutkich rozproszonych cząsteczek. Zdarzało się, że pożar wybuchał z powodu zatłuszczonych palców pracownika, który nie umył ich po śniadaniu. Oznacza to, że butle, reduktory i węże tlenowe nie mogą wchodzić w kontakt z olejami i smarami – nie bez powodu znajduje się na nich ostrzeżenie „Przechowywać z daleka od olejów i smarów”. To samo oznacza symbol przekreślonej oliwiarki. Mniejszym zagrożeniem jest zardzewiały gwint kołpaka ochronnego niż pożar czy wybuch.

Reduktory ciśnienia i ich manometry to wyroby precyzyjne, które należy traktować z odpowiednią ostrożnością. W żadnym wypadku nie wolno ich po prostu wrzucać do skrzynki. Są one na to zbyt delikatne. Gdy butla z podłączonym reduktorem przewróci się, reduktor jest bardziej narażony na niebezpieczeństwo niż zawór.

Manometry nie są wprawdzie specjalnie drogie, ale ich uszkodzenie może mieć kosztowne skutki. Z uszkodzonego manometru czy poluzowanego połączenia śrubowego może w sposób niezauważalny ulatniać się gaz. O ile poluzowany manometr można po prostu dokręcić, to gdy jest on złamany, niezdatny do użytku staje się cały reduktor. A to oznacza koniec pracy.

Jednostka słupa wody jest wprawdzie poręczna i obrazowa, ale od 1978 r. została uznana za nieważną. Skojarzenie słupa wody i ciśnienia zawdzięczamy francuskiemu teologowi, matematykowi i fizykowi Blaise Pascalowi. Starał się on zweryfikować teorię włoskiego matematyka Evangelisty Torricellego. Ten uczony twierdził, że Ziemia jest otoczona atmosferą powietrzną, która wywiera dające się zmierzyć ciśnienie. Aby tego dowieść, przeprowadził następujący eksperyment. Zamkniętą z jednej strony szklaną rurkę napełnił rtęcią i w otwarty koniec włożył korek. Następnie rurkę odwrócił (tak żeby korek znalazł się na dole), zanurzył w wannie także napełnionej rtęcią i pod powierzchnią cieczy wyjął korek. Rtęć w rurce opadła do poziomu ok. 760 mm. Nad rtęcią znajdowała się wypełniona powietrzem przestrzeń, która w zależności od „ładnej” czy „brzydkiej” pogody oddziaływała na rtęć i powodowała wahania jej poziomu. W ten sposób Torricelli wynalazł barometr.

Pascal powtórzył eksperyment, ale w większej skali i zamiast rtęci użył wody. Jego słup wody miał wysokość 10 m. Postawił go w cebrzyku przed swoim rodzinnym domem w Rouen we Francji. Model tego wodnego barometru można oglądać tam także i dzisiaj.

Różnica w wysokości słupa wody Pascala i słupa rtęci Torricellego wynika z różnych gęstości obu cieczy; rtęć jest 13,16 razy cięższa niż woda.


Rys. 5.

Ciśnienie atmosferyczne wynosi 10 m lub 10000 mm słupa wody lub 760 mm słupa rtęci. Na cześć Torricellego jednostkę 1 mm słupa rtęci (symbol chemiczny Hg) nazywa się 1 Torr.

inż. Ronald Fischer