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        基于AMESim的安溢活門(mén)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真

        2014-03-13 08:34:33劉靖東喻天翔宋筆鋒金朋
        計(jì)算機(jī)輔助工程 2014年1期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)仿真動(dòng)態(tài)特性流固耦合

        劉靖東 喻天翔 宋筆鋒 金朋

        摘要:在對(duì)安溢活門(mén)工作原理和動(dòng)態(tài)特征方程研究的基礎(chǔ)上,建立安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)的AMESim模型,對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中安溢活門(mén)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真,從系統(tǒng)角度研究該安溢活門(mén)系統(tǒng)整體性能.仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合較好,并著重研究主副彈簧剛度、主副膜片剛度、主副膜片有效面積、主活閥摩擦阻尼、背壓腔容積和泄壓間隙等參數(shù)對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的影響,進(jìn)而為系統(tǒng)整體性能優(yōu)化提供分析設(shè)計(jì)支持.

        關(guān)鍵詞:安溢活門(mén); AMESim; 系統(tǒng)仿真; 動(dòng)態(tài)特性; 流固耦合

        中圖分類(lèi)號(hào): V434.1

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B

        0引言

        安溢活門(mén)是一種能依靠氣體介質(zhì)本身自有的能量實(shí)現(xiàn)管路自動(dòng)開(kāi)閉的機(jī)械裝置.作為液體火箭增壓輸送系統(tǒng)的一種多功能元件,安溢活門(mén)可在地面測(cè)試和空中飛行時(shí)作為安全閥使用,在貯箱卸壓和加注時(shí)作為排氣閥使用,在加注過(guò)量或加注設(shè)備不能正常工作導(dǎo)致不能停止加注時(shí)作為溢出閥使用.與安全閥等閥門(mén)一樣,安溢活門(mén)在使用過(guò)程中存在振動(dòng)和鳴叫等問(wèn)題,發(fā)生振動(dòng)鳴叫的主要原因是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性不滿足穩(wěn)定性需求.振動(dòng)鳴叫直接導(dǎo)致敏感元件膜片疲勞破裂,致使安溢活門(mén)功能失效,進(jìn)而影響發(fā)射的成敗,因此對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性開(kāi)展深入研究有重要的工程應(yīng)用價(jià)值.

        目前,研究活門(mén)動(dòng)態(tài)特性主要采用試驗(yàn)和數(shù)值分析兩種方法.試驗(yàn)方法直接、可靠,但費(fèi)用相對(duì)較高,數(shù)值分析方法經(jīng)濟(jì)、快捷,而且可以分析出試驗(yàn)難以考核的工況,有助于全面系統(tǒng)地了解產(chǎn)品特性.數(shù)值分析方法主要包括流固耦合仿真和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真.流固耦合仿真偏重于從場(chǎng)的角度研究局部耦合的影響,可以精細(xì)地分析流固耦合作用,但是存在計(jì)算量大和分析周期長(zhǎng)的弊端;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真主要對(duì)局部影響進(jìn)行簡(jiǎn)化,著重從系統(tǒng)角度研究整體性能,可以方便地進(jìn)行大量的數(shù)值試驗(yàn),并進(jìn)行系統(tǒng)整體性能尋優(yōu).

        作為一種數(shù)值預(yù)測(cè)方法,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真在很多領(lǐng)域已取得很大發(fā)展.國(guó)外學(xué)者采用數(shù)值仿真方法對(duì)彈(箭)體活門(mén)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行過(guò)大量分析研究工作.SORLI等[1]對(duì)氣動(dòng)壓力閥進(jìn)行仿真和試驗(yàn)研究;SCHALLHORN[2]對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)多種瞬態(tài)變化下壓力調(diào)節(jié)器的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行仿真分析;YANG等[3]采用數(shù)值仿真方法分析主要設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)肼基燃料衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)輸送行為的影響.在國(guó)內(nèi),武唯強(qiáng)等[4]對(duì)恒壓加載式冷氦壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行仿真研究;張煒等[5]對(duì)液體導(dǎo)彈動(dòng)力系統(tǒng)過(guò)渡工作過(guò)程和動(dòng)態(tài)故障特性進(jìn)行數(shù)值仿真.

