基于solidworks flow simulation的比例阀和真空泵的选型与优化

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1、基于SolidWorksFlowSimulation的比例阀和真空泵的选型与优化撰文/北京七星华创电子股份有限公司工业炉分公司张永军北京盛维安泰系统技术有限公司李跃超在真空泵和罐体之间装一台比例阀，比例阀和真空泵配合可改变抽速，保证罐内恒压。比例阀根据压力变化要求提供维持需要压力，比例阀与真空泵的选型多数靠经验来匹配，往往出现高能耗。通过Solid时开启气动挡板阀-Φ16，比例阀，比例阀和真空泵组成闭环，由PLC控制其开度。此设备大部分时间在此状况下工作。在一个实例中，比例阀结构是通径Φ20的蝶阀，阀板在0°～90°转动，以实现0%～10

2、0%开启度。在保证0.6atm恒压时，开启滑阀泵，比例阀开度8%。其8%～100%调节用不到，而且极不灵敏。我们判断比例阀通径选大了。选多大合适呢？结合Solid下，需要换算在0.6atm下的流量），出口体积流量70L/S，网格化后计算出现问题，因为此内流管道分析问题中有三个变量，入口压力、出口压力和流量，软件会根据已有的两个变量计算第三个变量，如题入口、出口都指定了流量边界条件，软件不支持此种边界条件的输入，换句话说入口与出口的质量是守恒的。所以此方案行不通。方案二：分析此案例中零部件，流体在比例阀开度变化过程中，各管道和元器件流动参数

3、比较稳定，但在比例阀前后接近的区域变化较大，因此将比例阀前后掐头去尾，等效成如图3所示结构。中间Φ10部分可调，等效为比例阀阀板。左端为出口边界条件，抽速70L/S。右端不能添加体积流量入口边界条件，改为0.6atm总压。我们计算比例阀开度为Φ10时，右端入口是否为1atm下0.5L/S体积流量的Ar。环境为常温、0.6atm。调整比例阀开度，达到1atm下0.5L/S流量时，此开度即为所求。三、模拟过程在CAD中完成建模，在FLO下的体积流量（图12）。结果后处理：可以查看网格、切面图解、等值面、流动轨迹和探测等结果可视化功能（图13）

4、。查看目标结果：可以查看入口、出口的质量流量、压力和速度之间的关系（图14和图15）。当比例阀开度等于Φ10的孔时，如果需要保存炉体压力为0.6atm的压力时，需要的流入系统的体积流量在1atm时为8.0619L/S。如果0.5L/S的流量维持0.6atm压力，需要调整比例阀开度，利用Flom～10mm（图16）。添加目标并定义目标的公差范围（图17）。优化算例点（图18和图19）。经过软件设计点的采样计算，按照定义的目标。软件优化孔直径为Φ2.658mm，取整Φ2.7mm，符合实际的比例阀调节开度。运用参数研究中的功能，保持孔直径为Φ2

5、.7mm不变，改变出口的体积流体为70L/S、60L/S、50L/S、40L/S、30L/S、20L/S、10L/S、9L/S、8L/S，记录对入口体积流量的变化。添加边界条件作为变量类假设分析型为离散值（图20）。定义目标参数输出（图21）。假设分析结果输出（图22）。对比增大出口的体积流量对入口的参数（流量、速度）影响几乎不变，改变的是出口的流体速度与流体密度（可以将入口、出口的气体密度作为目标参数），使用出口大体积流量需要更多的能耗、流速过大会产生设备震动和噪音。四、结语根据分析结果可以判断选用合适通径的比例阀。实际改为Φ10通径比

6、例阀。保持炉体内0.6atm时开度40%，变化灵敏，精度高。五、引申由于抽速大于某个值，对压力和比例阀开度没有影响，因此可以增加9L/S抽速的旋片泵作为维持泵，在保证恒压时替代滑阀泵。如图23所示。（1）减少噪音。（2）减少滑阀泵保养次数，增加滑阀泵寿命。（3）降低使用成本，滑阀泵电机功率7.5kW，旋片泵电机功率1.5kW，价格5000元，设备连续生产3个月，所节省的电费，已经高于旋片泵价格。六、讨论（1）定义比例阀两端腔室的压力为目标，同时使用方程式目标表达压差，维持压力不能太低，要保证管道内存在流体流动时，本案例成立。（2）实际工况

7、，气体流经罐内加热体，但比例阀前后温差很小，且约等于环境温度，因此不考虑温度变化。（3）此案例可制作一个原始模型，解决此类问题。（4）将一个复制的系统问题，提取关键因素，合理的简化，是仿真分析的精髓。