反向式气体减压阀静态特性仿真分析
逆向式氧气减压器的性能分析与仿真
( P in - P out ) fh + ( P out - P en ) fm + ( kh Lh 0 - k tL t0 )
,
则式 ( 5 ) 可以转换成 : L + AL + BL + K = 0
2
( 6)
式 ( 6 ) 是一个二次微分方程 , 令 A = 2n, B = k , 在此系 统的 微分方程中 , k为系统的固有频 率 , n 为系统的阻尼系数。
[ 3]
压力与入口压力、 流量 及减 压器结 构参 数间的 相互 关系 , 包 括压力特性和 流量特性两部分 , 它专门 研究入口压 力和流量 变化对输出压 力的影响。 4. 1 压力特性仿真结果及分析 在输出流 量 G 为定值的情况下 , 输出压力与输 入压力之 间的函数 关系 , 称之 为减压 器的压 力特性。 图 2 就是 减压器 压力特性的仿 真结果。 在假定飞 机座舱高度不变的情 况下 , 如图 2 所示 , 当减 , 压器入口流量 为不同值时 , 减压器 入口压 力由 3M Pa 逐渐增 大到 16 M P a时 , 输出 压力 逐渐 减小 , 但均 保持 在 0. 44 ~ 0. 64M Pa 之 间 , 符 合 该 减 压 器 的 实 际 使 用 技 术 要 求 ( 0.
1 引言
氧气减压器是利用节流原 理工作的部件 , 主要 功用就是 使来自氧源的变化 范围 较大的 氧气 压力降 低到 氧气调 节器 所需 要 的 入 口 压 力 , 并 使 压 力 稳 定 在 较 小 的 变 动 范 围 内
[ 1- 2]
氧气减压 器尺寸小 , 零部件多。传 统的氧气减 压器设计 生产过程需要 经过大量 试验 , 不 断优选 各个 部件 , 然 而这些 部件又是相互 关联的 , 改变 了其 中之一 , 对 其它 部分 的性能 也会有影响 , 这样 , 在试 验过程 中就 耗费了 大量 的时 间和人 力物力。本文通过 对氧 气减压 器的 结构和 工作 原理 进行细 致的分析 , 建立了减 压器的 数学 模型 , 通过 四阶 龙格 库塔法 对其进行了数 值仿真 , 在仿真过程中找 到了影响减 压器性能 的关键因素 ) ) ) 阻尼系数 , 并揭示了其 与减压器结 构参数之 间的一些关系 , 对减压器的设计和改进 工作具有很 好的参考 作用。
逆向式氧气减压器的性能分析与仿真
型。为保证模璎正确性及系统的精度，采用四阶龙格库塔法进行数值仿真，从理论分析和仿真结果两方面综合分析了减压
器的稳态特性和动态特性，可有效减少试验项目，缩短减压器设计和改进的时间。在数值仿真过程中，从入口压力和流量的
变化上，分析对减压器出口压力的影响，进一步找到了影响减压器动态特性的关键因素（阻尼系数）。结果显示了当阻尼系
统的微分方程中，ｋ为系统的固有频率，ｎ为系统的阻尼系数。
３ 氧气减压器系统仿真模型
在对氧气减压器系统进行仿真前，首先要对其进行如下
假设： １）气体为理想气体，满足理想气体状态方程；
２）忽略减压器工作过程中的温度变化；
３）工作过程中减压器节流处流量系数不变； ４）各容腔内的压力场分布均匀； ５）忽略管道压力损失；
压力与入口压力、流量及减压器结构参数间的相互关系，包 括压力特性和流量特性两部分，它专门研究入口压力和流量 变化对输出压力的影响。 ４．１ 压力特性仿真结果及分析
在输出流量Ｇ为定值的情况下，输出压力与输入压力之 间的函数关系，称之为减压器的压力特性。图２就是减压器 压力特性的仿真结果。
在假定飞机座舱高度不变的情况下，如图２所示，当减 压器入口流量为不同值时，减压器入口压力由３ＭＰａ逐渐增 大到１６ＭＰａ时，输出压力逐渐减小，但均保持在０．４４—０． ６４ＭＰａ之间，符合该减压器的实际使用技术要求（０． ６＋＿００．２２ＭＰａ）。