        AMESim提供一個(gè)復(fù)雜多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)平臺(tái),采用集總參數(shù)方法建模,將流體、機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、熱、電、磁和控制等學(xué)科領(lǐng)域的物理原型進(jìn)行抽象,并進(jìn)行不同功能單元模塊分割,進(jìn)而劃分歸類(lèi)形成機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、控制、熱和電磁等模型庫(kù);不同學(xué)科間模塊直接連接,可以方便地進(jìn)行多學(xué)科多領(lǐng)域系統(tǒng)工程建模.

        本文建立安溢活門(mén)主閥、指揮閥及其試驗(yàn)系統(tǒng)的AMESim系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)安溢活門(mén)試驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真,研究系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的影響.

        1安溢活門(mén)工作原理

        箭體一、二級(jí)及助推器所用安溢活門(mén)采用指揮式結(jié)構(gòu),由主閥和副閥組成,副閥控制主閥啟閉.[6]主閥膜片將閥腔分成主閥腔(A)和背壓腔(B);副閥膜片感受壓力變化,控制背壓腔的壓力充放.工作原理見(jiàn)圖1.

        2閥門(mén)動(dòng)力學(xué)特征方程

        閥門(mén)動(dòng)力學(xué)特征方程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[7],主要包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程、氣動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程、熱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程、電路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程和電磁系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程等.

        2.1運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程

        3安溢活門(mén)AMESim模型

        與功率鍵合圖法類(lèi)似,AMESim建模方法采用集總參數(shù)方法,將系統(tǒng)不同功能單元進(jìn)行模塊分割,劃分為機(jī)械、液壓、氣動(dòng)和控制等模型庫(kù),用圖形方式描述系統(tǒng)中各元件的相互關(guān)系,反映元件間的負(fù)載效應(yīng)和系統(tǒng)中功率流動(dòng)情況.元件間可雙向傳遞數(shù)據(jù),且變量一般具有實(shí)際物理意義,遵循因果關(guān)系.系統(tǒng)AMESim模型與系統(tǒng)工作原理圖非常接近,能更直觀地反映系統(tǒng)工作原理[9],而且可以在仿真過(guò)程監(jiān)視方程特性并自動(dòng)選擇求解算法以獲得最佳結(jié)果,省去求解算法的選擇,使設(shè)計(jì)人員能夠更多地關(guān)注仿真物理模型.

        根據(jù)安溢活門(mén)工作原理,安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)[1]主要?jiǎng)澐譃橘|(zhì)量彈簧阻尼模型、平板閥模型、氣容模型、管路模型、孔板模型、活塞模型和膜片模型等.主副膜片剛度由結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算給出,系統(tǒng)AMESim模型見(jiàn)圖2,上半部分模擬指揮閥,下半部分模擬主閥.

        4仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

        采用非接觸測(cè)量得到的安溢活門(mén)試驗(yàn)過(guò)程中,大流量性能試驗(yàn)時(shí)主活閥動(dòng)態(tài)位移與仿真結(jié)果的對(duì)比見(jiàn)圖3,可知:仿真結(jié)果較準(zhǔn)確地模擬開(kāi)閥的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程,且試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果趨于同一開(kāi)度,調(diào)整頻率與試驗(yàn)幾乎完全吻合,但調(diào)整幅值仿真結(jié)果比試驗(yàn)結(jié)果稍大.其主要原因是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法不考慮流場(chǎng)的不均勻性及非定常性,必然造成作用在運(yùn)動(dòng)部件上壓強(qiáng)計(jì)算的誤差.開(kāi)閥之始,該誤差在活閥驅(qū)動(dòng)力中相對(duì)較小,因此仿真較準(zhǔn)確地計(jì)算出第一次調(diào)整的幅值;隨著不平衡力的減小,活閥振動(dòng)位移不斷減小,誤差在不平衡力中所占比重增加,因此幅值誤差越來(lái)越大,以至于試驗(yàn)測(cè)量幅值增加主要由系統(tǒng)不穩(wěn)定造成.

        5仿真結(jié)果分析

        在正確模擬安溢活門(mén)試驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性基礎(chǔ)上,研究系統(tǒng)參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響,主要包括主副彈簧剛度、主副膜片剛度、主副膜片有效面積、主活閥摩擦阻尼、背壓腔容積和泄壓間隙等.

