反向式氣體FESTO減壓閥靜態(tài)特性仿真分析
FESTO減壓閥結(jié)果表明平衡式減壓閥比背壓式減壓閥溫度特性好，平衡式減壓閥的出口溫度比背壓式減壓閥的出口溫度達(dá)到平衡所用時(shí)間少；平衡式減壓閥進(jìn)口壓力波動(dòng)不影響出口壓力，穩(wěn)壓精度高。
FESTO減壓閥是通過(guò)自身的節(jié)流效應(yīng)，將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力，且能在進(jìn)口壓力和流量變化時(shí)，利用閥體內(nèi)的控制元件(閥芯)的開度調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，保持出口壓力基本不變。減壓閥的壓力特性(使流量保持為某一恒定值，由于輸入壓力的波動(dòng)而引起輸出壓力的波動(dòng))和流量特性(輸入壓力為一定值，輸出壓力隨輸出流量變化的特性)是減壓閥的兩個(gè)重要特性。減壓閥的結(jié)構(gòu)直接影響這兩個(gè)特性，從而影響穩(wěn)定精度。
1、背壓式減壓閥模型建立
1.1、背壓式結(jié)構(gòu)分析
FESTO減壓閥的原理結(jié)構(gòu)見圖1。閥體主要構(gòu)成部件包括調(diào)壓彈簧、彈簧座、膜片、閥芯、復(fù)位彈簧。p1為輸入壓力，p2為輸出壓力。高壓氣體通過(guò)閥門經(jīng)膜片下面流向出口。主閥底部與輸入壓力p1相通，膜片上方受調(diào)壓彈簧作用力，下方受輸出壓力p2的作用。當(dāng)進(jìn)入減壓閥的壓力和流量發(fā)生變化時(shí)或輸出氣體壓力和流量發(fā)生變化時(shí)，閥芯受力平衡破壞，在調(diào)壓彈簧、膜片和平衡彈簧作用下上下移動(dòng)。改變閥芯與閥座之間的節(jié)流面積，保持出口壓力的穩(wěn)定。
背壓式氣動(dòng)減壓閥結(jié)構(gòu)
FESTO減壓閥結(jié)構(gòu)
4、結(jié)論
(1)對(duì)背壓式與平衡式氣動(dòng)減壓閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并利用AMESim軟件對(duì)背壓式與平衡式氣動(dòng)減壓閥進(jìn)行了建模和仿真，避免了繁瑣的流體計(jì)算和大量的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，顯示出AMESim 軟件是一個(gè)直觀、方便、高效的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真分析工具。
并通過(guò)FESTO減壓閥性能試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，為減壓閥研制提供了合理可行的理論依據(jù)。
1、概述
在FESTO減壓閥是重要元件之一。減壓閥的主要作用是降低氣源壓力，并依靠氣體本身的能量轉(zhuǎn)換和減壓閥內(nèi)部運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的受力平衡，自動(dòng)維持出口壓力的相對(duì)穩(wěn)定，即當(dāng)氣源壓力和輸出流量發(fā)生變化時(shí)，仍可以向下游用氣設(shè)備提供穩(wěn)定的壓力值，因此，減壓閥性能及可靠性對(duì)完成發(fā)射任務(wù)有直接的影響。本文應(yīng)用AMESim 軟件建立仿真模型進(jìn)行靜態(tài)特性分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)提供方向和技術(shù)依據(jù)，而且也為現(xiàn)有各種減壓閥的性能分析提供參考。
2、工作原理及靜態(tài)特性
以某反向式減壓閥為例(圖1) 。當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)減壓閥時(shí)，入口壓力P1進(jìn)入高壓腔V1之后，在減壓閥瓣和閥座刀峰之間的開啟縫隙處受到第一次節(jié)流，壓力下降至Ps。然后，氣體在減壓閥瓣下方旋轉(zhuǎn)90°，經(jīng)過(guò)閥座與減壓閥瓣的環(huán)形通道時(shí)，受到了第二次節(jié)流，壓力降至P2，進(jìn)入低壓腔V2，以質(zhì)量流量Q 輸出。
FESTO減壓閥在設(shè)定充氣壓力Pt0之后，打開減壓閥的出口，以流量Q 輸出時(shí)，減壓閥開啟瞬間，出口壓力P2降低，氣簧腔內(nèi)壓力Pt > P2，推動(dòng)減壓閥瓣向上運(yùn)動(dòng)，減壓閥開啟高度增大，出口壓力P2上升。當(dāng)P2到達(dá)某一值時(shí)，閥體內(nèi)部副彈簧的作用力、減壓閥瓣的氣動(dòng)力和敏感活塞的氣動(dòng)力等與氣簧力的作用力相平衡，此時(shí)減壓閥處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)入口壓力P1下降時(shí)，減小了減壓閥瓣上部的高壓氣動(dòng)力和閥瓣的流量，使敏感活塞上部出口壓力P2亦下降，減小了該活塞的氣動(dòng)力。
由于以上兩種氣動(dòng)力的減小，使氣簧向上推動(dòng)敏感活塞，加大減壓閥瓣的開啟高度，增加該閥瓣流量，恢復(fù)出口壓力P2。在入口壓力P1不變的情況下，如出口壓力P2下降，則減小敏感活塞的向下氣動(dòng)力，使敏感活塞向上推動(dòng)減壓閥瓣，加大該閥瓣的開啟高度和其流量，提高出口壓力P2。反之，如出口壓力P2上升，則加大敏感活塞的向下氣動(dòng)力，壓縮氣簧，減小減壓閥瓣的開啟高度和流量，降低出口壓力P2。認(rèn)為減壓閥以敏感活塞上的出口壓力P2的變化為信息，借助該活塞和副彈簧等的機(jī)械負(fù)反饋?zhàn)饔?，改變減壓閥瓣的開啟高度，穩(wěn)定出口壓力P2和輸出流量Q。
在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)進(jìn)口壓力或出口流量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力相應(yīng)產(chǎn)生變化，這種出口的壓力隨進(jìn)口壓力或出口流量變化而變化的性質(zhì)，稱為減壓閥的靜態(tài)特性。
4、結(jié)語(yǔ)
FESTO減壓閥軟件對(duì)反向式減壓閥的靜態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型和仿真模型的正確性和合理性，為后續(xù)開展反向式減壓閥研究奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)分析主要參數(shù)對(duì)減壓閥靜態(tài)特性的影響，并給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，對(duì)減壓閥產(chǎn)品研制具有一定的指導(dǎo)意義。