ｍａｔｈ－
ｅｍａｆｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅ，ｇｅｌｓｅ—ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｗｈｉｃｈ Ｗａｇ ａ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｄａｔｉｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆ ｏｓｓ）
ｗｅｒｏ ｂｕｉｌｔ．Ｆｏｕｒ—ｓｔｅｐ Ｒｕｎｇｅ—Ｋｕｔｔａ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｇ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ
氧气呼吸器用减压阀静态性能研究
口腔压力将达到新的平衡状态 。
２ 模 型 建 立
２ ． １ 模 型 条 件 假设 （ １ ） 工 作 气 体 为理 想 气 体 ， 满足理想气体状态方程 。 （ ２ ） 气 体 在 阀座 节 流 处 和 出 口定 径 孔 处 的 流 动 均 为
等熵过程 。
关键 词 ： 氧 气呼 吸 器 ；减 压 阀 ；出 口压 力 ；出 口流 量
消 防 设 务 研究
氧气 呼吸器用 减压 阀静 态性能研究
陈于金 。张祖敬
（ 中煤 科 工集 团重庆研 究院 ， 重庆 ４ ０ ４ １ ０ ０ ）
摘 要： 介 绍氧 气呼吸 器用减压 阀的结构和 工作 过程 ， 对
出 口压 力 将 有 小 幅 波 动 ， 处于一种动态平衡状态 ； 由 于 出
力， 与Ｆ 是 一对 作 用 力 与 反 作 用 力 。
其活动组件 的 受力 进行 分析 ， 并 建立 减 压 阀数 学模 型 ， 利用 ＭＡＴＬ ＡＢ仿 真 对 减 压 阀 的 静 态 特 性 进 行 研 究 ， 分析 减压 阀 内
口流量消耗 ， 入 口压 力将 下降 ， 人 口流 量减小 ， 出 口腔 与
阻尼腔压力减小 ， 阀杆所受 合力 向下 ， 阀芯开度 变大 ， 出
Ｆ。 一忌（ ｚ＋ ６ ）
Ｆ 一 Ｐ２ Ｓ
笔者通过对 氧气 呼吸器用柱塞式减压 阀的静态 特性
进行研究 ， 分 析 减 压 阀 的 主要 结 构 参 数 对 减 压 阀 静 态 特 性 的影 响 ， 为其 结 构 设 计 优 化 提供 理论 依 据 。
１ 减 压 阀 的 工 作原 理
部结构参数（ 活门直径、 弹 簧 刚 度 和 阀杆 底 面 积 ） 对 减 压 阀 稳 定 性的影响规律。结果表明 ： 减 压 阀 的 出 口压 力 随 着 流 量 的 增 大
反比例阀的特性建模与仿真
反比例阀的特性建模与仿真摘要：具有反比例控制功能的阀控制稳定，在压缩机上应用广泛，本文通过对具有反比例控制功能的新型气动压力阀进出口压力的研究，建立数学模型，得出其具有反比例控制功能特性，在此基础上应用仿真软件得出反比例控制特性曲线。
关键词: 反比例阀；特性仿真；反比例控制1.引言新型气动压力控制阀,在中低压范围内具有出口压力随输入压力的增大而降低的反比例控制功能和优良的抗干扰能力,可应用于需反比例和压力稳定等功能的气动压力控制场合。
该阀如应用于空气压缩机系统可以根据不断变化的运行情况，自动调节机组的负荷与外部消耗的一致，从而实现空气压缩机节能和延长使用寿命的目的。
