基于AMESim潛用隨動減壓閥建模與仿真

匡建平　孫偉

摘要：目的：研究隨動減壓閥結構參數和控制參數的優化設計。方法：利用AMESim仿真軟件對隨動減壓閥進行建模與仿真。結果：仿真結果驗證了所建模型的正確性。結論：阻尼孔的面積大小直接影響隨動減壓閥的性能，阻尼孔直徑越小，隨動減壓閥響應時間越長，但工作越穩定;隨動減壓閥彈簧的剛度和預緊力是制約閥芯振動的主要因素，剛度和預緊力越大，效果越佳。

關鍵詞：AMESim;隨動減壓閥;建模與仿真

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0097-03

0 引言

隨動減壓是潛用閥門工程的技術難點，尤其是大深度范圍內的隨動減壓技術，由于其結構復雜，涉及到的技術領域廣，對其研究的信息暫未見公開報道[1]。在某工程試驗中，現有的潛用標準減壓閥不能滿足要求，為了解決此問題，本文提出一種隨動減壓閥的設計方案，研究了其結構及工作原理，利用AMESim仿真軟件對隨動減壓閥進行建模與仿真，結果驗證了模型的正確性，為隨動減壓閥結構和控制的設計提供借鑒思路[2]。

1 控制原理與設計方案

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

3 仿真結果及分析

3.1 彈簧剛度對隨動減壓閥性能的影響分析

模擬潛深機動時，隨動減壓閥從O.15MPa的進口初始壓力突變到0.75MPa，彈簧初始預緊力設定為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。活塞位移為正時，出口流量為正，活塞位移為負時，出口無流量。由圖中所示，彈簧剛度值越大，閥芯的運動幅度越小，隨動減壓閥的工作效果越佳，達到平衡狀態所用時間越短。

模擬大深度機動時，隨動減壓閥從2.1MPa的進口初始壓力漸變到2.5MPa，彈簧初始預緊力設定為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，當彈簧剛度選擇250N/mm時，閥芯的振動幅度已達到工作的實際要求。

綜上分析，彈簧剛度選擇得越大，隨動減壓閥工作就越穩定，閥芯的振動幅度值越小。

3.2 彈簧預緊力對隨動減壓閥性能的影響分析

選取彈簧剛度為250N/mm，模擬潛深機動，隨動減壓閥從 0.15MPa的進口初始壓力突變到0.75MPa，彈簧初始預緊力分別設定為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，彈簧初始預緊力越大，閥芯的運動幅度越小，到達穩態所用的時間越短。當初始預緊力為1500N時，閥芯振動幅度的數值已經變得很小。

選取彈簧剛度為250N/mm，模擬大深度機動，隨動減壓閥從 2.1MPa的進口初始壓力漸變到2.5MPa，彈簧初始預緊力分別設定為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，彈簧初始預緊力越大，閥芯的運動幅度越小，到達穩態所用的時間越短。

綜上分析，彈簧剛度一定，預緊力越大，則閥芯的震蕩就越小。

3.3 隨動閥的調節特性仿真分析

若選取彈簧的剛度為250N/mm，初始預緊力為15O0N，隨動減壓閥的閥芯振動幅度已滿足工作的實際要求，在此條件下對隨動減壓閥的調節特性進行仿真和分析。仿真時，考慮到出口的流量是變化的，故針對兩個極限流量900L/s、10800L/s分別進行仿真分析。

模擬潛深機動，進口壓力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，隨動減壓閥在4秒～6秒的時間內，就達到穩定狀態，出口壓力調定到目標范圍之內。

模擬大深度機動，進口壓力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，隨動減壓閥在5秒～6秒的時間內，就達到穩定狀態，出口壓力調定在目標范圍之內。

綜上分析，隨動減壓閥在5秒左右就能達到穩定狀態，將壓力調定在目標范圍之內，其調節性能即可達到實際工作要求。

4 結語

為了解決潛用大深度范圍內的隨動減壓難題，本文研究了一種新型隨動減壓閥，結論如下：（1）進行了閥體和閥芯等關鍵件的強度校核計算，仿真計算結果滿足工作要求;（2）建立了隨動閥的仿真數學模型，對隨動減壓閥的主要結構進行了仿真建模，對多種方案的動態與靜態性能進行了仿真分析，并對調節性能進行了分析，結果滿足工作要求;（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、材料內部有缺陷或表面粗糙造成的點腐蝕和縫隙腐蝕等因素影響，在工程應用中需考慮上述情況。

參考文獻

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