调节阀的选择及流量特性分析

调节阀是流量控制的最终执行元件,是过程控制系统中不可缺少的一个重要环节。调节阀是按照工艺流体的特性参数及其工作条件如温度、阀前后压力、密度、最大流量、正常流量、最小流量以及阀的结构形式、公称通径、阀的作用形式、材质、压力等级及流量特性的。其中阀的流量特性对控制系统的控制质量会带来很大的影响。     

抑制调节阀流场空化的响应面结构优化

调节阀流场空化现象会产生空化振动和噪声等不良影响。优化阀内件的结构,抑制流场空化是设计高端调节阀的重要环节。为了实现调节阀内流场的逐级降压,减小空化现象的产生,设计了一种多级降压调节阀的外层套筒和笼式阀座。采用Fluent软件对阀内流场的流动特性进行数值模拟,得到流场压力、流量和气体体积分数的分布规律。采用循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了数值模拟的可靠性。通过Box-Behnken响应面优化方法探讨外层套筒和笼式阀座节流孔孔径、孔数及其交互作用对流场空化的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响调节阀流量特性的条件下,70%开度时,优化阀内件参数后,最大气体体积分数从0.88下降到0.19,有效地抑制调节阀内流场空化现象。     

低阈值高通量被动微阀的研制与性能研究

文中提出一种新型结构的微流控被动流量调节阀,该微阀设计有椭球面结构的调流腔,利用带微孔的柔性薄膜在液体压力作用下产生弹性变形来挤压调流腔中的液体,从而自动实现流量调控。为研究微阀的调流性能,采用3D打印与紫外激光加工技术制作了微阀样件。建立微阀的流固耦合模型,仿真分析微阀中液体流量调控及柔性薄膜受压变形过程,结合实验研究微阀的压力流量特性,实验结果表明该微阀在低阈值液体压力下具有良好的高通量稳流自调控能力。     

阀控给水系统的流量跟踪控制

为实现阀控给水系统的流速在恒压差情况下的精确跟踪控制,以一个阀控给水系统为研究对象,考虑离心泵及调节阀的非线性特点,建立了给水系统的数学模型;随后,为了克服大口径流量调节阀的响应滞后,提出了流量跟踪的Smith预估PID控制策略;最后,对所设计的流量跟踪系统进行了仿真和实验。     

核级套筒式调节阀的流量特性

为了提高核级套筒式调节阀小开度抗堵塞能力与大开度时的介质流通能力,设计了具有两个大窗口和两个小窗口的套筒,并采用仿真与实验相结合的方式研究了套筒式调节阀的流量特性。首先,基于工况参数设计了套筒窗口。然后,采用计算流体力学软件分析了不同开度下阀内流体流动规律,得到流场中压力和速度分布,计算并绘制流量特性曲线。最后,采用实验的方法测定了阀门流量特性曲线。结果分析表明,模拟值与试验值有较好的吻合,并且流量系数曲线光滑连续,满足设计要求。     

定量泵负载敏感系统中三通流量阀的阻尼特性分析

分析了定量泵负载敏感系统中三通流量阀的机械结构和调节原理。建立了三通流量阀中阻尼孔的特性分析模型与三通流量阀压力补偿过程中容腔压力变化的数学模型。用Matlab软件对三通流量阀中影响压力变化的主要结构参数进行了仿真,分析了三通流量阀的阻尼孔直径、阻尼孔长度、左腔容积以及阀芯开口流量增益对其左腔压力变化产生的影响,得出了再设计三通流量阀时阻尼孔、容腔体积和阀芯开口形式应选择合适的尺寸与结构的结论。为定量泵系统中三通流量阀的设计提供了理论依据。     

锅炉给水泵迷宫式最小流量调节阀流动性能的试验研究

介绍了电站锅炉给水泵再循环系统最小流量调节阀的技术特性及使用状况。改用DRAG迷宫式最小流量调节阀来提高阀流阻系数ζ,从而使最小流量调节阀平稳多级降压,提高了流量调节能力。根据GB10869—89和GB／T4213—92设计测试系统,用水回路测试该阀的固有流量特性和阻力特性,为验证理论计算和该阀更深入的内特性试验、流场显示试验提供了重要依据。     

防止蝶阀气蚀的计算方法及措施

在选用或设计调节阀时,有时只注意阀的工作压力、流量、精度或考虑工作介质及温度情况。这些都属于阀的静态性能。据国外资料介绍,除要考虑静态性能外,很重要的一点就是还要考虑阀的动态性能——气蚀和噪音。     

