开关先导型超高压气动减压阀原理与特性研究(2)

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浙

江大

学统压力从４０ＭＰａ一次性降到０．２ＭＰａ；宁波星箭

航天机械厂也有４０ＭＰａ的减压产品．但是，这些减

压装置均是手动控制，调节繁琐且不利于自动控制和远程控制．目前，在航空航天等超高压自动化配气和控制应用中对电子自动控制的超高压减压阀有着迫切的需求．浙江大学近年来在超高压气动方向作了大量工作，已经成功研发了超高压气动比例减压阀『３］．本文没计了一种新型超高压气动减压阀，通过两个先导开关阀控制先导气流，先导气流由主阀入口取得，流经调压腔，排人大气．从而通过控制调压腔的压力达到控制出口压力的目的．１

气动减压阀的组成与工作原理

本文设计的减压阀结构如图１．阀按照功能可

以分为主阀部分和先导部分．主阀部分采用活塞结构，先导部分由两个开关阀构成．

主阀级部分是一个活塞结构．主阀阀芯的位置决定主阀开口．主阀阀芯、主阀芯推杆和活塞在工作状态始终紧贴，它们在进气腔、反馈腔、排气腔和调压腔的压力和主阀弹簧的共同作用下处于一个合适的位置，从而得到一个所需的出口压力．主阀阀芯和主阀芯推杆上端中心均开有细长孔，连通排气腔和压力反馈腔，使得两腔的压力相等，部分平衡主阀芯两端所受的压力，同时具有对主阀阀芯缓冲减振

的功能．

先导级部分主要由进气先导开关阀、进气气阻、排气先导开关阀和排气气阻构成．两个开关阀的

１一调压腔；２－进气气阻；３－进气先导开关阀；４－排气腔；５一进气腔；６－反馈腔；７－主阀阀芯；８一主阀芯推杆；９－活塞；

１０一排气先导开关阀；１１一排气气阻

图１减压阀结构原理图

Ｆｉｇ．１

Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆ

ｐｎｅｕｍａｔｉｃｅｘｔｒａ—ｈｉｇｈ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｒｅｄｕｃｉｎｇｖａｌｖｅ

万　

方数据学报（工学版）

第４２卷

响应快，并且具有自密封功能，在减压阀稳态工作的情况下，两个开关阀可以完全关闭．该先导结构的一个优点是不需要损失先导气流，从而具有节能效果．

主阀输出压力的凋定通过调节调压腔１的压力

来实现．调节调压腔的压力，改变气动活塞的受力状况，产生相应的位移从而改变主阀的开度，达到调节输出压力的目的．调压腔的压力则通过两个开关阀的开关进行调定．先导级进气引自进气腔，通过进气先导开关阀，进入调压腔；若调压腔压力偏大，则通过排气先导开关阀，将调压腔内气体排至大气．输出压力与设定压力的偏差由内置压力传感器检测，经控制器控制两个先导开关阀的开关，调节流入调压腔的气体流量，从而达到调节调压腔压力的目的，在稳态工作时可同时关断两先导开关阀，使调压

腔压力保持稳定．

气动减压阀的数学模型‘３。７］

超高压气动减压阀系统是一个典型的非线性系统，其气体流动状态是一个变质量系统的热力学过程，很难进行直接计算．因此，为了便于分析，利用Ｍａｔｌａｂ软件进行仿真，结合文献Ｅ３］，在建模时进行了一些简化约定：

１）阀的工作气体为理想性气体，气体在阀口或

是节流口等处的流动为绝热等熵流动；

２）各腔体内的温度场和压力场均匀分布，阀体的换热性能良好，各腔体的温度与环境温度相同；

３）不计密封比压及密封不良造成的气体泄漏，

当阀芯位移３，＝０时，质量流量ｑ。一ｏ；

４）不考虑引力场的影响．２．１各阀口的流量方程

气体在各个阀口的流动均视为气体等熵通过收缩喷嘴的过程，根据气体等熵通过收缩喷嘴的质量

流量公式如下：

ｆＡＣｄ居磊磁Ｆ丽，

ｑ。＝｛（Ｐ／Ｐ。）≥Ｍｏ；

ＩＡＣｄ，ｆｌｙＰ。ｐｏ（１＋宇）”１，（ｐ／ｐ。）＜Ｍｏ．

（１）

式中：ｙ为比热容比，Ｐ为出口背压，ｍ为滞止密度，一

Ｐ。为滞止压力，Ａ为管道通流截面积，Ｃ。为流量系数，临界压比Ｍｏ一０．５２８．

２．２通过管路连接的各腔体之间的流量方程

通过管路连接的两腔间的质量流量为

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