減壓閥靜態(tài)偏差和穩(wěn)定性的控制 張偉（上海申弘閥門有限公司）
擅要：在以往的設(shè)計(jì)中，由于只考慮了減壓閻的靜態(tài)特性，忽視了減壓閥的動(dòng)態(tài)特性，致使減壓閥經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，出現(xiàn)噪聲。用控制減壓閥膜片有效面積的方法，成功地解決減壓閥的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能的設(shè)計(jì)問題。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)比較證明，該方法是可行的。
主題詞：減壓閥，膜片，動(dòng)態(tài)特性，靜態(tài)特性
Abstract：The existing reducer design causesthe reducerto vibrate andtomake a noise USU6IⅡy，when considering of only static characteristic but neglecting of dynamic performance．Using a newmethod of controlling effective diaphragm area introduced in this paper，static and complex dynamiccharacteristic problems can be solved successfully．The computation and the experimental results werecompared．The validity of the method was confirmed by the experimental results．Subject terms：Relief valve，Diaphragm，Dynamic characteristic，Static characteristic
1引言
減壓閥是保持出口壓力基本不變的裝置。減壓閥的工作介質(zhì)是貯存在球形鈦瓶中的氣體，一旦工作，瓶內(nèi)的壓力就要逐漸下降，由于減壓閥膜片的作用，輸出的壓力基本不變。膜片直徑越大，出El壓力偏差就越小，閥的靜態(tài)性能就越好。但是，膜片直徑越大，運(yùn)動(dòng)件越容易超調(diào)，具有質(zhì)量、彈簧、阻尼元件的減壓閥就要出現(xiàn)動(dòng)熱能的交替轉(zhuǎn)換，若沒有足夠的阻尼對其衰減，閥就要振動(dòng)，出現(xiàn)噪聲。這種狀態(tài)的持續(xù)會使膜片產(chǎn)生聲疲勞，喪失調(diào)節(jié)作用。靜態(tài)偏差和穩(wěn)定性是減壓閥的重要性能。本文用控制減壓閥膜片有效面積的方法，成功地解決了減壓閥動(dòng)靜特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。
2減壓閥優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方程
圖1為減壓閥的示意結(jié)構(gòu)，氣體經(jīng)開度為h的節(jié)流口使壓力A降為A，令P。為與初始入口壓力加對應(yīng)的初始出口壓力，它是由旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘改變彈簧力得到的。減壓閥是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，相對逐漸下降的每一點(diǎn)入I：1壓力A的出1：3壓力A，同初始值九相比總要有一個(gè)設(shè)
dA．～一殼（／A屯一／P，^。）‘ （1）
式中：dA?為出口壓力的大偏差，N／m2；山為膜片的有效面積，m2；加為入n壓力的初始值，N／m。；屯為入口壓力作用面積，m。；P’為彈性元件剛度，N／m；ho為初始開度，m。式（1）是從靜態(tài)導(dǎo)出的結(jié)果，計(jì)算大出口壓力偏差跟傳統(tǒng)的逐點(diǎn)求法相比，方法簡單，能將大偏差一次求出，只要不超過設(shè)計(jì)要求，則在‰下降到Ae范圍的dA均不大干dA?但式（1）不包括對動(dòng)態(tài)行為的描述，所以它不能解決閥的穩(wěn)定性問題。
閻的動(dòng)態(tài)問題通常是用排量的變化來驗(yàn)證的。突變的排量能激發(fā)出閥的動(dòng)態(tài)行為，排量的變化會使減壓閥低壓腔的壓力跟著變化，根據(jù)質(zhì)量連續(xù)定律得：
5；n為減壓閥低壓腔容積，m3；A。為出口限流孔面積，m2；R為氣體常數(shù)，N·m／（kg·K）；L為介質(zhì)出IZl溫度，K；n為絕熱指數(shù)；如為放大系數(shù)，N／m3；Kx一謝。／,o／Az；d。為閥座直徑，m；Ka：為放大系數(shù)，N／m4；K^一p。／Az。式（3）表明，當(dāng)排量階躍變化時(shí)（即dA：階躍變化時(shí)），輸出信號dA（s）同dA。（s）之間成一積分關(guān)系。從式（2）看出，輸出量的變化速度警同dA：之比為一常數(shù)K。。／k，這說明‰越大，也就是減壓閥低壓腔容積n越大，警就越小，壓力A變化越慢，這就是低壓腔容