高压气动系统负载容腔压力伺服控制仿真研究

为满足某气体发生系统安装空间小、重量轻、动态响应快、控制精度高等要求,设计了高压气动压力伺服控制系统,并采用高压电-气伺服阀实现了负载压力的高响应高精度控制。建立了系统数学模型,包括高压气瓶热力学方程、高压电-气伺服阀传递函数与流量方程、负载容腔压力变化与排气流量方程等子模型,并设计了反馈线性化PID控制器。基于MATLAB/Simulink平台建立了高压气动系统仿真模型,仿真研究了高压气瓶容积与初始气源压力、负载容腔排气孔通径等参数对系统负载压力控制性能的影响规律。研究结果为该系统的优化设计与实验研究提供重要理论依据。     

普通车床对曲线面形回转零件、样轴的精细加工

<正> 随我国国民经济的高速发展,许多先进、自控的大型化肥装置相继出现,尤其近十年来国外引进的大型化肥、尿素、乙烯等装置的投产,更加快了建设步伐,形势可喜。大型装置中的仪表调节阀,在生产工艺过程中起到控制流体的流量、压力、温度等工艺参数的作用。以它的流量特性促使整个庞大装置动作协调,将生产工艺处于最优化的状态,用途极为广泛。调节阀能够准确地控制工艺参数,其原因在于阀的内件阀芯具有特性曲线面形结构。如图一,二所示。调节阀中阀芯伴与阀     

调速阀外控恒压结构优化设计及仿真分析

传统调速阀利用压力补偿作用来保持其节流口前后的压差不受负载变化的影响,进而稳定流量,然而其压差受到补偿弹簧压缩量的影响并非绝对的恒定值,对于速度控制精度要求高的场合,传统调速阀的性能就无法满足其要求。鉴于此,设计了一种外控恒压调速阀,对阀的动态特性进行了分析,推导建立了系统的数学模型,利用AMESim仿真软件建立了仿真模型,对比分析了两种阀控液压回路流量稳定特性。仿真结果表明,外控恒压调速阀对系统流量稳定性的提升有显著作用。     

高速开关电磁阀力控系统线性增压控制研究

针对防抱死制动系统线性增压需求,建立某高速开关电磁阀阀芯力平衡数学模型,给出阀芯平衡状态附近线性化增量微分表达式,建立液压缸压力变化数学模型,给出液压缸压差的增量表达式,得到高速开关电磁阀力控系统压力和通电电流的传递函数。通过某高速开关电磁阀电磁场和流场的有限元分析,得到阀芯所受电磁力、阀芯所受液压力及流量随阀口开度的变化曲线,研究电磁力、液压力与流量之间的定量关系,阐述高速开关电磁阀力控系统线性增压基本原理,给出力平衡点的稳定条件,提出能够实现线性增压的控制方式;结合流场、电磁场分析结果建立某高速开关阀整体模型,对电磁阀开启过程进行仿真,并进行线性增压试验,验证了该控制方式对于恒流量输出的可行性和仿真计算方法与结果的正确性。     

基于数字流量阀负载口独立控制系统

负载口独立控制技术解决了传统阀控缸系统操纵性和节能性难以同时达到最优的问题,但负载口独立控制系统在恶劣工况下,控制器的抗干扰能力可能成为制约负载口独立控制技术广泛应用的一个关键问题。提出将PWM控制的新型数字流量阀应用于负载口独立控制系统中,介绍了新型数字流量阀结构及负载口独立控制系统原理,提出了对液压缸两腔流量、压力分别进行复合控制的控制策略。通过SimulationX软件建立系统仿真模型,对液压缸典型工况进行仿真分析。结果表明：通过对系统进行前馈 反馈复合控制,当载波频率大于40 Hz时,基于数字流量阀的负载口独立控制系统能够实现对液压缸速度的平稳控制。     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。     

超大流量蓄能器组优化设计及其压力控制方法

为满足大型、超高、大跨度建筑的结构构件、节点、橡胶支座等足尺结构实时动静态加载试验需求,研制了万吨级多功能试验系统。试验系统采用液压泵站和大流量蓄能器组联合供油方式以满足Y向高速剪切时44000 L/min的超大瞬时峰值流量需求,采用大流量插装阀调节及稳定系统供油压力。大流量插装阀在进行自身系统压力闭环调节时存在一定的相位滞后,会造成系统供油压力波动。为保证系统压力的稳定输出,建立了包含大流量插装阀压力控制回路的系统整体仿真模型,对大流量蓄能器组、减压阀蓄能器及管路蓄能器组进行了优化设计。通过调节压力控制回路以及管路蓄能器的配置,能够在满足流量供给的情况下提供稳定的工作压力输出,压力波动不超过10%。     

Water-Assisted Injection Molding System Based on Water Hydraulic Proportional Control Technique