2. 反比例阀结构原理图1 反比例阀的结构示意图如图1所示：--进气口，---大弹簧预紧力，---出气口，---小弹簧预紧力（1）当进气口的压力P1的压力小于预紧力W1, 那么P1无法将垫片顶起来, 因此当P1增大时P2也随之增大，起到正比例的作用;（2）当进气口P1的压力达到PM时, 垫片随压力的增大上升, 因在复位弹簧的作用下将锥体上顶而减小节流口的面积,从而使P2随P1的增大而减小;（1）（2）因为A1，A2，D1，D2是阀结构参数, 所以设（3）（4）（5）得到:（6）即：因为W1，W2基本上变化很小得到的W3可以看作一个定值，所以当P1增大时P2减小，起到反比例的作用;（3）当P1达到P时, 复位弹簧将锥体上顶使节流口完全堵死, 气体只能从旁边的孔出去, 因此P2为零。
（4）通过调节微调旋纽2可以调节弹簧的预紧力，从而调节工作压力范围。
3．动态特性（1）通过排空口的流量为（7）（8）（2）流过伺服汽缸流量为（9）（10）其中---伺服汽缸活塞位移---进入伺服汽缸的压力---伺服汽缸活塞的有效作用面积（3）进入反比例阀的流量为（11）（12）4.弹簧膜片的力平衡方程（13）其中---阻尼系数---弹簧刚度-------库仑摩擦及干扰力和弹簧预紧力之和5.阀芯的力平衡方程图2阀芯受力分析图（1）阀芯的形状为锥形则阀开口面积与筏芯运动位移之间的关系（正比例调节时）（14）式中：（2）当阀处于反比例调节阶段时（15）正比例时，阀从右向左移动，即从小弹簧被压缩的最大量至阀完全关闭这一行程。
《先导式比例减压阀的仿真与试验研究》
《先导式比例减压阀的仿真与试验研究》篇一一、引言先导式比例减压阀作为一种重要的流体控制元件，在工业自动化和机械制造等领域具有广泛的应用。
它具有调节压力稳定、反应迅速等特点，其性能的优劣直接关系到系统运行的可靠性和稳定性。
因此，对先导式比例减压阀的仿真与试验研究具有重要意义。
本文将通过对先导式比例减压阀的仿真与试验研究，深入探讨其工作原理和性能特点。
二、先导式比例减压阀的工作原理先导式比例减压阀的工作原理主要是基于先导向和减压阀的结合，其通过内部的控制元件，根据外部的信号和压力变化来调节阀门的开度，从而达到调节压力的目的。
这种阀具有响应速度快、调节范围广、稳定性好等特点。
三、仿真研究1. 仿真模型的建立在仿真研究中，我们首先需要建立先导式比例减压阀的数学模型。
该模型应能准确反映阀门的动态特性和静态特性，包括阀门的开启和关闭过程、压力变化等。
同时，还需要考虑外部信号对阀门的影响以及流体的物理性质等因素。
2. 仿真实验与分析通过建立仿真模型，我们可以对先导式比例减压阀进行一系列的仿真实验。
这些实验包括对不同输入信号下的阀门响应、不同压力下的阀门调节等。
通过分析仿真结果，我们可以了解阀门的工作原理和性能特点，为后续的试验研究提供理论依据。
四、试验研究1. 试验装置与材料为了进行试验研究，我们首先需要搭建试验装置，并准备相应的试验材料。
试验装置包括阀门本体、控制系统、测量系统等部分。
同时，我们还需要选择合适的试验流体，以满足试验的要求。
2. 试验方法与步骤在试验中，我们首先需要对阀门进行基本的性能测试，如静态特性测试和动态特性测试等。
然后，我们可以根据不同的输入信号和压力变化进行阀门响应测试，观察和分析阀门的工作状态和性能特点。
同时，我们还需要记录相关的试验数据，以便后续的分析和比较。
3. 试验结果与分析通过试验研究，我们可以得到先导式比例减压阀的实际工作数据和性能参数。
将这些数据与仿真结果进行比较和分析，可以验证仿真模型的准确性，并进一步了解阀门的工作原理和性能特点。
基于AMESim的气动减压阀建模与仿真分析
压缩空气在减压阀腔室内作一维定常流动的特性 可 由 ４ 个 基 本 方 程 即 连 续 性 方 程 、动 量 方 程 、能 量 方 程 （伯 努 利 方 程 ）和 状 态 方 程 来 描 述 ［４］。
