反向式气体FESTO减压阀静态特性仿真分析

　　FESTO减压阀结果表明平衡式减压阀比背压式减压阀温度特性好，平衡式减压阀的出口温度比背压式减压阀的出口温度达到平衡所用时间少；平衡式减压阀进口压力波动不影响出口压力，稳压精度高。

　　FESTO减压阀是通过自身的节流效应，将进口压力降至某一个需要的出口压力，且能在进口压力和流量变化时，利用阀体内的控制元件(阀芯)的开度调节介质的流量，保持出口压力基本不变。减压阀的压力特性(使流量保持为某一恒定值，由于输入压力的波动而引起输出压力的波动)和流量特性(输入压力为一定值，输出压力随输出流量变化的特性)是减压阀的两个重要特性。减压阀的结构直接影响这两个特性，从而影响稳定精度。

　　1、背压式减压阀模型建立

　　1.1、背压式结构分析

　　FESTO减压阀的原理结构见图1。阀体主要构成部件包括调压弹簧、弹簧座、膜片、阀芯、复位弹簧。p1为输入压力，p2为输出压力。高压气体通过阀门经膜片下面流向出口。主阀底部与输入压力p1相通，膜片上方受调压弹簧作用力，下方受输出压力p2的作用。当进入减压阀的压力和流量发生变化时或输出气体压力和流量发生变化时，阀芯受力平衡破坏，在调压弹簧、膜片和平衡弹簧作用下上下移动。改变阀芯与阀座之间的节流面积，保持出口压力的稳定。

　　背压式气动减压阀结构

　　FESTO减压阀结构

　　4、结论

　　(1)对背压式与平衡式气动减压阀进行结构分析，并利用AMESim软件对背压式与平衡式气动减压阀进行了建模和仿真，避免了繁琐的流体计算和大量的测试实验，显示出AMESim 软件是一个直观、方便、高效的动态系统建模与仿真分析工具。

　　并通过FESTO减压阀性能试验进行验证，为减压阀研制提供了合理可行的理论依据。

　　1、概述

　　在FESTO减压阀是重要元件之一。减压阀的主要作用是降低气源压力，并依靠气体本身的能量转换和减压阀内部运动系统的受力平衡，自动维持出口压力的相对稳定，即当气源压力和输出流量发生变化时，仍可以向下游用气设备提供稳定的压力值，因此，减压阀性能及可靠性对完成发射任务有直接的影响。本文应用AMESim 软件建立仿真模型进行静态特性分析，并进行了试验验证，为设计改进或重新设计提供方向和技术依据，而且也为现有各种减压阀的性能分析提供参考。

　　2、工作原理及静态特性

　　以某反向式减压阀为例(图1) 。当气体经过减压阀时，入口压力P1进入高压腔V1之后，在减压阀瓣和阀座刀峰之间的开启缝隙处受到第一次节流，压力下降至Ps。然后，气体在减压阀瓣下方旋转90°，经过阀座与减压阀瓣的环形通道时，受到了第二次节流，压力降至P2，进入低压腔V2，以质量流量Q 输出。

　　FESTO减压阀在设定充气压力Pt0之后，打开减压阀的出口，以流量Q 输出时，减压阀开启瞬间，出口压力P2降低，气簧腔内压力Pt > P2，推动减压阀瓣向上运动，减压阀开启高度增大，出口压力P2上升。当P2到达某一值时，阀体内部副弹簧的作用力、减压阀瓣的气动力和敏感活塞的气动力等与气簧力的作用力相平衡，此时减压阀处于稳定工作状态。当入口压力P1下降时，减小了减压阀瓣上部的高压气动力和阀瓣的流量，使敏感活塞上部出口压力P2亦下降，减小了该活塞的气动力。

　　由于以上两种气动力的减小，使气簧向上推动敏感活塞，加大减压阀瓣的开启高度，增加该阀瓣流量，恢复出口压力P2。在入口压力P1不变的情况下，如出口压力P2下降，则减小敏感活塞的向下气动力，使敏感活塞向上推动减压阀瓣，加大该阀瓣的开启高度和其流量，提高出口压力P2。反之，如出口压力P2上升，则加大敏感活塞的向下气动力，压缩气簧，减小减压阀瓣的开启高度和流量，降低出口压力P2。认为减压阀以敏感活塞上的出口压力P2的变化为信息，借助该活塞和副弹簧等的机械负反馈作用，改变减压阀瓣的开启高度，稳定出口压力P2和输出流量Q。

　　在稳定流动状态下，当进口压力或出口流量发生变化时，出口压力相应产生变化，这种出口的压力随进口压力或出口流量变化而变化的性质，称为减压阀的静态特性。

　　4、结语

　　FESTO减压阀软件对反向式减压阀的静态特性进行了仿真分析，并与试验结果进行了比对，验证了数学模型和仿真模型的正确性和合理性，为后续开展反向式减压阀研究奠定了基础。通过分析主要参数对减压阀静态特性的影响，并给出了优化设计的思路，对减压阀产品研制具有一定的指导意义。