先導式減壓閥靜態特性

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應用案例，現在介紹先導式減壓閥靜態特性介紹了氣體先導式減壓閥的工作原理，建立了減壓閥閥芯節流數學模型，分析了減壓閥靜態特性和動態特性。
1、先導式減壓閥靜態特性概述
　　減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝置，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、城市給水管網水壓過高的區域、礦井和氣體管路等。隨著工業控制精度的提高，減壓閥的控制精度也逐步提高，要求閥后壓力穩定，過流能力大，反向壓力損失小，瞬態恢復時間短，減壓和卸壓時間短，壓力超調率低，開展減壓閥靜態和動態特性研究，有利于了解其控制能力和狀態。減壓閥的靜態和動態特性對于整個回路系統的工作狀態有明顯影響,在減壓閥設計中,應掌握其結構參數對靜動態特性的影響。通過對先導式減壓閥的建模仿真和結果分析可知,主閥閥芯阻尼孔徑、平衡彈簧預緊力、主閥閥芯直徑和導閥調節彈簧勁度系數等結構參數對其靜態特性有明顯影響作用,而影響其動態特性的結構參數主要有主閥閥芯摩擦阻尼系數、主閥閥芯質量、主閥閥芯上腔容積、主閥閥芯直徑,此外,導閥結構參數對其動態特性影響較小。通過以上影響因素分析,可為理解減壓閥的工作原理和工程設計提供指導。
2、先導式減壓閥靜態特性工作原理
　　上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,先導式減壓閥主要由閥體、主彈簧、主閥芯、主閥座、活塞、先導閥芯、先導閥座、先導活塞和調整彈簧等組成( 圖1) 。擰動調節螺釘，壓縮調整彈簧，頂開先導閥芯，介質從進口側進入活塞上方，由于活塞面積大于主閥閥芯面積，推動活塞向下移動，使主閥打開，由閥后壓力平衡調節彈簧的壓力改變導閥的開度，從而改變活塞上方的壓力，控制主閥芯的開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. 先導閥芯8. 先導閥座9. 先導活塞10. 調整彈簧圖1 先導式減壓閥減壓閥基本原理是采用氣體在管路中的節流效應而減壓。閥芯節流處方程為



3、先導式減壓閥靜態特性仿真建模
　　先導式減壓閥采用AMESim 軟件( ) 建模( 圖2) 。假設氣體為理想氣體，滿足理想氣體狀態方程。忽略減壓閥工作過程的溫度變化和節流處的阻尼，工作過程中節流處流量系數不變; 各容腔內的壓力場均勻分布，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. 調整彈簧8. 先導閥芯9. 先導活塞10. 先簧圖2 先導式減壓閥AMESim 模型

4、先導式減壓閥靜態特性特性分析
　　減壓閥的特性分靜態特性和動態特性兩種。靜態特性是指在穩定流動狀態下，減壓閥出口壓力與進口壓力或流量等參數間的函數關系。動態特性是指在進口壓力或流量突然變化或其他擾動因素的作用下，減壓閥出口壓力與時間的函數關系。
　　4.1、先導式減壓閥靜態特性靜態特性
　　靜態仿真結果如圖3 所示，P1為進口試驗壓力( P1 = 20MPa) ，P2為出口試驗數據，P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10分別為進口試驗壓力為20MPa、15 MPa 和10MPa 下的仿真出口壓力。從試驗結果分析，進口壓力為20 MPa 時，其試驗數據和仿真P2 - 20數據變化
　　趨勢基本相同，初始階段出口壓力快速上升。經過適當振蕩后壓力逐漸穩定，超調量較小僅為3%，終試驗數據穩定在4. 35 MPa，P2 - 20穩定在4.25MPa，兩者有一定差異，但在可接受范圍內，模型較準確。利用模型仿真的進口壓力15 MPa 和10MPa下出口壓力的變化情況，對比P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10曲線可以發現，三條曲線變化趨勢相同。在穩定階段壓力波動狀態*一致，在不同壓力下出口壓力也不相同，進口壓力越小則出口壓力也越小，但比進口壓力減小比例小，即出口壓力變化小，符合減壓閥設計要求。



1. P1———進口試驗數據
2. P2———出口試驗數據
3. P2 - 20———仿真進口壓力為20MPa 時的出口數據
4. P2 - 15———仿真進口壓力為15MPa 時的出口數據
5. P2 - 10———仿真進口壓力為10MPa 時的出口數
圖3 進口壓力和出口壓力的試驗和仿真數據
　　4.2、先導式減壓閥靜態特性動態特性
　　根據靜態特性分析，對模型進行了優化處理，首先模型中增加了彈性元件的總剛度Kt以提高活動系統的固有頻率，提高抗干擾能力，其次減小了模型中活動件質量，活動件質量越小，運動時慣性力越小，這樣較小的阻尼力就可抑制系統的自激振蕩。


5、先導式減壓閥靜態特性結語
　　利用AMESim 軟件建立仿真模型分析先導式減壓閥靜態和動態特性過程中，可以通過優化模型結構，獲得需要的閥門性能，縮短了閥門研發周期，節約了設計制造成本。與本產品相關論文禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護