先导式减压阀的动静态特性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)湖北三江航天红峰控制有限公司 作者:王程勇

  介绍了气体先导式减压阀的工作原理,建立了减压阀阀芯节流数学模型,分析了减压阀静态特性和动态特性。

1、先导式减压阀的概述

  减压阀是一种自动降低管路工作压力的专门装置,作用是在给定减压范围后,将阀前管路较高的压力降低至阀后管路所需的水平。减压阀广泛用于高层建筑、城市给水管网水压过高的区域、矿井和气体管路等。随着工业控制精度的提高,减压阀的控制精度也逐步提高,要求阀后压力稳定,过流能力大,反向压力损失小,瞬态恢复时间短,减压和卸压时间短,压力超调率低,开展减压阀静态和动态特性研究,有利于了解其控制能力和状态。

2、先导式减压阀的工作原理

  先导式减压阀主要由阀体、主弹簧、主阀芯、主阀座、活塞、先导弹簧、先导阀芯、先导阀座、先导活塞和调整弹簧等组成(图1) 。拧动调节螺钉,压缩调整弹簧,顶开先导阀芯,介质从进口侧进入活塞上方,由于活塞面积大于主阀阀芯面积,推动活塞向下移动,使主阀打开,由阀后压力平衡调节弹簧的压力改变导阀的开度,从而改变活塞上方的压力,控制主阀芯的开度使阀后压力保持恒定。

先导式减压阀

1. 阀体2. 主弹簧3. 主阀芯4. 主阀座5. 活塞6. 先导弹簧7. 先导阀芯8. 先导阀座9. 先导活塞10. 调整弹簧

图1 先导式减压阀

  减压阀基本原理是采用气体在管路中的节流效应而减压。阀芯节流处方程为

阀芯节流处方程
先导式减压阀
先导式减压阀

3、先导式减压阀的仿真建模

  先导式减压阀采用AMESim 软件( Advanced Modeling Environment for Performing Simulations of Engineering System) 建模( 图2) 。假设气体为理想气体,满足理想气体状态方程。忽略减压阀工作过程的温度变化和节流处的阻尼,工作过程中节流处流量系数不变; 各容腔内的压力场均匀分布,气源为恒压源。

先导式减压阀AMESim 模型

1. 主弹簧2. 活塞3. 主阀芯4. 出口5. 气体属性 6. 气源7. 调整弹簧8. 先导阀芯9. 先导活塞10. 先导弹簧

图2 先导式减压阀AMESim 模型

4、先导式减压阀的特性分析

  减压阀的特性分静态特性和动态特性两种。静态特性是指在稳定流动状态下,减压阀出口压力与进口压力或流量等参数间的函数关系。动态特性是指在进口压力或流量突然变化或其他扰动因素的作用下,减压阀出口压力与时间的函数关系。

  4.1、静态特性

  静态仿真结果如图3 所示,P1为进口试验压力( P1 = 20MPa) ,P2为出口试验数据,P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10分别为进口试验压力为20MPa、15 MPa 和10MPa 下的仿真出口压力。从试验结果分析,进口压力为20 MPa 时,其试验数据和仿真P2 - 20数据变化

  趋势基本相同,初始阶段出口压力快速上升。经过适当振荡后压力逐渐稳定,超调量较小仅为3%,最终试验数据稳定在4. 35 MPa,P2 - 20稳定在4.25MPa,两者有一定差异,但在可接受范围内,模型较准确。利用模型仿真的进口压力15 MPa 和10MPa下出口压力的变化情况,对比P2 - 20、P2 - 15和P2 -10曲线可以发现,三条曲线变化趋势相同。在稳定阶段压力波动状态完全一致,在不同压力下出口压力也不相同,进口压力越小则出口压力也越小,但比进口压力减小比例小,即出口压力变化小,符合减压阀设计要求。

进口压力和出口压力的试验和仿真数据

1. P1—进口试验数据 2. P2—出口试验数据 3. P2 - 20—仿真进口压力为20MPa 时的出口数据 4. P2 - 15—仿真进口压力为15MPa 时的出口数据 5. P2 - 10—仿真进口压力为10MPa 时的出口数

图3 进口压力和出口压力的试验和仿真数据

  4.2、动态特性

  根据静态特性分析,对模型进行了优化处理,首先模型中增加了弹性元件的总刚度Kt以提高活动系统的固有频率,提高抗干扰能力,其次减小了模型中活动件质量,活动件质量越小,运动时惯性力越小,这样较小的阻尼力就可抑制系统的自激振荡。

  将进口压力P1从20 ~ 10MPa 变化,观察出口压力P2的变化( 图4) 。1 ~ 2s 时进口压力从20MPa逐渐降为15MPa,2 ~ 3s 时进口压力逐渐降为10MPa。在此过程中,出口压力也逐渐降低。在1~ 2s 和2 ~ 3s 期间出口压力微小波动,最终稳定,平均出口压力分别为3. 7MPa 和3. 2MPa,与静态分析中三种进口压力条件下出口压力值一致。在1s 和2s 时出口压力随着进口压力降低而突降,当3s 时进口压力升至20MPa,出口压力突升至4MPa。出口压力在进口压力突降和突升过程中压力没有出现明显的波动。

5、结语

  利用AMESim 软件建立仿真模型分析先导式减压阀静态和动态特性过程中,可以通过优化模型结构,获得需要的阀门性能,缩短了阀门研发周期,节约了设计制造成本。

  先导式减压阀的动静态特性研究为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/jianyafa/026268.html

  与 减压阀 先导式减压阀 相关的文章请阅读:

  减压阀http://www.chvacuum.com/jianyafa/

上一篇:没有了