反向式氣體FESTO減壓閥靜態(tài)特性仿真分析

　　反向式氣體FESTO減壓閥靜態(tài)特性仿真分析

　　FESTO減壓閥結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到平衡所用時間少；平衡式減壓閥進口壓力波動不影響出口壓力，穩(wěn)壓精度高。

　　FESTO減壓閥是通過自身的節(jié)流效應，將進口壓力降至某一個需要的出口壓力，且能在進口壓力和流量變化時，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而引起輸出壓力的波動)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)是減壓閥的兩個重要特性。減壓閥的結構直接影響這兩個特性，從而影響穩(wěn)定精度。

　　1、背壓式減壓閥模型建立

　　1.1、背壓式結構分析

　　FESTO減壓閥的原理結構見圖1。閥體主要構成部件包括調(diào)壓彈簧、彈簧座、膜片、閥芯、復位彈簧。p1為輸入壓力，p2為輸出壓力。高壓氣體通過閥門經(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。當進入減壓閥的壓力和流量發(fā)生變化時或輸出氣體壓力和流量發(fā)生變化時，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。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。

　　背壓式氣動減壓閥結構

　　FESTO減壓閥結構

　　4、結論

　　(1)對背壓式與平衡式氣動減壓閥進行結構分析，并利用AMESim軟件對背壓式與平衡式氣動減壓閥進行了建模和仿真，避免了繁瑣的流體計算和大量的測試實驗，顯示出AMESim 軟件是一個直觀、方便、高效的動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真分析工具。

　　并通過FESTO減壓閥性能試驗進行驗證，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)部運動系統(tǒng)的受力平衡，自動維持出口壓力的相對穩(wěn)定，即當氣源壓力和輸出流量發(fā)生變化時，仍可以向下游用氣設備提供穩(wěn)定的壓力值，因此，減壓閥性能及可靠性對完成發(fā)射任務有直接的影響。本文應用AMESim 軟件建立仿真模型進行靜態(tài)特性分析，并進行了試驗驗證，為設計改進或重新設計提供方向和技術依據(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) 。當氣體經(jīng)過減壓閥時，入口壓力P1進入高壓腔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)過閥座與減壓閥瓣的環(huán)形通道時，受到了第二次節(jié)流，壓力降至P2，進入低壓腔V2，以質(zhì)量流量Q 輸出。

　　FESTO減壓閥在設定充氣壓力Pt0之后，打開減壓閥的出口，以流量Q 輸出時，減壓閥開啟瞬間，出口壓力P2降低，氣簧腔內(nèi)壓力Pt > P2，推動減壓閥瓣向上運動，減壓閥開啟高度增大，出口壓力P2上升。當P2到達某一值時，閥體內(nèi)部副彈簧的作用力、減壓閥瓣的氣動力和敏感活塞的氣動力等與氣簧力的作用力相平衡，此時減壓閥處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。當入口壓力P1下降時，減小了減壓閥瓣上部的高壓氣動力和閥瓣的流量，使敏感活塞上部出口壓力P2亦下降，減小了該活塞的氣動力。

　　由于以上兩種氣動力的減小，使氣簧向上推動敏感活塞，加大減壓閥瓣的開啟高度，增加該閥瓣流量，恢復出口壓力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力，使敏感活塞向上推動減壓閥瓣，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械負反饋作用，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)定流動狀態(tài)下，當進口壓力或出口流量發(fā)生變化時，出口壓力相應產(chǎn)生變化，這種出口的壓力隨進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、結語

　　FESTO減壓閥軟件對反向式減壓閥的靜態(tài)特性進行了仿真分析，并與試驗結果進行了比對，驗證了數(shù)學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。通過分析主要參數(shù)對減壓閥靜態(tài)特性的影響，并給出了優(yōu)化設計的思路，對減壓閥產(chǎn)品研制具有一定的指導意義。