氧气呼吸器减压阀稳定性分析.pdf

压气动与容封/2013年第12期
氧气呼吸器减压阀稳定性分析
陈于金
(中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆404100)
摘要;通过分析氧气呼吸器减压阀的工作原理,建立减压阀线性化模型,通过 MATLAB软件仿真,分析了入口压力、出口流量等工作
参数以及单独改变某一主要的结构参数(如阻尼腔面积、出口腔面积)对减压器稳定性的影响规律,提出了减压阀结构参数值范围,对
氧气呼吸器减压阀的设计优化具有参考价值。
关键词:氧气呼吸器;减压阀;稳定性;结构参数
中图分类号:1IYH138:X936
文献标识码:A文章编号:1008-0813(2013)12-0004-0
Stability Analysis of Reducing Valve for Oxygen Breathing Apparatus
CHEN Yu-jin
( Chongqing Branch Institute of China Coal Technology Engineering Group Corp, Chongqing 404100, China)
Abstract: By analyzing structure and working principle of reducing valve for oxygen breathing apparatus, linear model of the valve can be
established, with MATAB software his stud anal ze the i luene of he let ere he outlet flow and other operating parameters
and a major structural parameters (such as the volume of damping chamber, the volume of the export cavity when changed alone on the
stability of the valve, then proposed the range of number values on structural parameters and had reference value for design optimization of
reducing valve for oxygen breathing apparatus
Key words: oxygen breathing apparatus; reducing valve; stability; structural parameters
0引言
组成,结构见图1。
减压阀是氧气呼吸器的重要组成部分,是将高压
进气口
口
出口腔
氧气减压为相对稳定中压的一种装置,是氧气呼吸器
的心脏四,通过启闭件的开度来调节介质的流量,将阀
出口
阀座
前管路较高的压力减少至阀后管路所需的压力,使阀
流通孔
后压力保持在一定范围内,在流量和进口压力不断变
弹
化的情况下,保持出口压力在设定的范围内四;减压阀
阀杆
泄压国
的稳定性是减压阀抗干扰能力的一个标准,体现了减
阻尼腔
压阀动态特性,对呼吸器性能影响至关重要,因此,笔
阀盖
阀杆底面
者在此对氧气呼吸器减压阀动态特性进行分析,得到
日1滅压阌结构示意图
了工作参数(入口压力、出口流量)及结构参数(弹簧刚
度、阀口直径、阀芯质量、出口腔容积、通流孔面积和阻
减压阀减压的过程是高压气体流过减压阀的阀芯
尼腔容积)对减压阀稳定性的影响规律,有益与氧气呼与阀座之间形成的狭窄通道时,气体受到节流,从而引
吸器减压阀结构改进与性能改善。
起压降;当进入减压阀的氧气压力和流量发生变化时
或当输出氧气压力和输出流量发生变化时,压力为p1
1减压阀结构及工作原理
的压缩空气,由上端进气口输人经阀口节流降压后,以
该氧气呼吸器减压阀(以下简称减压阀)为顺流活压力p2输出,减压阀不工作,阀芯处于常开状态,当
塞式小流量减压阀,主要由阀杆、阓座、弹簧和阀盖等节流后的氧气进入阻尼腔时,反作用于阀杅底画,使弹
簧继续被压缩,开度减小,膛室压力也随着变小,而膛
收稿日期:2013-08-27
室压力减小,弹簧反弹,阀口开度变大,膛室压力增大;
作者简介:陈于金(93),男,福建南平人、工程师,学士,主要研究方向个当作用在阀杆底面积的作用力与弹簧力、活塞摩擦力、
体防护装备、矿山应急救援技术。
活塞阀芯处气体压力相平衡时,减压器就获得一个合
H
Matics Seals/No122013
适的开度,实现对出口压力的控制?。
的变化量
2模型建立
Ax阀口开度的变化量。
2.1减压阀受力分析
2)连续性方程
减压阀受力分析见图2、图3。
Ami,= Vo d(Ap1). po d(4v)
p1ov1o d(4TI)
dt
(4)
R
P
dt R
dt
3030
d(△T
dt
图2减压阀受力分析
仅考虑减压阀处于动平衡瞬间,由动量定理可得
Lっ
平衡方程
dt R To dt
Pap V2o d(472)
-F
式中P1ー人口气体压力
式中V1o-人口气源初始体积
阻尼腔气体压力
阻尼腔初始体积
出口腔气体压力(Pa
出口腔初始体积
S2--阀口面积;
R。一摩尔气体常数;
S,一阀杆底面积;
Po-入口气体初始压力;
D一气体密度;
阻尼腔气体初始压力
P0-出口腔气体初始压力
一阀芯接流处质量流量
3)等熵方程
2.2减压阓数学模型
气瓶流向出口腔等熵方程为
根据伯努利方程和 Taylor公式得到减压阀线性化
d(47; )T d(AT))K-1 To d(Ap
控制方程,通过拉普拉斯变换,得到减压阀传递函数。
k pa
1)流量方程
K-I
30
减压器阀芯节流处流量方程为
K po da
d(4A72)_7md(A7)K-17d(4p2)
AT
dt
K
减压阀通流孔处流量方程为
Td(ム
20
K pan dt
d42+2l4P
式中7o-入口气源初始温度:
减压阀出口处流量方程为
T20-一-阻尼腔初始温度
Tー-出口腔初始温度
10 3-1,Ap
K一气体比热比。
a?
4)活动部件运动方程
式中△m1、4m2及△m3—-阀芯节流处、通流孔节流
a
=(4n1-4P3)S+cl4p
OF
处以及出口处流量的变化量;
4P1、2及43一人口压力、阻尼腔压力以及出
日压力的变化量:
A7,、AT2及A73一人口、阻尼腔以及出口腔温度式中F=「n1一稳态力