Design and performance characteristic analysis of servo valve-type water hydraulic poppet valve

For water hydraulic system control, the flow or pressure control using high-speed solenoid valve controlled by PWM control method could be a good solution for prevention of internal leakage. However, since the PWM control of on-off valves cause extensive flow and pressure fluctuation, it is difficult to control the water hydraulic actuators precisely. In this study, the servo valve-type water hydraulic valve using proportional poppet as the main valve is designed and the performance characteristics of the servo valve-type water hydraulic valve are analyzed. Furthermore, it is demonstrated through experiments that a decline in control chamber pressure that follows the change of pilot flow is caused by the occurrence of cavitation around the proportional poppet, and that fundamental characteristics of the developed valve remain unaffected by the occurrence of cavitation.     

低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究

锥阀是压力控制阀中常用的阀结构形式,其阀芯的轴向振荡直接影响着压力控制阀的调压精度和工作稳定性。针对先导级锥阀,运用可视化的试验方法,研究锥阀在弹簧预压缩量不变且开启压力低于2.5 MPa时的阀芯振荡过程和阀口空化现象。结果表明,阀芯的振荡型态与流量密切相关。在流量低于2.0 L/min的失稳振荡现象中,阀芯会撞击阀座,阀口处流场瞬间断流,大量气泡在阀口尾部快速溃灭,并出现明显的回弹现象;在流量高于2.6 L/min的失稳振荡现象中,阀芯不会撞击阀座,阀口处出现有空化和无空化两种情况,且有空化失稳振荡时的阀芯振动和压力波动幅值明显大于无空化时;流量介于2.0~2.6 L/min时,阀芯的失稳振荡处于过渡区间,撞击阀座和不撞击阀座的现象都可能出现。     

水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性,对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真.结果表明,直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化,在阀口下游有漩涡空化;此外,倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化.倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速,对于0.6 mm开口度...     

水压锥阀流场的CFD计算与分析

建立了水压锥阀的几何模型和数学模型,利用Fluent软件对其内部运动流场进行了CFD解析,解析结果以可视的速度场和压力场分布给出,并对计算结果进行了分析。由分析结果可知：随着锥阀开度的增大,入口速度逐渐增大,流量相应增加。出口压力不变,随着入口压力变大,阀腔负压增大,增大出口压力有助于减小负压．消除气蚀和不稳定。     

影响锥阀阀芯轴向振动的关键因素

锥阀由于结构简单、密封性好、响应快,在液压系统中被广泛采用。而锥阀在使用过程中易产生振动、噪声与空化等现象,影响了液压系统的调压稳定性和工作可靠性。锥阀从本质上来看是由阀芯-弹簧构成的弹簧质量振动系统,在流场扰动因素的作用下极易产生振动,从而引起压力调节阀的调定压力产生波动。运用流固耦合的方法分析了不同阀芯结构对锥阀轴向振动的影响,发现在阀芯轴向振动过程中阀口逆压力梯度区的压力波动幅值和相位会产生剧烈变化,对阀芯轴向振动幅值产生较大影响。     

先导式水压溢流阀动态特性的仿真

对一种新型的先导式水压溢流阀进行了动态特性的建模和仿真研究,分析了多种因素对溢流阀动态特性的影响。仿真结果表明,先导阀尾端设置阻尼腔有利于提高先导阀的工作稳定性;在主阀口前设置合适的节流孔可降低主阀口的工作压差,减小阀口的气蚀,提高溢流阀的工作性能和使用寿命;主阀心上腔容积V12、先导阀入口容积V2、溢流阀入口容积V0对溢流阀的动态特性均有较大影响。     

不同阀口形态对内流式锥阀液动力的影响

研究了阀芯和阀座上是否有倒角存在的两种不同阀口形态下，内流式锥阀阀芯所受液动力的特性。采用CFD仿真模拟的方法，分别对两种阀口形态下，阀芯在不同开度、不同流量下所受液动力进行了数值求解，并对其液压阀的压降曲线进行了比较，最后，对仿真结果进行了网格无关性验证。结果表明，随着阀口形态的变化，阀芯所受液动力的方向和大小都相应地发生了改变，而两者的压降几乎没有变化，对于阀芯所受液动力优化有重要指导意义，此外，由网格无关性验证结果可知仿真结果是可靠的。     

基于压力分布模式的液压阀空化噪声评价

比较Oshima和Ichikawa由液压锥阀实验所得空化噪声变化和阀座上的压力分布曲线,提出基于压力分布模式评价液压锥阀空化噪声的方法。对实验所用液压锥阀进行CFD解析,得到阀座上的压力分布曲线,与实验所得噪声曲线相比较,找到评价节流口噪声的3种压力分布模式。对带V形节流口的液压滑阀流入和流出两种流动状态进行CFD解析,验证了压力分布模式评价方法在滑阀空化噪声评价中的可行性。     

海水用节流阀的设计

结合海水和淡水介质的理化特性,论述了海水和淡水用节流阀研制中的关键技术问题,介绍了该阀主要部件的材质、结构形式、动力学特性和气蚀特性等的分析及计算。     

锥型阀芯的高压气动减压阀设计分析

分析了氢能源汽车车载高压气动减压阀的结构和设计方法。具有锥型阀芯的车载高压气动减压阀通过阀体内部结构实现阀芯的最大开口量控制,阀的开口面积和阀位移成线性关系。建立了减压阀的静态和动态数学模型。减压阀的初始工作压力,控制压力以及最大控制压力和压力控制精度可以通过恰当地设计弹簧刚度,预压缩量和阀通径等参数来实现,定值输出减压阀可以保持出口压力基本恒定。     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