        5.1主副彈簧剛度影響

        由圖4和5可知:主彈簧剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)位移和壓強(qiáng)特性影響很小,副彈簧剛度對(duì)動(dòng)態(tài)位移影響也較小,對(duì)主閥腔壓強(qiáng)影響則相對(duì)較大;副彈簧剛度越大主閥腔壓強(qiáng)沖值越高,波動(dòng)周期越長(zhǎng).從系統(tǒng)靈敏度角度考慮應(yīng)選用剛度較小的副彈簧,不同副彈簧剛度造成的穩(wěn)定壓強(qiáng)的不同,可通過(guò)副彈簧預(yù)壓調(diào)整.

        5.2主副膜片剛度影響

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有主膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖6,可知,主膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,體現(xiàn)在對(duì)振動(dòng)幅值的影響上:主膜片剛度越大振動(dòng)幅值越小,振動(dòng)越容易趨于穩(wěn)定;主膜片剛度對(duì)振動(dòng)頻率的影響則很小,主要是由于安溢活門(mén)采用指揮式結(jié)構(gòu),主活閥動(dòng)態(tài)特性主要由指揮閥性能決定.

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有副膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖7,可知,副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響與副彈簧相似,因此應(yīng)選用剛度小的膜片.由于剛度與強(qiáng)度密切相關(guān),在實(shí)際設(shè)計(jì)中從安全角度出發(fā),應(yīng)協(xié)調(diào)考慮副膜片剛度與副彈簧剛度,在滿足靈敏性和精度的前提下盡量采用剛度大的副膜片.

        5.3主副膜片有效面積影響

        由圖8可知,主膜片有效面積對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響很大:主膜片有效面積越大,主活閥振動(dòng)幅值越大,振動(dòng)越不容易趨于穩(wěn)定,主閥腔壓強(qiáng)波動(dòng)幅值越大,波動(dòng)頻率越高.因此,在滿足開(kāi)啟要求的情況下,應(yīng)盡量減小主膜片的有效面積.

        6結(jié)論

        通過(guò)建立安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim模型,對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,且通過(guò)AMESim仿真可以得到與分析系統(tǒng)方程相同的結(jié)論.著重研究主副彈簧剛度、主副膜片剛度、主副膜片有效面積、主活閥摩擦阻尼、背壓腔容積和泄壓間隙等對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的影響.

        (1)相對(duì)于主彈簧,副彈簧剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響更大,在保證系統(tǒng)精度的前提下應(yīng)盡量減小副彈簧剛度,增大主彈簧剛度.

        (2)主副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在保證系統(tǒng)精度前提下應(yīng)盡量采用剛度大的膜片.

        (3)膜片有效面積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在滿足系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性前提下應(yīng)盡量減小主膜片有效面積,增大副膜片有效面積.

        (4)主活閥摩擦阻尼適當(dāng)增加可使波動(dòng)周期延長(zhǎng),過(guò)大的摩擦力則會(huì)造成主活閥低壓回位延遲現(xiàn)象.

        (5)泄壓間隙及背壓腔容積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響較大,在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證其他參數(shù)的優(yōu)化和可靠,在滿足精度及穩(wěn)定性要求的前提下最后對(duì)泄壓間隙和背壓腔容積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

        安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim仿真模型的建立,為全面了解和系統(tǒng)掌控活門(mén)動(dòng)態(tài)特性提供有力工具,為試驗(yàn)故障模式提供定性分析工具,極大地提高對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的認(rèn)識(shí),同時(shí)也為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供直接指導(dǎo).但是,由于該方法固有的局限性,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型不能反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜非定常流場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,也不能反映流固耦合作用的影響.國(guó)內(nèi)更急需對(duì)閥門(mén)系統(tǒng)流固耦合和非定常流動(dòng)模擬方面的研究,為此有必要結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué),開(kāi)展流固耦合數(shù)值模擬研究,徹底解決安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題.

        參考文獻(xiàn):

        [1]SORLI M, FIGLIOLINI G, PASTORELLI S. Dynamic model and experimental investigation of a pneumatic proportional pressure valve[J]. IEEE/ASME Trans Mechatronics, 2004, 9(1): 7886.