收 稿 日 期 ：２０１７０９２５； 修 订 日 期 ：２０１８０１２５ 作者简介：贾一平 （１９９３），男，山西朔州人，在读硕士研究生，研究方向：机车车辆制动系统研究。
为气体的密度和平均流速；犃 为管道的截面积。
（２）动量方程：气体在管内 作定常 流动时，各 动 量
之间遵循如下方程：
ｄ（狌２／２）＋
（１／ρ）ｄ狆＋
（λ 犫
·狌２ 犫
）ｄ狓＝０
．
（３）
其中：λ 为 管 道 中 的 摩 擦 因 数；犫 为 管 道 内 径；ｄ狓 为 横 向截取的微分单元。
图１为 ＤＥＰＩ型 减 压阀的结构简 图，其 主 要 由 调 节 弹 簧 、复 位 弹 簧 、弹 性 垫 片 、反 馈 腔 、阀 芯 和 阀 座 等 零 件组成。开始工作时，减 压 阀 调 节 弹 簧 ６ 的 纵 向 弹 簧 力经推杆以及 运 动 元 件 传 递 到 弹 性 垫 片 ３，阀 芯 因 受 平衡力的作用致使阀 口 呈 开 启 状 态，此 时 减 压 阀 进 口 处气体经进气口１０ 后 流 经 阀 口，由 于 阀 口 开 度 较 小， 气 体 流 经 阀 口 时 产 生 撞 击 、摩 擦 和 涡 流 ，损 失 一 部 分 气
大流量安全阀静、动态特性的仿真研究
大流量安全阀静、动态特性的仿真研究杨国来;刘毅;赵雪阳;徐美林;方春晖【摘要】以一种新型大流量安全阀为研究对象,分析其结构,利用FLUENT软件进行流场仿真分析.依据安全阀在立柱系统中的工作原理,采用AMESim液压元件设计库,建立安全阀的模型并进行仿真,得出安全阀在溢流卸载过程中的阀芯位移曲线.从仿真结果看出,适当增加溢流孔个数有利于安全阀工作状态的稳定,为液压支架用大流量安全阎的设计提供了借鉴.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P57-60)【关键词】安全阀;FLUENT;静态特性;AMESim;动态特性;仿真【作者】杨国来;刘毅;赵雪阳;徐美林;方春晖【作者单位】兰州理工大学能动学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学温州泵阀研究院,浙江温州325105;兰州理工大学能动学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学温州泵阀研究院,浙江温州325105;兰州理工大学能动学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能动学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137安全阀作为保证煤矿安全生产的重要元件，在顶板受压时，为避免由于液压支架快速下沉而造成立柱压弯、压粗、爆裂及顶梁和底座箱等焊接构件开焊、断裂起着过载保护的作用。
安全阀应具有良好的静态性能和动态性能，即当支架顶板缓慢下沉时，保证液压支架具有良好的恒阻性；当顶板突然受压时，能够快速开起溢流进行卸载。
液压支架大流量安全阀的工作状态是一个瞬变的过程，因此，动态性能的优劣是能否实现有效冲击过载保护的关键。
本文以一种新型大流量安全阀为研究对象，分析其结构，利用FLUENT软件进行流场分析，依据安全阀在立柱系统中的工作原理，利用AMESim的液压元件设计库，建立安全阀模型并进行仿真，得出安全阀在溢流卸载过程中的阀芯位移曲线。
从仿真结果可以看出，适当增加溢流孔个数，有利于安全阀工作状态的稳定，为液压支架用大流量安全阀的设计提供了借鉴［1］。
基于AMESim减压阀动态特性仿真与试验研究
