气体减压器动态特性的仿真和试验研究

论文摘要

本文通过理论分析、数值仿真和试验研究等方法研究了减压器的增压、开启和转工况等动态过程,发现了影响减压器动态特性的关键参数及其影响规律,提出了改善减压器动态特性的方法,并进行了试验验证。研究结果加深了对减压器工作过程的理解,对减压器的应用和优化设计具有重要的指导意义。在对减压器展开结构分析的基础上,结合减压器在大流量供应系统的应用,阐述了减压器的工作原理,并详细介绍了减压器闭锁、增压、开启和关闭等四个工作阶段。建立了大流量气体供应系统的数学模型,包括流量方程、连续方程和活动组件运动微分方程,并对各方程分别建立了Simulink仿真模块,根据减压器工作原理将各模块组合构建了整个系统的Simulink仿真模型并进行了验证。依靠仿真模型对减压器进行了开启-转工况-关闭动态过程数值仿真,研究了阻尼腔体积、阻尼孔面积、控制腔体积、膜片有效面积和主弹簧刚度等结构参数对减压器动态特性的影响规律。搭建了减压器气体供应转工况试验系统,对减压器增压、开启、转工况和关闭过程进行了试验研究,通过压力和流量对比试验,研究了各工况下减压器动态过程的压力偏差、稳定性和响应特性。研究了减压器在一种大流量供应系统中出现的增压压力振荡问题,结合减压器结构开展了故障机理分析,建立了系统的AMESim仿真模型,搭建了增压试验平台,通过数值仿真和试验验证,提出了减压器增压压力振荡问题的解决办法。介绍了一种自主研制的小流量减压器,设计了减压器试验系统；对减压器进行了增压试验,结合减压器的结构分析了增压不稳定现象,提出了改善增压性能的方法；进行了通流试验,根据试验结果对减压器的压力偏差和流量特性开展了初步的分析。

论文目录

• 目录
• 图目录
• 表目录
• 符号说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 减压器简介
• 1.1.1 减压器的分类
• 1.1.2 减压器的应用
• 1.1.3 减压器的性能需求
• 1.2 减压器动态特性研究现状
• 1.3 基于MATLAB的Simulink仿真
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 减压器结构及其工作原理
• 2.1 减压器结构
• 2.2 减压器的工作原理
• 2.3 大流量供应系统
• 2.3.1 大流量气体供应系统
• 2.3.2 大流量液体供应系统
• 2.4 小结
• 第三章 减压器动态过程仿真研究
• 3.1 数学模型
• 3.1.1 试验系统简介
• 3.1.2 模型假设
• 3.1.3 流量方程
• 3.1.4 连续方程
• 3.1.5 活动组件运动微分方程
• 3.2 Simulink仿真模型
• 3.2.1 流量方程模块
• 3.2.2 连续方程模块
• 3.2.3 运动微分方程模块
• 3.2.4 Simulink仿真模型
• 3.3 仿真计算与分析
• 3.3.1 计算条件及模型验证
• 3.3.2 结构参数对减压器动态特性的影响
• 3.4 小结
• 第四章 减压器动态过程试验研究
• 4.1 试验方案
• 4.1.1 试验内容
• 4.1.2 试验系统
• 4.1.3 工况、试验件与时序设计
• 4.2 试验研究方法
• 4.2.1 试验基本过程
• 4.2.2 数据分析与评价
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 试验结果
• 4.3.2 压力偏差
• 4.3.3 稳定性
• 4.3.4 响应特性
• 4.4 小结
• 第五章 减压器增压压力振荡问题研究
• 5.1 试验系统及增压压力振荡问题
• 5.1.1 试验系统
• 5.1.2 增压压力振荡问题
• 5.2 故障机理分析及解决措施
• 5.2.1 故障机理分析
• 5.2.2 系统建模与验证
• 5.2.3 解决方案及仿真分析
• 5.3 试验验证
• 5.3.1 限开度改进及阻尼腔改进试验
• 5.3.2 卸荷腔改进试验
• 5.4 小结
• 第六章 小流量减压器试验研究
• 6.1 小流量减压器结构
• 6.2 试验方案
• 6.2.1 试验系统
• 6.2.2 试验内容
• 6.3 试验结果及分析
• 6.3.1 增压试验
• 6.3.2 通流试验
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表论文及撰写报告