反向式气体减压阀静态特性仿真分析

　　采用AMESim软件进行了反向式减压阀静态特性研究。分析了改变设计流量Q、刀锋直径d、敏感活塞面积Am和弹簧有效刚度Ke等参数对反向减压阀静态特性的影响，并通过减压阀性能试验进行验证，为减压阀研制提供了合理可行的理论依据。

　　1、概述

　　在航天领域地面供配气系统和设备中，气体减压阀是重要元件之一。减压阀的主要作用是降低气源压力，并依靠气体本身的能量转换和减压阀内部运动系统的受力平衡，自动维持出口压力的相对稳定，即当气源压力和输出流量发生变化时，仍可以向下游用气设备提供稳定的压力值，因此，减压阀性能及可靠性对完成发射任务有直接的影响。本文应用AMESim 软件建立仿真模型进行静态特性分析，并进行了试验验证，为设计改进或重新设计提供方向和技术依据，而且也为现有各种减压阀的性能分析提供参考。

　　2、工作原理及静态特性

　　以某反向式减压阀为例(图1) 。当气体经过减压阀时，入口压力P1进入高压腔V1之后，在减压阀瓣和阀座刀峰之间的开启缝隙处受到第一次节流，压力下降至Ps。然后，气体在减压阀瓣下方旋转90°，经过阀座与减压阀瓣的环形通道时，受到了第二次节流，压力降至P2，进入低压腔V2，以质量流量Q 输出。

图1 反向式减压阀

　　在设定充气压力Pt0之后，打开减压阀的出口，以流量Q 输出时，减压阀开启瞬间，出口压力P2降低，气簧腔内压力Pt > P2，推动减压阀瓣向上运动，减压阀开启高度增大，出口压力P2上升。当P2到达某一值时，阀体内部副弹簧的作用力、减压阀瓣的气动力和敏感活塞的气动力等与气簧力的作用力相平衡，此时减压阀处于稳定工作状态。当入口压力P1下降时，减小了减压阀瓣上部的高压气动力和阀瓣的流量，使敏感活塞上部出口压力P2亦下降，减小了该活塞的气动力。

　　由于以上两种气动力的减小，使气簧向上推动敏感活塞，加大减压阀瓣的开启高度，增加该阀瓣流量，恢复出口压力P2。在入口压力P1不变的情况下，如出口压力P2下降，则减小敏感活塞的向下气动力，使敏感活塞向上推动减压阀瓣，加大该阀瓣的开启高度和其流量，提高出口压力P2。反之，如出口压力P2上升，则加大敏感活塞的向下气动力，压缩气簧，减小减压阀瓣的开启高度和流量，降低出口压力P2。因此真空技术网（http://www.chvacuum.com/）认为减压阀以敏感活塞上的出口压力P2的变化为信息，借助该活塞和副弹簧等的机械负反馈作用，改变减压阀瓣的开启高度，稳定出口压力P2和输出流量Q。

　　在稳定流动状态下，当进口压力或出口流量发生变化时，出口压力相应产生变化，这种出口的压力随进口压力或出口流量变化而变化的性质，称为减压阀的静态特性。

　　4、结语

　　采用AMESim 软件对反向式减压阀的静态特性进行了仿真分析，并与试验结果进行了比对，验证了数学模型和仿真模型的正确性和合理性，为后续开展反向式减压阀研究奠定了基础。通过分析主要参数对减压阀静态特性的影响，并给出了优化设计的思路，对减压阀产品研制具有一定的指导意义。