[发明专利]一种可量化的气动阀门动力学稳定性判别方法

权利要求书

1.一种可量化的气动阀门动力学稳定性判别方法，其特征在于步骤如下：

1)采用集总参数构建气动阀门动力学模型；

2)根据小扰动分析法将气动阀门动力学模型线性化，获取各参变量的线性齐次方程组；

3)根据步骤2)获得的线性齐次方程组及其有解条件，获得气动阀门的动力学稳定性行列式|A|=0；

4)求解气动阀门的动力学稳定性行列式|A|=0，获取气动阀门稳定性行列式的特征根；

5)根据步骤4)得到的气动阀门稳定性行列式的特征根，进行气动阀门动力学稳定性的判别：若所有特征根的实部均为负数，则阀门是稳定的；若特征根中存在非负实部，则阀门将是不稳定的，且特征根中正实部越大，则阀门越不稳定，特征根中负实部越小，则阀门越稳定。

2.根据权利要求1所述的一种可量化的气动阀门动力学稳定性判别方法，其特征在于：所述步骤1)中采用集总参数法构建阀门的动力学模型的具体建模方法如下：

11)设阀芯为单自由度运动，每一个阀芯i的运动方程为：

mid2zidt2=Fpi-cidzidt-ksi(zi+zi0)]]>

式中：t为时间；z_i为阀芯i运动位移；m_i为阀芯i质量；c_i为阀芯i阻尼系数；F_pi为阀芯i压差作用力；k_si为阀芯i弹簧刚度；z_i0为阀芯i的弹簧预压缩量；

12)对于每一个阀腔，根据热力学状态第一定律及理想气体状态方程，容腔内的压力变化方程为：

dpjdt=RgTj1Vjdmj1dt-RgTjVjdmj2dt-mjRgTjVj2dVjdt1-Rgcp]]>

温度变化方程为：

dTjdt=cpTj1dmj1dt-cpTjdmj1dt-pjdVjdt+RgTj(dmj1dt-dmj2dt)mjcp-mjRg]]>

式中：p_j为阀腔j压力；T_j为阀腔j温度；T_j1为阀腔j入口介质温度；V_j为阀腔j体积；R_g为气体常数；c_p为定压比热；dm_j1／dt为阀腔j入口质量流量；dm_j2／dt为阀腔j出口质量流量；

13)根据孔板流量公式，通过阀腔j的入口和出口质量流量方程为：

通过阀腔j的入口流量：

dmj1dt=Aj1Cjq1Cjm1Pj1Tj1;]]>其中C_jm1的取值为：

式中，p_j1为阀腔j入口介质压力；C_jq1为阀腔j入口流量系数，A_j1为阀腔j入口通流面积；k为比热比；p_cr为临界压比；

通过阀腔j的出口流量：

dmj2dt=Aj2Cjq2Cjm2pjTj;]]>其中C_jm2的取值为：

式中，C_jq2为出口流量系数，A_j2为出口通流面积；p_j2为阀腔j出口介质压力；

14)根据步骤11)-步骤13)获得的阀芯的运动方程，阀腔的压力、温度变化方程，阀腔的入口出口流量方程，建立气动阀门的(2i+2j)阶动力学微分方程组：

dz1dt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,Tj)]]>

du1dt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,Tj)]]>

dp1dt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,Tj)]]>

dT1dt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,Tj)]]>

……

dzidt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,T)]]>

duidt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,T)]]>

dpjdt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,T)]]>

dTjdt=f1(z1,u1,...,zi,ui,p1,T1,...,pj,T)]]>

式中，u_i为第i个阀芯的运动速度。