先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性介紹了氣體先導(dǎo)式減壓閥的工作原理，建立了減壓閥閥芯節(jié)流數(shù)學(xué)模型，分析了減壓閥靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。
1、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性概述
　　減壓閥是一種自動(dòng)降低管路工作壓力的專(zhuān)門(mén)裝置，作用是在給定減壓范圍后，將閥前管路較高的壓力降低至閥后管路所需的水平。減壓閥廣泛用于高層建筑、城市給水管網(wǎng)水壓過(guò)高的區(qū)域、礦井和氣體管路等。隨著工業(yè)控制精度的提高，減壓閥的控制精度也逐步提高，要求閥后壓力穩(wěn)定，過(guò)流能力大，反向壓力損失小，瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間短，減壓和卸壓時(shí)間短，壓力超調(diào)率低，開(kāi)展減壓閥靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性研究，有利于了解其控制能力和狀態(tài)。減壓閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性對(duì)于整個(gè)回路系統(tǒng)的工作狀態(tài)有明顯影響,在減壓閥設(shè)計(jì)中,應(yīng)掌握其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜動(dòng)態(tài)特性的影響。通過(guò)對(duì)先導(dǎo)式減壓閥的建模仿真和結(jié)果分析可知,主閥閥芯阻尼孔徑、平衡彈簧預(yù)緊力、主閥閥芯直徑和導(dǎo)閥調(diào)節(jié)彈簧勁度系數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其靜態(tài)特性有明顯影響作用,而影響其動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有主閥閥芯摩擦阻尼系數(shù)、主閥閥芯質(zhì)量、主閥閥芯上腔容積、主閥閥芯直徑,此外,導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)特性影響較小。通過(guò)以上影響因素分析,可為理解減壓閥的工作原理和工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
2、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性工作原理
　　上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥主要由閥體、主彈簧、主閥芯、主閥座、活塞、先導(dǎo)閥芯、先導(dǎo)閥座、先導(dǎo)活塞和調(diào)整彈簧等組成( 圖1) 。擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，壓縮調(diào)整彈簧，頂開(kāi)先導(dǎo)閥芯，介質(zhì)從進(jìn)口側(cè)進(jìn)入活塞上方，由于活塞面積大于主閥閥芯面積，推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，使主閥打開(kāi)，由閥后壓力平衡調(diào)節(jié)彈簧的壓力改變導(dǎo)閥的開(kāi)度，從而改變活塞上方的壓力，控制主閥芯的開(kāi)度使閥后壓力保持恒定。1. 閥體2. 主彈簧3. 主閥芯4. 主閥座5. 活塞6. 先簧7. 先導(dǎo)閥芯8. 先導(dǎo)閥座9. 先導(dǎo)活塞10. 調(diào)整彈簧圖1 先導(dǎo)式減壓閥減壓閥基本原理是采用氣體在管路中的節(jié)流效應(yīng)而減壓。閥芯節(jié)流處方程為



3、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性仿真建模
　　先導(dǎo)式減壓閥采用AMESim 軟件( ) 建模( 圖2) 。假設(shè)氣體為理想氣體，滿(mǎn)足理想氣體狀態(tài)方程。忽略減壓閥工作過(guò)程的溫度變化和節(jié)流處的阻尼，工作過(guò)程中節(jié)流處流量系數(shù)不變; 各容腔內(nèi)的壓力場(chǎng)均勻分布，氣源為恒壓源。1. 主彈簧2. 活塞3. 主閥芯4. 出口5. 氣體屬性 6. 氣源7. 調(diào)整彈簧8. 先導(dǎo)閥芯9. 先導(dǎo)活塞10. 先簧圖2 先導(dǎo)式減壓閥AMESim 模型

4、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性特性分析
　　減壓閥的特性分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性?xún)煞N。靜態(tài)特性是指在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，減壓閥出口壓力與進(jìn)口壓力或流量等參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性是指在進(jìn)口壓力或流量突然變化或其他擾動(dòng)因素的作用下，減壓閥出口壓力與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。
　　4.1、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性靜態(tài)特性
　　靜態(tài)仿真結(jié)果如圖3 所示，P1為進(jìn)口試驗(yàn)壓力( P1 = 20MPa) ，P2為出口試驗(yàn)數(shù)據(jù)，P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10分別為進(jìn)口試驗(yàn)壓力為20MPa、15 MPa 和10MPa 下的仿真出口壓力。從試驗(yàn)結(jié)果分析，進(jìn)口壓力為20 MPa 時(shí)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真P2 - 20數(shù)據(jù)變化
　　趨勢(shì)基本相同，初始階段出口壓力快速上升。經(jīng)過(guò)適當(dāng)振蕩后壓力逐漸穩(wěn)定，超調(diào)量較小僅為3%，終試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定在4. 35 MPa，P2 - 20穩(wěn)定在4.25MPa，兩者有一定差異，但在可接受范圍內(nèi)，模型較準(zhǔn)確。利用模型仿真的進(jìn)口壓力15 MPa 和10MPa下出口壓力的變化情況，對(duì)比P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10曲線可以發(fā)現(xiàn)，三條曲線變化趨勢(shì)相同。在穩(wěn)定階段壓力波動(dòng)狀態(tài)*一致，在不同壓力下出口壓力也不相同，進(jìn)口壓力越小則出口壓力也越小，但比進(jìn)口壓力減小比例小，即出口壓力變化小，符合減壓閥設(shè)計(jì)要求。



1. P1———進(jìn)口試驗(yàn)數(shù)據(jù)
2. P2———出口試驗(yàn)數(shù)據(jù)
3. P2 - 20———仿真進(jìn)口壓力為20MPa 時(shí)的出口數(shù)據(jù)
4. P2 - 15———仿真進(jìn)口壓力為15MPa 時(shí)的出口數(shù)據(jù)
5. P2 - 10———仿真進(jìn)口壓力為10MPa 時(shí)的出口數(shù)
圖3 進(jìn)口壓力和出口壓力的試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)
　　4.2、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性
　　根據(jù)靜態(tài)特性分析，對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化處理，首先模型中增加了彈性元件的總剛度Kt以提高活動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，提高抗干擾能力，其次減小了模型中活動(dòng)件質(zhì)量，活動(dòng)件質(zhì)量越小，運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性力越小，這樣較小的阻尼力就可抑制系統(tǒng)的自激振蕩。


5、先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)特性結(jié)語(yǔ)
　　利用AMESim 軟件建立仿真模型分析先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性過(guò)程中，可以通過(guò)優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，獲得需要的閥門(mén)性能，縮短了閥門(mén)研發(fā)周期，節(jié)約了設(shè)計(jì)制造成本。與本產(chǎn)品相關(guān)論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)