DESIGN OF NOVEL HIGH PRESSURE- RESISTANT HYDROTHERMAL FLUID SAMPLE VALVE

Sampling study is an effective exploration method, but the most extreme environments of hydrothermal vents pose considerable engineering challenges for sampling hydrothermal fluids. Moreover, traditional sampler systems with sample valves have difficulty in maintaining samples in situ pressure. However, decompression changes have effect on microorganisms sensitive to such stresses. To address the technical difficulty of collecting samples from hydrothermal vents, a new bidirectional high pressure-resistant sample valve with balanced poppet was designed. The sample valve utilizes a soft high performance plastic ＂PEEK＂ as poppet. The poppet with inapposite dimension is prone to occur to plastic deformation or rupture for high working pressure in experiments. To address this issue, based on the fmite element model, simulated results on stress distribution of the poppet with different structure parameters and preload spring force were obtained. The static axial deformations on top of the poppet were experimented. The simulated results agree with the experimental results. The new sample valve seals well and it can withstand high working pressure.     

锥阀典型面密封结构空化喘振数值仿真研究

针对锥阀典型面密封结构中的空化流场进行了数值仿真研究,基于LES湍流模型、mixture多相流模型与Schnerr-Sauer空化模型,研究复现了阀口大尺度空穴。研究表明:面密封结构易导致流束内收缩效应,形成流束外扩与阀座壁面贴合的固定漩涡,进而诱导固定空化的形成。固定空化在恒定的入口压力条件下表现出尺度周期交变的喘振特性。出口压力条件不改变空化喘振频率,但出口压力越小喘振幅值越大。开度增大导致空化尺度先增大后减小,故喘振幅值先升高再下降;同时导致空化发育速度变慢,喘振频率下降。可依据对喘振特性的预测设置蓄能装置,实现更优的空化喘振削弱效果。     

水压锥阀流场的CFD解析

对水压锥闽流场进行了CFD解析，解析结果以可视的速度场和压力场分布给出。针对锥阀过流特性的分析结果对闽芯结构进行改进，将阀芯锥面与柱面直接相接改为圆弧过渡，改进后的结构明显减小了压力损失和阀内最小负压值，同时降低了阀芯所受轴向液动力。     

基于计算流体动力学解析的液压锥阀噪声评价

结合试验结果和计算流体动力学的解析结果，研究液压锥阀的噪声评价方法。对Oshima和Ichikawa试验所用的液压锥阀进行计算流体动力学解析，得到流入和流出两种工况下，对应不同的锥面夹角时阀座上的压力分布和速度分布。
对压力和速度进行积分加权分析，结合前人试验所得液压锥阀噪声特性，找到一种基于压力分布和漩涡脱离回流的液压锥阀噪声特性评价方法。应用该方法对实际液压锥阀进行噪声评价，评价结果与试验结果一致，证明了该方法的可行性。     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

PILOT LEAKAGE＇S INFLUENCES ON THE PERFORMANCES OF EXTRA HIGH PRESSURE PROPORTIONAL PNEUMATIC VALVE

A mathematic model is built up to analyze the influences of a pilot valve's leakage on the performances of pneumatic pressure proportional valve, and the performances are simulated by using MATLAB. The results indicate that using slide pilot valve in the valve system is feasible, but the leakage's influences can not be neglected, especially it may induce instability in a low output pressure situation. A pilot valve using too large throttle window will cause the valve oscillate. To improve the working condition of pilot valve, a method adopting different widths of two throttle window is proposed. According to our simulation, this method balances the pressure drop between the two stage throttle ports, and reduces the influences of pilot valve's leakage.     

小开度节流阀流场特征及空化流动的数值分析

基于两相空化流动的控制方程和湍流模型,对节流阀在小开度下的流场特征及空化流动进行数值分析。结果表明:流体在流经节流口时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。当节流阀出入口压差增大时,出口边界流速明显提高,出口两侧的流速差异更加明显,且在低速流一侧形成涡流。并且,出入口压力差的增加、阀门开度的减小会导致空化区域扩大,强度增加。研究成果可为节流阀的后续优化设计和操作提供理论依据。     

2D伺服阀矩形和弓形先导级气穴特性及影响因素

二维(2D)伺服阀因其阀芯集旋转和平移运动于一体,且具有先导控制和功率放大的特性,被广泛应用于航空、军工等领域的液压系统中。由于伺服阀先导级的节流口面积非常小,流体流经此处后会因压力骤降而产生气穴现象,将直接影响伺服阀的工作特性。利用Fluent软件,在不同的阀口开度、敏感腔体积、入口压力下,对矩形和弓形2D伺服阀的先导级阀口和流道进行了两相流仿真。结果表明:矩形和弓形先导级阀口均存在一个最佳开度,对气穴现象的抑制能力最强;矩形先导级结构内的气穴现象,受敏感腔体积变化的影响较明显;入口压力越大,敏感腔体积越大,气穴现象越显著,先导级内气体含量越多。     

基于Fluent的挖掘机多路阀动臂联流场分析

针对多路阀在使用过程中的发热、异响、压力损失过大等问题，应用数值模拟的方法对液压挖掘机多路阀动臂联进行流场分析。基于流体动力学理论，利用Fluent软件得到了动臂2联阀芯在开启过程中，节流槽前、后的流速、压力及其差值的变化情况。通过数据分析，得到了多路阀动臂联稳态流场的内部流动规律和稳态液动力变化规律。观察发现动臂2联阀口开度在2.1～4 mm时，压差与速差同时发生突降现象，并且液动力的变化较大，容易产生振动、噪音和气穴等现象。研究结果表明，通过对多路阀阀芯开启过程的流场分析，所获得的流速、压力和液动力等数据可以作为多路阀优化设计的参考依据，从而提升多路阀的工作效率和使用寿命。