基于AMESim潜用随动减压阀建模与仿真

匡建平　孙伟

摘要：目的：研究随动减压阀结构参数和控制参数的优化设计。方法：利用AMESim仿真软件对随动减压阀进行建模与仿真。结果：仿真结果验证了所建模型的正确性。结论：阻尼孔的面积大小直接影响随动减压阀的性能，阻尼孔直径越小，随动减压阀响应时间越长，但工作越稳定;随动减压阀弹簧的刚度和预紧力是制约阀芯振动的主要因素，刚度和预紧力越大，效果越佳。

关键词：AMESim;随动减压阀;建模与仿真

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0097-03

0 引言

随动减压是潜用阀门工程的技术难点，尤其是大深度范围内的随动减压技术，由于其结构复杂，涉及到的技术领域广，对其研究的信息暂未见公开报道[1]。在某工程试验中，现有的潜用标准减压阀不能满足要求，为了解决此问题，本文提出一种随动减压阀的设计方案，研究了其结构及工作原理，利用AMESim仿真软件对随动减压阀进行建模与仿真，结果验证了模型的正确性，为随动减压阀结构和控制的设计提供借鉴思路[2]。

1 控制原理与设计方案

流体压力为P1，进入减压阀后，经阀芯、节流孔流出，出口压力为P2，P3为负载压力，减压阀出口的流体和负载的流体经孔道分别进入阀的上下两腔室，通过弹簧控制阀口的开度起到节流作用，如图1所示。

3 仿真结果及分析

3.1 弹簧刚度对随动减压阀性能的影响分析

模拟潜深机动时，随动减压阀从O.15MPa的进口初始压力突变到0.75MPa，弹簧初始预紧力设定为600N，在弹簧选择的刚度分别为50N/mm、100N/mm、150N/mm、200N/mm、250N/mm等条件下，活塞的位移如图2曲线所示。活塞位移为正时，出口流量为正，活塞位移为负时，出口无流量。由图中所示，弹簧刚度值越大，阀芯的运动幅度越小，随动减压阀的工作效果越佳，达到平衡状态所用时间越短。

模拟大深度机动时，随动减压阀从2.1MPa的进口初始压力渐变到2.5MPa，弹簧初始预紧力设定为600N，在弹簧选择的刚度分别为50N/mm、100N/mm、150N/mm、200N/mm、250N/mm等条件下，活塞的位移如圖3曲线所示。由图中所示，当弹簧刚度选择250N/mm时，阀芯的振动幅度已达到工作的实际要求。

综上分析，弹簧刚度选择得越大，随动减压阀工作就越稳定，阀芯的振动幅度值越小。

3.2 弹簧预紧力对随动减压阀性能的影响分析

选取弹簧刚度为250N/mm，模拟潜深机动，随动减压阀从 0.15MPa的进口初始压力突变到0.75MPa，弹簧初始预紧力分别设定为600N、900N、1200N、1500N等条件下，活塞的位移如图4曲线所示。由图4所示，弹簧初始预紧力越大，阀芯的运动幅度越小，到达稳态所用的时间越短。当初始预紧力为1500N时，阀芯振动幅度的数值已经变得很小。

选取弹簧刚度为250N/mm，模拟大深度机动，随动减压阀从 2.1MPa的进口初始压力渐变到2.5MPa，弹簧初始预紧力分别设定为600N、900N、1200N、1500N等条件下，活塞的位移如图5曲线所示。由图5所示，弹簧初始预紧力越大，阀芯的运动幅度越小，到达稳态所用的时间越短。

综上分析，弹簧刚度一定，预紧力越大，则阀芯的震荡就越小。

3.3 随动阀的调节特性仿真分析

若选取弹簧的刚度为250N/mm，初始预紧力为15O0N，随动减压阀的阀芯振动幅度已满足工作的实际要求，在此条件下对随动减压阀的调节特性进行仿真和分析。仿真时，考虑到出口的流量是变化的，故针对两个极限流量900L/s、10800L/s分别进行仿真分析。

模拟潜深机动，进口压力0.4MPa，得到压差变化曲线如图6所示，由曲线中可以看出，极限出口流量900L/s、10800L/s条件下，随动减压阀在4秒～6秒的时间内，就达到稳定状态，出口压力调定到目标范围之内。

模拟大深度机动，进口压力1.8MPa，得到压差变化曲线如图7所示，由曲线中可以看出，极限出口流量900L/s，10800L/s工况下，随动减压阀在5秒～6秒的时间内，就达到稳定状态，出口压力调定在目标范围之内。

综上分析，随动减压阀在5秒左右就能达到稳定状态，将压力调定在目标范围之内，其调节性能即可达到实际工作要求。

4 结语

为了解决潜用大深度范围内的随动减压难题，本文研究了一种新型随动减压阀，结论如下：（1）进行了阀体和阀芯等关键件的强度校核计算，仿真计算结果满足工作要求;（2）建立了随动阀的仿真数学模型，对随动减压阀的主要结构进行了仿真建模，对多种方案的动态与静态性能进行了仿真分析，并对调节性能进行了分析，结果满足工作要求;（3）文中讨论未涉及阀芯与阀座之间的硫化橡胶密封性能、阀体材料在海水中的耐腐蚀性能、材料内部有缺陷或表面粗糙造成的点腐蚀和缝隙腐蚀等因素影响，在工程应用中需考虑上述情况。

参考文献

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