        [2]SCHALLHORN P A. Forward looking pressure regulator algorithm for improved modeling performance within the generalized fluid system simulation program[C]//40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf & Exhibit, Fort Lauderdale, 2004.

        [3]YANG AnShik, KUO TienChuan. Design analysis of a satellite hydrazine propulsion system[J]. J Propulsion & Power, 2001, 18(2): 270279.

        [4]武唯強(qiáng), 王海洲. 恒壓加載式冷氦壓力調(diào)節(jié)器的建模與仿真[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù), 2001(6): 2732.

        [5]張煒, 徐志高, 黃先祥. 液體推進(jìn)劑導(dǎo)彈全動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)故障仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004, 15(9): 12051209.

        [6]宋鴻堯, 丁忠堯. 液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1982: 10.

        [7]劉靖東, 隋國(guó)發(fā), 婁路亮. 液體火箭增壓輸送系統(tǒng)多學(xué)科動(dòng)力學(xué)研究[J]. 中國(guó)科學(xué): E輯: 技術(shù)科學(xué), 2009, 39(3): 474481.

        [8]LAFOND A. Numerical simulation of the flow field inside a hot gas valve, AIAA 994087[R]. 1999.

        [9]袁洪濱, 張民慶, 孫彥堂. 基于AMESim的直動(dòng)式電磁閥動(dòng)態(tài)仿真研究[J].火箭推進(jìn), 2011, 37(5): 3035.

        (編輯于杰)

        5.2主副膜片剛度影響

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有主膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖6,可知,主膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,體現(xiàn)在對(duì)振動(dòng)幅值的影響上:主膜片剛度越大振動(dòng)幅值越小,振動(dòng)越容易趨于穩(wěn)定;主膜片剛度對(duì)振動(dòng)頻率的影響則很小,主要是由于安溢活門(mén)采用指揮式結(jié)構(gòu),主活閥動(dòng)態(tài)特性主要由指揮閥性能決定.

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有副膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖7,可知,副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響與副彈簧相似,因此應(yīng)選用剛度小的膜片.由于剛度與強(qiáng)度密切相關(guān),在實(shí)際設(shè)計(jì)中從安全角度出發(fā),應(yīng)協(xié)調(diào)考慮副膜片剛度與副彈簧剛度,在滿足靈敏性和精度的前提下盡量采用剛度大的副膜片.

        5.3主副膜片有效面積影響

        由圖8可知,主膜片有效面積對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響很大:主膜片有效面積越大,主活閥振動(dòng)幅值越大,振動(dòng)越不容易趨于穩(wěn)定,主閥腔壓強(qiáng)波動(dòng)幅值越大,波動(dòng)頻率越高.因此,在滿足開(kāi)啟要求的情況下,應(yīng)盡量減小主膜片的有效面積.

        6結(jié)論

        通過(guò)建立安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim模型,對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,且通過(guò)AMESim仿真可以得到與分析系統(tǒng)方程相同的結(jié)論.著重研究主副彈簧剛度、主副膜片剛度、主副膜片有效面積、主活閥摩擦阻尼、背壓腔容積和泄壓間隙等對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的影響.

        (1)相對(duì)于主彈簧,副彈簧剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響更大,在保證系統(tǒng)精度的前提下應(yīng)盡量減小副彈簧剛度,增大主彈簧剛度.

        (2)主副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在保證系統(tǒng)精度前提下應(yīng)盡量采用剛度大的膜片.

        (3)膜片有效面積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在滿足系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性前提下應(yīng)盡量減小主膜片有效面積,增大副膜片有效面積.

        (4)主活閥摩擦阻尼適當(dāng)增加可使波動(dòng)周期延長(zhǎng),過(guò)大的摩擦力則會(huì)造成主活閥低壓回位延遲現(xiàn)象.

        (5)泄壓間隙及背壓腔容積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響較大,在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證其他參數(shù)的優(yōu)化和可靠,在滿足精度及穩(wěn)定性要求的前提下最后對(duì)泄壓間隙和背壓腔容積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

        安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim仿真模型的建立,為全面了解和系統(tǒng)掌控活門(mén)動(dòng)態(tài)特性提供有力工具,為試驗(yàn)故障模式提供定性分析工具,極大地提高對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的認(rèn)識(shí),同時(shí)也為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供直接指導(dǎo).但是,由于該方法固有的局限性,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型不能反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜非定常流場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,也不能反映流固耦合作用的影響.國(guó)內(nèi)更急需對(duì)閥門(mén)系統(tǒng)流固耦合和非定常流動(dòng)模擬方面的研究,為此有必要結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué),開(kāi)展流固耦合數(shù)值模擬研究,徹底解決安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題.

