基于AMESim潛用隨動(dòng)減壓閥建模與仿真

匡建平　孫偉

摘要：目的：研究隨動(dòng)減壓閥結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。方法：利用AMESim仿真軟件對(duì)隨動(dòng)減壓閥進(jìn)行建模與仿真。結(jié)果：仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的正確性。結(jié)論：阻尼孔的面積大小直接影響隨動(dòng)減壓閥的性能，阻尼孔直徑越小，隨動(dòng)減壓閥響應(yīng)時(shí)間越長，但工作越穩(wěn)定;隨動(dòng)減壓閥彈簧的剛度和預(yù)緊力是制約閥芯振動(dòng)的主要因素，剛度和預(yù)緊力越大，效果越佳。

關(guān)鍵詞：AMESim;隨動(dòng)減壓閥;建模與仿真

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0097-03

0 引言

隨動(dòng)減壓是潛用閥門工程的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是大深度范圍內(nèi)的隨動(dòng)減壓技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到的技術(shù)領(lǐng)域廣，對(duì)其研究的信息暫未見公開報(bào)道[1]。在某工程試驗(yàn)中，現(xiàn)有的潛用標(biāo)準(zhǔn)減壓閥不能滿足要求，為了解決此問題，本文提出一種隨動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)方案，研究了其結(jié)構(gòu)及工作原理，利用AMESim仿真軟件對(duì)隨動(dòng)減壓閥進(jìn)行建模與仿真，結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性，為隨動(dòng)減壓閥結(jié)構(gòu)和控制的設(shè)計(jì)提供借鑒思路[2]。

1 控制原理與設(shè)計(jì)方案

流體壓力為P1，進(jìn)入減壓閥后，經(jīng)閥芯、節(jié)流孔流出，出口壓力為P2，P3為負(fù)載壓力，減壓閥出口的流體和負(fù)載的流體經(jīng)孔道分別進(jìn)入閥的上下兩腔室，通過彈簧控制閥口的開度起到節(jié)流作用，如圖1所示。

3 仿真結(jié)果及分析

3.1 彈簧剛度對(duì)隨動(dòng)減壓閥性能的影響分析

模擬潛深機(jī)動(dòng)時(shí)，隨動(dòng)減壓閥從O.15MPa的進(jìn)口初始?jí)毫ν蛔兊?.75MPa，彈簧初始預(yù)緊力設(shè)定為600N，在彈簧選擇的剛度分別為50N/mm、100N/mm、150N/mm、200N/mm、250N/mm等條件下，活塞的位移如圖2曲線所示?；钊灰茷檎龝r(shí)，出口流量為正，活塞位移為負(fù)時(shí)，出口無流量。由圖中所示，彈簧剛度值越大，閥芯的運(yùn)動(dòng)幅度越小，隨動(dòng)減壓閥的工作效果越佳，達(dá)到平衡狀態(tài)所用時(shí)間越短。

模擬大深度機(jī)動(dòng)時(shí)，隨動(dòng)減壓閥從2.1MPa的進(jìn)口初始?jí)毫u變到2.5MPa，彈簧初始預(yù)緊力設(shè)定為600N，在彈簧選擇的剛度分別為50N/mm、100N/mm、150N/mm、200N/mm、250N/mm等條件下，活塞的位移如圖3曲線所示。由圖中所示，當(dāng)彈簧剛度選擇250N/mm時(shí)，閥芯的振動(dòng)幅度已達(dá)到工作的實(shí)際要求。

綜上分析，彈簧剛度選擇得越大，隨動(dòng)減壓閥工作就越穩(wěn)定，閥芯的振動(dòng)幅度值越小。

3.2 彈簧預(yù)緊力對(duì)隨動(dòng)減壓閥性能的影響分析

選取彈簧剛度為250N/mm，模擬潛深機(jī)動(dòng)，隨動(dòng)減壓閥從 0.15MPa的進(jìn)口初始?jí)毫ν蛔兊?.75MPa，彈簧初始預(yù)緊力分別設(shè)定為600N、900N、1200N、1500N等條件下，活塞的位移如圖4曲線所示。由圖4所示，彈簧初始預(yù)緊力越大，閥芯的運(yùn)動(dòng)幅度越小，到達(dá)穩(wěn)態(tài)所用的時(shí)間越短。當(dāng)初始預(yù)緊力為1500N時(shí)，閥芯振動(dòng)幅度的數(shù)值已經(jīng)變得很小。

選取彈簧剛度為250N/mm，模擬大深度機(jī)動(dòng)，隨動(dòng)減壓閥從 2.1MPa的進(jìn)口初始?jí)毫u變到2.5MPa，彈簧初始預(yù)緊力分別設(shè)定為600N、900N、1200N、1500N等條件下，活塞的位移如圖5曲線所示。由圖5所示，彈簧初始預(yù)緊力越大，閥芯的運(yùn)動(dòng)幅度越小，到達(dá)穩(wěn)態(tài)所用的時(shí)間越短。

綜上分析，彈簧剛度一定，預(yù)緊力越大，則閥芯的震蕩就越小。

3.3 隨動(dòng)閥的調(diào)節(jié)特性仿真分析

若選取彈簧的剛度為250N/mm，初始預(yù)緊力為15O0N，隨動(dòng)減壓閥的閥芯振動(dòng)幅度已滿足工作的實(shí)際要求，在此條件下對(duì)隨動(dòng)減壓閥的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行仿真和分析。仿真時(shí)，考慮到出口的流量是變化的，故針對(duì)兩個(gè)極限流量900L/s、10800L/s分別進(jìn)行仿真分析。

模擬潛深機(jī)動(dòng)，進(jìn)口壓力0.4MPa，得到壓差變化曲線如圖6所示，由曲線中可以看出，極限出口流量900L/s、10800L/s條件下，隨動(dòng)減壓閥在4秒～6秒的時(shí)間內(nèi)，就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，出口壓力調(diào)定到目標(biāo)范圍之內(nèi)。

模擬大深度機(jī)動(dòng)，進(jìn)口壓力1.8MPa，得到壓差變化曲線如圖7所示，由曲線中可以看出，極限出口流量900L/s，10800L/s工況下，隨動(dòng)減壓閥在5秒～6秒的時(shí)間內(nèi)，就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，出口壓力調(diào)定在目標(biāo)范圍之內(nèi)。

綜上分析，隨動(dòng)減壓閥在5秒左右就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，將壓力調(diào)定在目標(biāo)范圍之內(nèi)，其調(diào)節(jié)性能即可達(dá)到實(shí)際工作要求。

4 結(jié)語

為了解決潛用大深度范圍內(nèi)的隨動(dòng)減壓難題，本文研究了一種新型隨動(dòng)減壓閥，結(jié)論如下：（1）進(jìn)行了閥體和閥芯等關(guān)鍵件的強(qiáng)度校核計(jì)算，仿真計(jì)算結(jié)果滿足工作要求;（2）建立了隨動(dòng)閥的仿真數(shù)學(xué)模型，對(duì)隨動(dòng)減壓閥的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真建模，對(duì)多種方案的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)調(diào)節(jié)性能進(jìn)行了分析，結(jié)果滿足工作要求;（3）文中討論未涉及閥芯與閥座之間的硫化橡膠密封性能、閥體材料在海水中的耐腐蝕性能、材料內(nèi)部有缺陷或表面粗糙造成的點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等因素影響，在工程應(yīng)用中需考慮上述情況。

參考文獻(xiàn)

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