[发明专利]一种具有流固耦合振动消除的减压阀设计方法及减压阀

说明书

本发明提供一种流固耦合振动消除的减压阀设计方法及减压阀，该设计方法具体过程为：步骤一、通过有限元软件建立减压阀流固耦合振动模型；步骤二、改变减压阀关键部件之间的阻尼比，使得敏感活塞与阀体之间的运动阻尼比在75％至100％之间，且弹簧座与阀体之间的运动阻尼比在20％到50％之间，实现减压阀的设计。本发明设计的减压阀能够有效控制在各种进出气工况下的共振，具有实施简单与方便的效果。

技术领域

本发明属于航天工程技术领域，具体涉及一种具有流固耦合振动消除的减压阀设计方法及减压阀。

背景技术

减压阀(如图2)是运载火箭地面供气系统中的一个关键单机。减压阀在工作时将气源的高压减低并稳定到所需的压力。当减压阀结构参数设计与实际工况不匹配、且进出口压力高、流量大、介质为氦气、氮气和空气等时，减压阀开阀瞬间极易发生流固耦合共振，进而引起整个系统发生强烈共振。由于减压阀振动属于流固耦合振动，其振动机理极其复杂，故对减压阀发生的流固耦合振动进行有效控制是非常困难的。

发明内容

本发明的目是提供一种具有流固耦合振动消除的减压阀设计方法及减压阀，利用该方法可以解决减压阀流固耦合振动消除问题。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种流固耦合振动消除的减压阀设计方法，具体过程为：

步骤一、通过有限元软件建立减压阀流固耦合振动模型；

步骤二、改变减压阀关键部件之间的阻尼比，使得敏感活塞与阀体之间的运动阻尼比在75％至100％之间，且弹簧座与阀体之间的运动阻尼比在20％到50％之间，实现减压阀的设计。

进一步地，本发明所述敏感活塞与阀体之间的运动阻尼比为75％，弹簧座与阀体之间的运动阻尼比为20％。

一种具有流固耦合振动控制功能的减压阀，其中所述减压阀的敏感活塞与阀体之间的运动阻尼比在75％至100％之间，且弹簧座与阀体之间的运动阻尼比在20％到50％之间。

有益效果

本发明设计的减压阀能够有效消除在各种进出气工况下的共振，具有实施简单与方便的效果。

附图说明

图1为本发明设计方法的流程图；

图2为本发明实施方式的减压阀三维结构图；

图3为减压阀流固耦合振动有限元模型图；

图4至图6是第一种阻尼条件即敏感活塞与阀体之间运动阻尼比为5％、弹簧座与阀体之间的运动阻尼比为0的三种进、出气工况下减压阀流固耦合振动有限元计算的三阶模态；

图7至图9是第二种阻尼条件即敏感活塞与阀体之间运动阻尼比为75％、弹簧座与阀体之间的运动阻尼比为0的三种进、出气工况下减压阀流固耦合振动有限元计算的三阶模态；

图10至图12是第三种阻尼条件即敏感活塞与阀体之间运动阻尼比为75％、弹簧座与阀体之间的运动阻尼比为20％的三种进、出气工况下减压阀流固耦合振动有限元计算的三阶模态。

图13为三种阻尼状态减压阀在开阀瞬时的三个减压阀进气口、出气口和调压腔附近测点振动加速度对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法的实施方式做详细说明。

设计原理：通过分析减压阀的工作原理，发现敏感活塞、阀芯和弹簧座是减压阀的关键运动部件，其中敏感活塞和弹簧座这两个关键部件与减压阀阀体之间的运动阻尼是可以改变的；再通过减压阀台架试验发现：在各种工况下减压阀发生共振的频率在75Hz至210Hz之间。基于上述分析本发明提出通过改变减压阀关键部件的运动阻尼比，从而控制减压阀开阀瞬间发生的流固耦合共振。