泵阀系统加压泄压数值分析及实验研究

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《装备制造技术}2013年第9期泵阀系统加压泄压数值分析及实验研究李英年，范继彬，赵海成，白 冶(东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 1633 18)摘 要 ：泵阀控制系统是流体过程常用重要设备，泵开启时间和阀开度、开启时间对整个 系统性能有重要影响。针对某精密系统中的泵阀控制系统，通过数值分析方法进行泵最佳开启时间和阀最佳开启持续时间进行确定，并建立实验 系统对该泵阀系统进行测试，结果表明数值分析结果能很好指导实验，确定了该泵阀系统的重要工作参数，并为类似系统提供 了仿 真和试验依 据。

关键词：泵阀系统；数值分析；仿真中图分类号：TH38 文献标识码：B 文章编号：1672—545X(2013)09—0093—03泵阀系统作为过程工业中常用的过程控制设备，常用于对流体流动、系统中流体压力等进行控制。在大部分控制对象中，需要对泵开启 、关闭时间和阀开启、关闭时机进行精确地选择和计算以保证控制系统的正常工作 ，并达到对过程的控制目的。本次研究采用计算流体力学软件 Fluent，对某工业管道内检测转向控制装置液压系统加压过程和泄压过程进行模拟，为液压实验奠定基础，并提供时间间隔指导。

1 泵阀系统控制数值分析1．1加压过程仿真根据泵工作条件最大压力 3 1．5 MPa(300 Bar)，最大转速：6 000 r／min；阀尺寸：名义孑L径 1．016 x 10 m；人口流速为 5 m／s进行建模和计算流体力学模拟 ，对加压时间从 1 X 10 s到 3．3 X 10- s，以 1 x 10 S为步长进行数值分析，部分加压过程中随着模拟加压时间变化的气缸压力云图如图 1所示。

-薹(e)Time=2．3 X10 s (f)Time=3．3 X10一图 1 加压时间变化的气缸压力云图液压缸的模拟加压时间与压力变化的关系曲线如图2所示。从图 1和图2可以看出，将液压缸压力增加到 27．56 MPa所需的时间为 3．4 ms。

0 Lo 加 时 )2。 0图 2 液压缸最大压力随加压时间的变化曲线从模拟结果来看 ，压力的增长在初期并不是与加压时间呈线性关系，而是经历了三个阶段：第一阶段压力随着加压时间快速增加，但是增加速率逐渐变小；第二阶段液压缸压力随着加压时间缓慢增加，增速非常缓慢；如果加压时间超过 1 ms，压力则迅速随着加压时间线性快速增加。从加压时间和液压缸压力变化曲线可看出，在加压实验中应该以1 ms为指导时间，即定义 1 ms为加压间隔来调整加压过程。

1．2卸压过程仿真打开阀门使泵阀系统中液压缸的压力从27．6 MPa降低到 18．0 MPa时，所需要的时间约为 5．5 ms，图 3分别给出了卸压过程中随着卸压加压时间变化的气缸压力云图。

从气缸压力云图变化趋势分析 ，泄压过程较快 ，以1 ms为指导基准时间较合适，如果需要可以将时间间隔细化到0．5 ms。因此在泄压实验中也主要以 1 ms作为间隔调整基准时间，在低压力区可细化到 0．5 ms为间隔调整基准。

收稿 日期 ：2013—06—06作者简介：李英年(1989一 )男，河北人，东北石油大学，研究方向为过程装备与控制工程。

93Equipment Manufacturing Technology No．9，2013囊薰震 ——●一l耄纛萋螽耄 ——_ -薹纛蔓蓬 —■I 誓薰图3 卸压时间变化的气缸压力云图2 液压系统升降压实验建立升压、泄压时间控制实验台。在试验中，根据 Fluent模拟的结果，针对不同初始压力进行系列实验，得到具有代表性的一些实验结果。

2．1升压测试图 4中所有图横坐标代表升压时间，最小单位为ms，纵坐标代表升压中的电压值，单位为mV。从所有升压曲线可以看出，无论加载速率和初始压力如何，压力变化趋势都相同，即0mV lmV之间满足一 个变化规律，而 1 mV～6．9 mV间满足一个变化规律，高于6．9 mV满足一个变化规律，而且 1 ms的时间间隔可以满足准确的压力控制要求。在实际控制中可以根据压力段的电压来选取加压时间以期对压力进行精确的控制。

