高壓氣動(dòng)溢流先導(dǎo)式減壓閥動(dòng)態(tài)特性仿真及優(yōu)化研究.pdf

1、以高壓氣體作為介質(zhì)的高壓氣動(dòng)系統(tǒng)，具有功率密度高、瞬間膨脹性大等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、天然氣工業(yè)等領(lǐng)域。高壓自力先導(dǎo)式減壓閥作為高壓氣動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度高，傳統(tǒng)的樣機(jī)試驗(yàn)、靜態(tài)公式計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化等設(shè)計(jì)方法難于滿足用戶對(duì)高壓自力先導(dǎo)式減壓閥工作穩(wěn)定、響應(yīng)迅速的運(yùn)行要求;尤其在高壓變工況下，減壓閥工作穩(wěn)定性問(wèn)題更加突出，極易造成閥及管路系統(tǒng)振動(dòng)或閥后用戶處的瞬時(shí)高壓，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。為有效應(yīng)對(duì)高壓變工況下的不

2、穩(wěn)定性問(wèn)題，研發(fā)了高壓溢流先導(dǎo)式減壓閥結(jié)構(gòu)，并對(duì)其動(dòng)態(tài)特性開展了理論分析、Simulink仿真及遺傳優(yōu)化的研究工作，為高壓氣動(dòng)自力先導(dǎo)式減壓閥的系列化設(shè)計(jì)及閥管路穩(wěn)定性的提供技術(shù)理論支持:
　　 (1)運(yùn)用理論技術(shù)與CFD軟件模擬相結(jié)合的分析方法，得出在高壓工況下，溢流先導(dǎo)式減壓閥的主閥、導(dǎo)閥選用平衡閥芯式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)閥加入溢流孔結(jié)構(gòu)及導(dǎo)閥內(nèi)設(shè)置均流罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使動(dòng)態(tài)過(guò)程具有超調(diào)量小、調(diào)壓精度高、反應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn);模擬計(jì)算出

3、主閥、導(dǎo)閥及溢流孔閥口有效流量系數(shù)，為高壓先導(dǎo)式減壓閥系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析所需參數(shù)的確定提供依據(jù);
　　 (2)通過(guò)考慮介質(zhì)的不同流動(dòng)狀態(tài)、閥口的結(jié)構(gòu)形式及各部件的受力情況，基于熱力學(xué)定理、質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量定理等理論，建立高壓自力先導(dǎo)式減壓閥動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)微分方程，為Matlab/Simulink軟件建立動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)方塊圖奠定數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ);
　　 (3)借助Matlab/Simulink動(dòng)態(tài)仿真軟件，建立高壓自力先導(dǎo)式減壓閥仿真

4、方塊圖，采用非線性求解器ode23s，分析了各個(gè)工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)進(jìn)口壓力20MPa、出口壓力8MPa變工況下高壓氣動(dòng)溢流先導(dǎo)式減壓閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響，從而找出對(duì)閥后壓力較大影響的主要參數(shù)，為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化確定了待優(yōu)化的參數(shù)變量;
　　 (4)將遺傳算法理論應(yīng)用到高壓自力先導(dǎo)式減壓閥動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化中，利用不同優(yōu)化準(zhǔn)則創(chuàng)建不同目標(biāo)函數(shù)，再通過(guò)設(shè)定待優(yōu)化變量的優(yōu)化區(qū)間及遺傳算法參數(shù)，對(duì)原有結(jié)構(gòu)的高壓溢流先導(dǎo)式減壓閥進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，優(yōu)化