氣體先導(dǎo)式減壓閥概述
上海申弘閥門有限公司
介紹了氣體先導(dǎo)式減壓閥的工作原理，建立了減壓閥閥芯節(jié)流數(shù)學(xué)模型，分析了減壓閥靜態(tài)特性和動態(tài)特性。按結(jié)構(gòu)形式可分為膜片式、彈簧薄膜式、活塞式、杠桿式和波紋管式；按閥座數(shù)目可人為單座式和雙座式；按閥瓣的位置不同可分為正作用式和反作用式自力式減壓閥的工作由閥后壓力進(jìn)行控制。當(dāng)壓力感應(yīng)器檢測到閥門壓力指示升高時(shí)，減壓閥閥門開度減小；當(dāng)檢測到減壓閥后壓力減小，減壓閥閥門開度增大，以滿足控制要求。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。先導(dǎo)式減壓閥——該閥門的減壓比必須在一定程度上高于系統(tǒng)值；即使在大或者小流量時(shí)它也應(yīng)該能夠?qū)φ饔没蛘叻醋饔每刂菩盘栕龀鲰憫?yīng)。這些閥門應(yīng)該針對有用控制范圍選擇，即大流量的20%到80%。正常為等比型或者具有等比特性。這些類型的閥門本身具有比例控制所要求的*流量特性及流量范圍。減壓閥的種類很多，常見的有：先導(dǎo)活塞式減壓閥、薄膜式減壓閥、波紋管式減壓閥、比例式減壓閥、自力式減壓閥、直接作用自力式減壓閥、背壓調(diào)節(jié)閥等等。它們分別適用于不同的工作介質(zhì)。不同的形式有不同的具體工作原理。但總的原理還是：減壓閥是通過啟閉件的節(jié)流，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并使出口壓力保持穩(wěn)定。但一般減壓閥都要求進(jìn)出口壓差必須≥0.2Mpa。
A,先導(dǎo)式減壓閥產(chǎn)品介紹:
用途和主要性能：本閥適用于水、蒸汽、空氣介質(zhì)管路上，通過調(diào)節(jié)使進(jìn)口壓力降低至某一需要的出口壓力，當(dāng)進(jìn)口壓力與流量有變化時(shí)，靠介質(zhì)本身的能量自動保持出口壓力在一定范圍內(nèi)，但進(jìn)口壓力和出口壓力之差必須≥0.2MPA/CM
1、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(wǎng)水壓過高的區(qū)域、礦井和氣體管路等。隨著工業(yè)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(wěn)定，過流能力大，反向壓力損失小，瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間短，減壓和卸壓時(shí)間短，壓力超調(diào)率低，開展減壓閥靜態(tài)和動態(tài)特性研究，有利于了解其控制能力和狀態(tài)。
2、工作原理
先導(dǎo)式減壓閥主要由閥體、主彈簧、主閥芯、主閥座、活塞、簧、先導(dǎo)閥芯、先導(dǎo)閥座、先導(dǎo)活塞和調(diào)整彈簧等組成( 圖1) 。擰動調(diào)節(jié)螺釘，壓縮調(diào)整彈簧，頂開先導(dǎo)閥芯，介質(zhì)從進(jìn)口側(cè)進(jìn)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(diào)節(jié)彈簧的壓力改變導(dǎo)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(dǎo)閥芯8. 先導(dǎo)閥座9. 先導(dǎo)活塞10. 調(diào)整彈簧
圖1 先導(dǎo)式減壓閥
減壓閥基本原理是采用氣體在管路中的節(jié)流效應(yīng)而減壓。閥芯節(jié)流處方程為
3、仿真建模
先導(dǎo)式減壓閥采用AMESim 軟件( Advanced Modeling Environment for Performing Simulations of Engineering System) 建模( 圖2) 。假設(shè)氣體為理想氣體，滿足理想氣體狀態(tài)方程。忽略減壓閥工作過程的溫度變化和節(jié)流處的阻尼，工作過程中節(jié)流處流量系數(shù)不變; 各容腔內(nèi)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(diào)整彈簧8. 先導(dǎo)閥芯9. 先導(dǎo)活塞10. 簧
圖2 先導(dǎo)式減壓閥AMESim 模型
4、特性分析
減壓閥的特性分靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩種。靜態(tài)特性是指在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，減壓閥出口壓力與進(jìn)口壓力或流量等參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。動態(tài)特性是指在進(jìn)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(shí)間的函數(shù)關(guān)系。
4.1、靜態(tài)特性
靜態(tài)仿真結(jié)果如圖3 所示，P1為進(jìn)口試驗(yàn)壓力( P1 = 20MPa) ，P2為出口試驗(yàn)數(shù)據(jù)，P2 - 20、P2 - 15和P2 - 10分別為進(jìn)口試驗(yàn)壓力為20MPa、15 MPa 和10MPa 下的仿真出口壓力。從試驗(yàn)結(jié)果分析，進(jìn)口壓力為20 MPa 時(shí)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真P2 - 20數(shù)據(jù)變化
趨勢基本相同，初始階段出口壓力快速上升。經(jīng)過適當(dāng)振蕩后壓力逐漸穩(wěn)定，超調(diào)量較小僅為3%，終試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定在4. 35 MPa，P2 - 20穩(wěn)定在4.25MPa，兩者有一定差異，但在可接受范圍內(nèi)，模型較準(zhǔn)確。利用模型仿真的進(jìn)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(fā)現(xiàn)，三條曲線變化趨勢相同。在穩(wěn)定階段壓力波動狀態(tài)*一致，在不同壓力下出口壓力也不相同，進(jìn)口壓力越小則出口壓力也越小，但比進(jìn)口壓力減小比例小，即出口壓力變化小，符合減壓閥設(shè)計(jì)要求。
1. P1———進(jìn)口試驗(yàn)數(shù)據(jù)
2. P2———出口試驗(yàn)數(shù)據(jù)
3. P2 - 20———仿真進(jìn)口壓力為20MPa 時(shí)的出口數(shù)據(jù)
4. P2 - 15———仿真進(jìn)口壓力為15MPa 時(shí)的出口數(shù)據(jù)
5. P2 - 10———仿真進(jìn)口壓力為10MPa 時(shí)的出口數(shù)
圖3 進(jìn)口壓力和出口壓力的試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)
4.2、動態(tài)特性
根據(jù)靜態(tài)特性分析，對模型進(jìn)行了優(yōu)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(tǒng)的固有頻率，提高抗干擾能力，其次減小了模型中活動件質(zhì)量，活動件質(zhì)量越小，運(yùn)動時(shí)慣性力越小，這樣較小的阻尼力就可抑制系統(tǒng)的自激振蕩。
5、結(jié)語
利用AMESim 軟件建立仿真模型分析先導(dǎo)式減壓閥靜態(tài)和動態(tài)特性過程中，可以通過優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，獲得需要的閥門性能，縮短了閥門研發(fā)周期，節(jié)約了設(shè)計(jì)制造成本。與本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增
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