在图 5的(g)中，图之前曲线比较光滑，而当泄放时间超过 3．5 ms后降压曲线变得越来越粗糙，具体意义为出现了压力起伏现象。基于此，分别取泄放时间为 3．5 ms,和 1 ms进行不同初始压力下的泄压曲线研究。

(a)阀开启 12．5 泄压曲线(e)阀开启 3．5 ms泄压曲线(b)阀开启 8．5 ms泄压曲线(f)阀开启 1．5Ⅱ塔泄压曲线(c)阀开启 6．5 ms泄压 曲线 (d J阀开启 4．5 ms泄压曲线图5 相同初始压力、不同开启时间泄压曲线(1)不同初始压力，泄放间隔 3．5 ms,泄压曲线如图6所示，其中横坐标代表泄压时间，最小单位为 ms，纵坐标代表泄压中的电压值 ，单位为 mV。系列 1初始电压为 6．6 mV，系列 2初始电压为 6 mV，系列 3初始电压为 5．4 mV，系列 4初始电压为4．8 mV。

(2)不同初始压力，泄放间隔 1 ms'泄压曲线如图7所示。其中横坐标代表泄压时间，最小单位为ms'，纵坐标代表泄压中的电压值，单位为mv。系列1初始电压为6．5 mV，系列 2初始电压为 6．3 mV，系列3初始电压为6．1 mV，系列 4初始电压为5．9 mV。

图 6 不同初始压力泄放间 图 7 不同初始压力泄放隔3．5 ms泄压曲线 间隔 1 ms泄压曲线(a)初始电压0 mV，低速加压曲线 (b)初始电压0 mV，中速加压曲线 3 结束语(c)初 始电压 0mV，商速加压 曲线图 4 升压测试曲线2．2降压测试从以上泄压曲线可以看出，当阀开启时间大于6．5 ms时，泄压曲线大致相似。随着开启时间的缩短，在短时间内所能达到的最低压力越来越高，而且降压趋势特征出现了明显的变化。

针对给定参数的泵阀控制系统，利用 fluent开展仿真分析，并搭建试验平台进行试验研究 ，得出结论如下：(1)给定工艺参数的泵阀系统对泵阀进行控制的最佳升压泄压时间调整间隔为 1 ms'；(2)以 1 ms；为时间调整间隔，对泵阀系统进行升降压曲线测试，得到 3．5 ms'和 1 ms,时间间隔下的压力随时间变化曲线，为泵阀控制系统提供基础数据依据。

二
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j二一一厂 ～一～ _《装备制造技术)2013年第9期参考文献 ： 1996.

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Daqing Heilongjiang 1 633 1 8，China)Abstract：The pump and valve control system is a fluid process commonly used equipment，the pump turn-on time andthe valve opening degree of the turn-on time has an important influence on the performance of the entire system．in thispaper，for pump and valve control system of a sophisticated system，the pump turn— on time and the valve openduration are determ ined by a numerical an alysis method，an d establishing the experimental system for testing of thepump mad valve system ．Th e results show that the numerical resul~ Cal guide the experiment effectively，determ iningoperating parameters of the pump and valve system，an d providing simulation an d experimental basis for a similarsystem .

Key words：pump and valve system；numerical analysis；simulation、 羹一套 一女 一●一女 一●一女 一套一女 一套一套 一套一套 一套一套一 套一套 一套一女 一套一套 一女一套 一套一套 ● 套 一套
一 套 ， 套一套 一套 一女 一套 一套 一套 一套一套 一女一女 一寞一套一套 一套一羹 一套一套，(上接第 87页)参考文献：[11阎承沛．真空热处理工艺与设备设计【M】．北京 ：机械工业出版社，1998.

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Performance Analysis of Graphite for Vacuum Heat Treatment FurnaceLI Shao—lin，YAO Hong—bo，YANG Bo，ZHONG Song，DU Qi(CoUege of Mechanical and Electronic Engineering，Guilin University of Electronic Technology，Guilin Guangxi 541004，China)Abstract：In this article，by using theoretical analysis an d the numerical simulation software ANSYS
，
the material of thecommon heating element is analyzed，as a resuh the pe rform ance of therm al expan sion
，therm al resistance，radiation andother aspects is obtained．Analysising and comparing the advan tages an d disadvan tages of graphite as a heating elementprovides a theoretical basis for the design of vacuum heat treatment furnace
． Key words：graphite；heating element；vacuum heat treatment furnace95