Water-assisted injection molding(WAIM), an innovative process to mold plastic parts with hollow sections, is characterized with intermittent, periodic process and large pressure and flow rate variation. Energy savings and injection pressure control can not be attained based on conventional valve control system. Moreover, the injection water can not be supplied directly by water hydraulic proportional control system. Poor efficiency and control performance are presented by current trial systems, which pressurize injection water by compressed air. In this paper, a novel water hydraulic system is developed applying an accumulator for energy saving. And a new differential pressure control method is proposed by using pressure cylinder and water hydraulic proportional pressure relief valve for back pressure control. Aiming at design of linear controller for injection water pressure regulation, a linear load model is approximately built through computational fluid dynamics(CFD) simulation on two-phase flow cavity filling process with variable temperature and viscosity, and a linear model of pressure control system is built with the load model and linearization of water hydraulic components. According to the simulation, model based feedback is brought forward to compensate the pressure decrease during accumulator discharge and eliminate the derivative element of the system. Meanwhile, the steady-state error can be reduced and the capacity of resisting disturbance can be enhanced, by closed-loop control of load pressure with integral compensation. Through the developed experimental system in the State Key Lab of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, China, the static characteristic of the water hydraulic proportional relief valve was tested and output pressure control of the system in Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS) parts molding experiments was also studied. The experiment results show that the dead band and hysteresis of the water hydraulic proportional pressure relief valve are large, but the control precision and linearity can be improved with feed-forward compensation. With the experimental results of injection water pressure control, the applicability of this WAIM system and the effect of its linear controller are verified. The novel proposed process of WAIM pressure control and study on characteristics of control system contribute to the application of water hydraulic proportional control and WAIM technology.     

主动先导级控制的电液比例流量阀建模与仿真

高精度电液比例流量阀是很多重大机械装备中电液控制系统的核心部件，但采用压差补偿器或流量传感器控制流量，会降低阀的通流能力，增加系统功率损失和发热。因此，提出利用电机驱动液压泵作为先导级，连接Valvistor主阀，构造新的高精度电液比例流量阀，使主阀流量与先导流量成正比，其无论压差大小、正负皆可输出稳定的先导流量，达到提高流量阀的低压可控性和动态响应特性的目的。建立了新电液比例流量阀的数学模型，并建立其AMESim模型，对该阀的静动态特性的影响进行计算仿真分析，为进一步优化新电液比例流量阀结构提供依据。     

高压气体压力及流量控制系统

构建了一个高压气体压力及流量控制系统。该系统的硬件部分主要由控制器、电磁比例阀、压力伺服阀、减压阀、截止阀、压力传感器、节流孔板等组成。软件部分由2个模块组成,其中压力控制模块以PI方法为基础,通过电磁比例阀、压力伺服阀实现对气体压力的控制;流量控制模块以PID方法为基础,根据压力差与流量之间的关系,通过控制节流孔板前后的压力差对流量进行较精确的控制。该系统已成功应用于工业生产中。     

基于AMESim的负载敏感液压系统防冲击特性的研究

针对负载敏感系统主阀瞬时启闭出现的液压冲击问题,提出在泵出口处使用防冲击阀来削减系统冲击的方法。采用AMESim建立了负载敏感液压系统防冲击的仿真模型,分析了在不同系统压力、流量、管道长度和主阀关闭时对系统的冲击影响。结果表明：系统冲击与负载压力无关,与主阀关闭时间、流量和管道长度有关。主阀关闭时间大于900 ms系统压力冲击基本消失;系统冲击压力随着流量的增加而不断升高,采用防冲击阀可有效削减系统冲击。     

Development of a novel rotary flow control valve with an electronic actuator and a pressure compensator valve for a gas turbine engine fuel control system

This paper presents a new rotary proportional flow control valve with Cam-Nozzle configuration. The rotating cam against the fixed nozzle changes the flow area and then can meter the fuel flow. This valve equipped with a pressure compensator plunger type valve to retaining constant pressure difference across the flow control or metering valve. The cam shaft directly coupled to an electronic servomotor type rotary actuator and then it is possible to apply digital control techniques such as pulse width modulation (PWM) in this control system. This new valve configuration is developed for an electro hydro mechanical fuel control system in a gas turbine engine. In addition to aero engine application, this type of flow metering valve can widely be used in industrial hydraulic systems. In this unit, the output flow is proportional to the cam's angular position (or throttle command) and it is not sensitive to pressure fluctuations at nozzle inlet and outlet. The aim of this new design is to modify a manual single adjusted hydro-pneumatic fuel control unit to obtain a new electro-hydraulic fuel control system for a gas turbine engine. The main innovations in the presented fuel metering unit include new design of the rotary valve opening shape (Cam-Nozzle) without metal to metal contact, use of a rotary electronic actuating mechanism and also direct coupling between the actuator and the rotating cam. The increased fuel metering precision in the new flow control valve has improved the ultimate control accuracy of system. A computer simulation software based on the proposed model, is performed to predict the steady state and transient performance and to analyze effect of important design parameters on valve outlet fuel flow and obtain the final design parameters. The validity of the proposed valve configuration is assessed experimentally in the steady state and transient modes of operation. The results show good agreement between simulation and experimental in both modes (max. 4% deviation).