单级压力调节阀的流激振荡行为与稳定性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51565027
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
41.0万
负责人：
闵为
依托单位：
兰州理工大学
学科分类：
E0502.传动与驱动
结题年份：
2019
批准年份：
2015
项目状态：
已结题
起止时间：
2016-01-01 至2019-12-31

项目参与者：
魏列江；张玮；张继铭；曹文斌；张硕文；解浩；
关键词：
流激振荡振动稳定性流固耦合单级压力调节阀

项目摘要

Single-stage pressure regulating valve，which regulates pressure directly or works as pilot valve in multistage pressure regulating valve, is the essential component in hydraulic systems. Instability phenomenon of single-stage pressure regulating valve results in great pressure fluctuation, even incurs safety accidents, what is more, instability mechanism is still not clear, then, unpredicted vibration has a strong impact on reliability of hydraulic systems..Instability phenomenon of single-stage pressure regulating valve is caused by coupling of spring-poppet and flow excitation, and this project will focus on the instability phenomenon of poppet from flow-induced oscillations. In this project, critical factors influencing cavity shape and bubble discharge period will be studied to reveal internal relations between intermittent bubble discharge and instability phenomenon, and reflection and superposition of disturbance wave will be studied to reveal the mechanism that how superposition of pressure disturbance wave and surface viscous force amplify poppet axial vibration. On this basis, spring-damping-poppet nonlinear vibration of single-stage pressure regulating valve will be modeled, stability criterion will be presented, and compensation method of poppet axial vibration stability will be obtained. The research results will provide reference for stability research on nozzle-flapper and jet pipe in hydraulic servo valve.

单级压力调节阀或者直接参与系统工作，或者作为多级压力调节阀的导阀调节系统压力，是液压系统中必不可少的的功能元件。单级压力调节阀的调压失稳会导致系统压力大幅波动，甚至引发安全事故，而由于阀芯的失稳振荡机理尚不清楚，其调压失稳的不可预知性严重影响了液压系统的工作可靠性。.单级压力调节阀的失稳振荡本质上是弹簧-阀芯振动系统与流场激励耦合作用的结果，本项目拟从阀内的流激振荡行为研究阀芯的失稳振荡机理。研究影响空泡形态和脱落周期的关键因素，揭示空泡周期性脱落与阀芯失稳振荡的内在联系；研究阀内压力扰动波反射、叠加过程，揭示压力扰动波与表面粘滞力的叠加对阀芯轴向振动的选择性放大机理；在此基础之上，建立单级压力调节阀的弹簧-阻尼-阀芯非线性振动模型，提出稳定性判据，并获得阀芯轴向振动稳定性的补偿方法。本项目研究结果也可为液压伺服阀中的喷嘴-挡板、射流管稳定性研究提供参考依据。

结项摘要

单级压力调节阀本质上是浸没在油液中的弹簧质量振动系统，在系统内诸多扰动因素的激励下极易产生失稳振动，由此导致的液压系统压力波动可达5MPa，严重影响了系统的工作稳定性和可靠性。. 本项目通过采用流固耦合计算与可视化实验的方法，研究了带阻尼孔结构锥阀（先导级锥阀）和不带阻尼孔结构锥阀的失稳振动形态，得到了不同失稳振动形态下的流场瞬态变化特征，揭示了锥阀不同失稳振动形态随流量变化的规律，并发现接触式失稳振动与非接触式失稳振动之间存在过渡状态；研究了阀口空气型空化的形态，得到了空化流动的周期性与斯特劳哈尔数的关系；研究了系统内的多种振动激励因素以及压力扰动波的传播过程，揭示了单级压力调节阀失稳振动的主要激励因素；研究了锥阀阀芯表面力波动的相位关系，提出了增加阀芯轴向振动动态阻尼的方法。本项目的研究结果为高稳定性压力调节阀的设计奠定了理论基础。. 该项目共培养博士研究生1名，硕士研究生2名。发表学术论文7篇（其中ECI/EI收录6篇，优秀会议论文1篇）。