        參考文獻(xiàn):

        [1]SORLI M, FIGLIOLINI G, PASTORELLI S. Dynamic model and experimental investigation of a pneumatic proportional pressure valve[J]. IEEE/ASME Trans Mechatronics, 2004, 9(1): 7886.

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        (編輯于杰)

        5.2主副膜片剛度影響

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有主膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖6,可知,主膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,體現(xiàn)在對(duì)振動(dòng)幅值的影響上:主膜片剛度越大振動(dòng)幅值越小,振動(dòng)越容易趨于穩(wěn)定;主膜片剛度對(duì)振動(dòng)頻率的影響則很小,主要是由于安溢活門(mén)采用指揮式結(jié)構(gòu),主活閥動(dòng)態(tài)特性主要由指揮閥性能決定.

        0.75,1.00和1.25倍現(xiàn)有副膜片剛度下主活閥動(dòng)態(tài)位移和主閥腔壓強(qiáng)曲線見(jiàn)圖7,可知,副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響與副彈簧相似,因此應(yīng)選用剛度小的膜片.由于剛度與強(qiáng)度密切相關(guān),在實(shí)際設(shè)計(jì)中從安全角度出發(fā),應(yīng)協(xié)調(diào)考慮副膜片剛度與副彈簧剛度,在滿足靈敏性和精度的前提下盡量采用剛度大的副膜片.

        5.3主副膜片有效面積影響

        由圖8可知,主膜片有效面積對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響很大:主膜片有效面積越大,主活閥振動(dòng)幅值越大,振動(dòng)越不容易趨于穩(wěn)定,主閥腔壓強(qiáng)波動(dòng)幅值越大,波動(dòng)頻率越高.因此,在滿足開(kāi)啟要求的情況下,應(yīng)盡量減小主膜片的有效面積.

        6結(jié)論

        通過(guò)建立安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim模型,對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)值仿真,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,且通過(guò)AMESim仿真可以得到與分析系統(tǒng)方程相同的結(jié)論.著重研究主副彈簧剛度、主副膜片剛度、主副膜片有效面積、主活閥摩擦阻尼、背壓腔容積和泄壓間隙等對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的影響.

        (1)相對(duì)于主彈簧,副彈簧剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響更大,在保證系統(tǒng)精度的前提下應(yīng)盡量減小副彈簧剛度,增大主彈簧剛度.

        (2)主副膜片剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在保證系統(tǒng)精度前提下應(yīng)盡量采用剛度大的膜片.

        (3)膜片有效面積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響很大,在滿足系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性前提下應(yīng)盡量減小主膜片有效面積,增大副膜片有效面積.

        (4)主活閥摩擦阻尼適當(dāng)增加可使波動(dòng)周期延長(zhǎng),過(guò)大的摩擦力則會(huì)造成主活閥低壓回位延遲現(xiàn)象.

        (5)泄壓間隙及背壓腔容積對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響較大,在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證其他參數(shù)的優(yōu)化和可靠,在滿足精度及穩(wěn)定性要求的前提下最后對(duì)泄壓間隙和背壓腔容積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

        安溢活門(mén)及其試驗(yàn)系統(tǒng)AMESim仿真模型的建立,為全面了解和系統(tǒng)掌控活門(mén)動(dòng)態(tài)特性提供有力工具,為試驗(yàn)故障模式提供定性分析工具,極大地提高對(duì)安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性的認(rèn)識(shí),同時(shí)也為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供直接指導(dǎo).但是,由于該方法固有的局限性,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型不能反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜非定常流場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,也不能反映流固耦合作用的影響.國(guó)內(nèi)更急需對(duì)閥門(mén)系統(tǒng)流固耦合和非定常流動(dòng)模擬方面的研究,為此有必要結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué),開(kāi)展流固耦合數(shù)值模擬研究,徹底解決安溢活門(mén)動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題.

        參考文獻(xiàn):

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        (編輯于杰)

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