第2期減壓閥靜態(tài)偏差和穩(wěn)定性的控制
積越大閥越容易穩(wěn)定的道理。階躍排量引起的變化反饋回路在膜片處與彈簧力進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。反饋回路是含有慣性力、阻尼力的振蕩環(huán)節(jié)，在上述的初始條件下，其拉氏變換式為：為時(shí)間常數(shù)，s；m，為運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量，kg；^為系數(shù)'s．墨一山／P’為放大系數(shù)，m3／N。
根據(jù)式（3），（4），很容易求出閉環(huán)特征方程。并由Rou—Hurwitz判據(jù)得：也>T2墨Kx
（5）將各系數(shù)的具體表達(dá)式代入式（5）得減壓閥的穩(wěn)定判據(jù)
式（6）表明，只要穩(wěn)定系數(shù)S>1，閥就穩(wěn)定。式（1）能幫助我們解決靜態(tài)問題；式（6）可幫助我們解決動(dòng)態(tài)問題。綜合兩式能得到既滿足靜態(tài)要求又滿足動(dòng)態(tài)要求的膜片有效面積的不等式：
（7）這就是減壓閥優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方程。表1給出了減壓閥膜片有效面積的計(jì)算實(shí)例，并與實(shí)測值做了對照?？梢钥闯觯灰愠龅腁“。>A”像減壓閥A和C，一定能找到*的、能滿足動(dòng)靜特性要求的膜片有效面積值；若算出結(jié)果是Am>九。，像減壓閥B和D，就很難選出一個(gè)理想的山值，這時(shí)，就得重新選擇彈性元件剛度等其它部位的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使Ar。>At。，特別是減壓閥B，明顯看出其彈簧剛度偏低，改進(jìn)后效果好轉(zhuǎn)n“]。Dyl．a(chǎn)mlc state Stable Vibration Stable Vibration
Y410型薄膜式減壓閥產(chǎn)品資料 一、產(chǎn)品[Y410型薄膜式減壓閥]的詳細(xì)資料： 產(chǎn)品型號：Y410/416X/425型 產(chǎn)品名稱：直接作用彈簧薄膜式減壓閥，Y410型薄膜式減壓閥 產(chǎn)品特點(diǎn)：Y410型薄膜式減壓閥屬于直接作用式薄膜彈簧減壓閥。主要由調(diào)節(jié)彈簧、膜片、活塞、閥座、閥瓣等零件組成。利用膜片直接傳感下游壓力驅(qū)動(dòng)閥瓣，控制閥瓣開度完成減壓穩(wěn)壓功能。本產(chǎn)品在城市建筑、高層建筑的冷熱供水系統(tǒng)中，可取代常規(guī)分區(qū)水管，節(jié)省設(shè)備。也可在通常的冷熱水管網(wǎng)中，起減壓穩(wěn)壓作用。Y410型薄膜式減壓閥調(diào)壓、穩(wěn)壓動(dòng)作平穩(wěn)，適用于水和非腐蝕性液體介質(zhì)的管路。 二、Y410型薄膜式減壓閥主要零件材料：
*：殼體試驗(yàn)不包括膜片、閥蓋
四、Y410型薄膜式減壓閥流量系數(shù)（Cv）：
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Y410型薄膜式減壓閥相關(guān)的產(chǎn)品：
水用減壓閥 蒸汽減壓閥 比例式減壓閥 煤氣減壓閥 螺紋蒸汽減壓閥 空氣減壓閥 波紋管減壓閥 杠桿式減壓閥 支管減壓閥 氣體減壓閥
3結(jié)論
根據(jù)減壓閥的入口壓力的初始值加、排量g一允許的出口壓力的大偏差d聲。，一，先取適當(dāng)?shù)膹椥栽偠萈’，可求出滿足靜態(tài)要求的膜片的有效面積值A(chǔ)e，；再根據(jù)介質(zhì)的物理參數(shù)、閥座直徑do、運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量螄、彈性元件剛度P，、減壓閥低壓腔容積仉求出滿足動(dòng)態(tài)要
求的膜片有效面積值A(chǔ)m。比較兩個(gè)有效面積的計(jì)算結(jié)果，選一個(gè)介于兩者中間的面積值山，就可以使減壓闊的綜合性能達(dá)到滿意的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
1沈金海．周光國．減壓閥動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)分析．見：第三次全國減壓閥學(xué)術(shù)討論會論文．北京：1984．
2樸龍奎．反向式減壓閥的穩(wěn)定系數(shù)，閥門，1988（2）
客服1號