高压气动多级调速系统阻尼器排气特性研究

　　引 言

　　由于目前国内外市场上缺少高压气动比例或伺服控制阀，所以为实现高压气动装置的速度控制的要求，一种可行的方法是采用6 个高压二位二通电磁开关阀组成的控制阀组集成于单出杆双作用气缸上，并借助于控制阀组中带有不同排气阻尼器的二位二通电磁开关阀的通、断，实现单出杆双作用气缸推动机构达到快、慢速伸出和快、慢速收回的功能。此时，控制阀组中带有特殊排气阻尼器的二位二通电磁开关阀不再是单一功能的开关阀，而且兼有导通时的节流调速功能。这种多级调速气动系统原理图如图 1 所示[1]。

　　从图 1 可以看出，件 4、5、7 和 8 则为经改进设计后的高压二位二通电磁开关阀，它们的排气阻尼器是根据机构应达到的快、慢速伸出和快、慢速收回的特殊功能而设计的。件 3 和 6 控制单出杆双作用气缸9 的运动方向;件 4、5、7 和 8 则分别控制单出杆双作用气缸 9 的运动速度本方法的一项关键技术是排气阻尼器的设计，其排气特性直接影响多级调速的效果，由于阻尼器较多，完全通过试验来选取不仅周期长而且难以达到最佳的效果，为此必须进行详细的理论分析。本文采用CFD 的方法对此问题进行深入研究。这里主要是针对高压气体经所设计的二位二通电磁开关阀的排气阻尼器时的气体射流问题，利用 FLUENT软件进行仿真分析与计算，主要分析高压气体排气流量，定压排气时的速度场，压力场，温度场等，为二位二通电磁开关阀的排气阻尼器设计提供理论依据。

　　1 建立计算模型

　　作为常见的流体介质，空气的主要流动性质包括连续性，易流动性，粘性和可压缩性。阀内高压气体在阀门打开瞬间的射流问题属于内流问题，需要考虑气体压缩性。严格上讲阀(管)内的高压气体射流需要使用滑移网格技术，使用可压缩，粘性，非定常流体动力学模型来描述整个排气过程[2]。

　　为把问题简化，本文将模型简化为入口定压的定常问题，从而计算不同入口压力下的排气流量和速度场，压力场等。

　　1.1 模型网格设计

　　根据所研究的二位二通电磁开关阀的具体结构，建立如图2所示的高压二位二通电磁开关阀的CFD 网格模型。

　　1.2 边界条件

　　参见图 2，具体边界条件为：右边管口为压力入口，给定 2MPa 到 18MPa 之间的一些离散值;左边管口为压力出口，为标准大气压.

　　实际计算时，在出气管口外再加一段流体，这段流体的内径不等，以实现不同排气面积下的高压气体射流仿真，以模拟计算排气阻尼器的排气特性。仿真计算出气管口直径分别为 0.5mm，0.8mm，1.2mm，1.6mm 和 2mm 四种不同情况下的高压射流流动特性。