反向式氣體減壓閥靜態(tài)特性仿真分析

　　采用AMESim軟件進(jìn)行了反向式減壓閥靜態(tài)特性研究。分析了改變?cè)O(shè)計(jì)流量Q、刀鋒直徑d、敏感活塞面積Am和彈簧有效剛度Ke等參數(shù)對(duì)反向減壓閥靜態(tài)特性的影響，并通過減壓閥性能試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，為減壓閥研制提供了合理可行的理論依據(jù)。

　　1、概述

　　在航天領(lǐng)域地面供配氣系統(tǒng)和設(shè)備中，氣體減壓閥是重要元件之一。減壓閥的主要作用是降低氣源壓力，并依靠氣體本身的能量轉(zhuǎn)換和減壓閥內(nèi)部運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的受力平衡，自動(dòng)維持出口壓力的相對(duì)穩(wěn)定，即當(dāng)氣源壓力和輸出流量發(fā)生變化時(shí)，仍可以向下游用氣設(shè)備提供穩(wěn)定的壓力值，因此，減壓閥性能及可靠性對(duì)完成發(fā)射任務(wù)有直接的影響。本文應(yīng)用AMESim 軟件建立仿真模型進(jìn)行靜態(tài)特性分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)提供方向和技術(shù)依據(jù)，而且也為現(xiàn)有各種減壓閥的性能分析提供參考。

　　2、工作原理及靜態(tài)特性

　　以某反向式減壓閥為例(圖1) 。當(dāng)氣體經(jīng)過減壓閥時(shí)，入口壓力P1進(jìn)入高壓腔V1之后，在減壓閥瓣和閥座刀峰之間的開啟縫隙處受到第一次節(jié)流，壓力下降至Ps。然后，氣體在減壓閥瓣下方旋轉(zhuǎn)90°，經(jīng)過閥座與減壓閥瓣的環(huán)形通道時(shí)，受到了第二次節(jié)流，壓力降至P2，進(jìn)入低壓腔V2，以質(zhì)量流量Q 輸出。

圖1 反向式減壓閥

　　在設(shè)定充氣壓力Pt0之后，打開減壓閥的出口，以流量Q 輸出時(shí)，減壓閥開啟瞬間，出口壓力P2降低，氣簧腔內(nèi)壓力Pt > P2，推動(dòng)減壓閥瓣向上運(yùn)動(dòng)，減壓閥開啟高度增大，出口壓力P2上升。當(dāng)P2到達(dá)某一值時(shí)，閥體內(nèi)部副彈簧的作用力、減壓閥瓣的氣動(dòng)力和敏感活塞的氣動(dòng)力等與氣簧力的作用力相平衡，此時(shí)減壓閥處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)入口壓力P1下降時(shí)，減小了減壓閥瓣上部的高壓氣動(dòng)力和閥瓣的流量，使敏感活塞上部出口壓力P2亦下降，減小了該活塞的氣動(dòng)力。

　　由于以上兩種氣動(dòng)力的減小，使氣簧向上推動(dòng)敏感活塞，加大減壓閥瓣的開啟高度，增加該閥瓣流量，恢復(fù)出口壓力P2。在入口壓力P1不變的情況下，如出口壓力P2下降，則減小敏感活塞的向下氣動(dòng)力，使敏感活塞向上推動(dòng)減壓閥瓣，加大該閥瓣的開啟高度和其流量，提高出口壓力P2。反之，如出口壓力P2上升，則加大敏感活塞的向下氣動(dòng)力，壓縮氣簧，減小減壓閥瓣的開啟高度和流量，降低出口壓力P2。因此真空技術(shù)網(wǎng)（http://genius-power.com/）認(rèn)為減壓閥以敏感活塞上的出口壓力P2的變化為信息，借助該活塞和副彈簧等的機(jī)械負(fù)反饋?zhàn)饔茫�改變減壓閥瓣的開啟高度，穩(wěn)定出口壓力P2和輸出流量Q。

　　在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)進(jìn)口壓力或出口流量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力相應(yīng)產(chǎn)生變化，這種出口的壓力隨進(jìn)口壓力或出口流量變化而變化的性質(zhì)，稱為減壓閥的靜態(tài)特性。

　　4、結(jié)語(yǔ)

　　采用AMESim 軟件對(duì)反向式減壓閥的靜態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型和仿真模型的正確性和合理性，為后續(xù)開展反向式減壓閥研究奠定了基礎(chǔ)。通過分析主要參數(shù)對(duì)減壓閥靜態(tài)特性的影響，并給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，對(duì)減壓閥產(chǎn)品研制具有一定的指導(dǎo)意義。