基于AMESim减压阀动态特性仿真与试验研究滕浩;石玉鹏;张亮;臧辉【摘要】为解决运载火箭高压小流量减压阀在低温-40℃下出现出口压力剧烈波动及起动段压力长时间下降的问题,对减压阀进行了动态仿真和试验研究.建立了仿真数学模型,用AMESim工具仿真减压阀的压力、阀芯位移动态特性,结果与试验数据基本一致.研究表明起动段压力长时间下降及压力爬行是因摩擦力所致.改进的高压密封结构,消除了减压阀低温条件下出口压力的剧烈波动.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2015(032)001【总页数】7页(P48-53,67)【关键词】减压阀;动态特性;泄漏;摩擦力【作者】滕浩;石玉鹏;张亮;臧辉【作者单位】上海宇航系统工程研究所,上海201109;上海宇航系统工程研究所,上海201109;上海宇航系统工程研究所,上海201109;上海宇航系统工程研究所,上海201109【正文语种】中文【中图分类】V434.230 引言减压阀是运载火箭氦增压系统中的关键单机。
在减压阀研制过程中，出现了－40℃低温条件下出口压力剧烈振荡以及启动段压力长时间下降的问题。
出口压力的剧烈振荡会影响增压输送系统增压，严重时可导致火箭发射失败。
文献［1］对大流量减压阀在增压过程中出现的压力剧烈振荡问题建立了非稳态模型并进行数值计算，研究了减压阀的振荡特性。
文献［2］针对高压气动减压阀，建立了考虑泄漏影响的数学模型，分析了泄漏对减压阀压力响应的影响。
文献［3］将摩擦力等非线性因素引入减压阀动态特性分析中，建立了气体减压阀动态数学模型，分析了摩擦力的存在对阀芯迟滞效应的影响。
这些研究主要针对减压阀起动及稳态工作特性的分析，但对因变流量泄漏及摩擦力的存在对整个增压过程压力振荡的动态分析较少涉及。
本文考虑减压阀工作过程中存在摩擦力、泄漏、阻尼、起动冲击、负载突变等影响减压阀动态性能的因素，对减压阀的动态响应特性进行了研究。
1 减压阀结构原理减压阀结构如图1所示。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
反向式气体减压阀静态特性仿真分析
采用AMESim 软件进行了反向式减压阀静态特性研究。
分析了改变设计流量Q、刀锋直径d、敏感活塞面积Am 和弹簧有效刚度Ke 等参数对反向减压阀静态特性的影响，并通过减压阀性能试验进行验证，为减压阀研制提供了
合理可行的理论依据。
1、概述
在航天领域地面供配气系统和设备中，气体减压阀是重要元件之一。
减
压阀的主要作用是降低气源压力，并依靠气体本身的能量转换和减压阀内部运
动系统的受力平衡，自动维持出口压力的相对稳定，即当气源压力和输出流量
发生变化时，仍可以向下游用气设备提供稳定的压力值，因此，减压阀性能及
可靠性对完成发射任务有直接的影响。
本文应用AMESim 软件建立仿真模型进行静态特性分析，并进行了试验验证，为设计改进或重新设计提供方向和技术
依据，而且也为现有各种减压阀的性能分析提供参考。
2、工作原理及静态特性
以某反向式减压阀为例(在设定充气压力Pt0 之后，打开减压阀的出口，
以流量Q 输出时，减压阀开启瞬间，出口压力P2 降低，气簧腔内压力Pt P2，推动减压阀瓣向上运动，减压阀开启高度增大，出口压力P2 上升。
当P2 到达某一值时，阀体内部副弹簧的作用力、减压阀瓣的气动力和敏感活塞的气
动力等与气簧力的作用力相平衡，此时减压阀处于稳定工作状态。
当入口压力
P1 下降时，减小了减压阀瓣上部的高压气动力和阀瓣的流量，使敏感活塞上部出口压力P2 亦下降，减小了该活塞的气动力。
由于以上两种气动力的减小，使气簧向上推动敏感活塞，加大减压阀瓣。