0 引　言

某船舶系统引入外部海水对多个水舱进行注水，借鉴城市供水管网系统压力管理方式，在供水管路设置减压阀保证管网安全和系统平稳化^[1]，减压阀与系统用水需求之间的匹配是系统设计过程中着重考虑的问题。AMESim软件是商用化的流体仿真软件，其液压元件库可以搭建各种液压阀和流体系统模型，从而完成液压系统的仿真分析。多位学者基于AMESim平台构建了减压阀的仿真模型^[2～3]，并对减压阀的动态和静态特性进行研究。本文首先对选用的减压阀工作机理进行分析，在此基础上基于AMESim液压元件库构建了减压阀的仿真模型，并研究了减压阀的调压范围及稳定性。然后，构建减压注水系统的系统模型，将减压阀模型代入系统，进行减压阀动态特性及与系统压力、流量匹配特性的研究。通过仿真分析加深了对系统工作特性的理解，同时为系统设计提供了理论指导。

1 减压阀结构及原理

系统选用的减压阀结构如图1所示，主要由调节弹簧、阀盘、阀杆、膜片等组成。系统工作前，调节手轮压缩弹簧，弹簧力增加推动膜片向下移动，水由A口流入B口，出口压力上升，同时作用于膜片下方，当出口水压作用于膜片上的力与弹簧力形成平衡时，阀门关闭。系统工作时，出口压力降低，阀门开度增加，阀门进出口压差产生通过阀门的流量1，阀门出口压力与系统流阻产生流量2，当流量1与流量2之间达到动态平衡时，减压注水系统达到稳定状态。

2 减压注水系统建模

减压阀是注水系统的关键元件，在上述减压阀原理分析的基础上，基于元件库构建减压阀的仿真模型。根据实际注水系统工作原理，构建注水系统的仿真模型。

2.1 减压阀建模

利用AMESim软件平台^[4]的液压元件库构建减压阀的仿真模型如图2所示。

2.2 减压注水系统建模

减压注水系统仿真模型如图3所示，高压水源通过减压阀减压后进入注水总管，根据实际需求分别进入到6个水舱，通过注水支路阀门控制水舱注水。

3 仿真分析 3.1 减压阀特性仿真分析

减压阀的特性分为静态特性和动态特性，静态特性主要指调压范围和压力稳定性。当减压阀设计参数固定后，调压值取决于弹簧初始的压缩量；压力稳定性体现为对于固定的弹簧初始压缩量，当入口压力变化时出口压力变化的特性。动态特性主要体现为当下游系统流阻变化时减压阀出口压力变化以及通过系统的流量变化，减压阀的动态特性将结合系统的压力和流量特性仿真进行研究。

减压阀调压特性如图4所示。减压阀入口压力设置为3 MPa，当弹簧的压缩量在10~50 mm之间变化时，减压阀出口压力由0.094 MPa增至1.088 MPa，即减压阀的调压范围为0.094～1.088 MPa。

减压阀的压力稳定性仿真结果如图5所示。弹簧压缩量设置为40 mm，减压阀入口压力由1.0 MPa上升至4.0 MPa，减压阀出口压力由0.81 MPa增加至0.95 MPa，主要原因为上游压力增加时，出口压力有一定上升才能够满足主阀密封面的密封比压要求^[5]。

3.2 减压注水系统仿真分析

减压阀入口压力为3 MPa，弹簧压缩量为40 mm。下游共有6个水舱，每隔5 s打开一个水舱的注水阀，6个水舱注水阀全部打开后保持5 s，然后隔5 s停止一个水舱的注水，仿真过程中减压阀出口压力及通过减压阀的流量如图6所示。当注水用户增加时，减压阀出口压力逐渐减小，流量逐渐增加；用户减少时，减压阀出口压力逐渐增加，流量逐渐减小，压力变化范围为0.931～0.695 MPa，流量变化范围为0.0 ～1385.3 L/min，满足系统对压力变化及流量的要求。

由图6还可以看出，在逐渐关闭注水阀门过程中，压力和流量出现振荡，原因是阀门快速关闭过程中系统出现“水锤”现象，将于后续研究中对此问题进一步探讨。

4 结　语

船舶系统有大量的用户，为防止用户出现超压风险，通常在系统中设置减压阀，而减压阀与系统压力、流量的匹配性是系统设计中需要重点关注的问题。本文针对多舱减压注水系统，分析了选用的一款减压阀产品的工作原理，基于AMESim软件构建了减压阀的仿真模型，并对其调压范围、压力稳定性进行仿真研究。在此基础上，构建了6个用户的减压注水模型，并进行仿真分析，仿真结果表明所选用的减压阀压力和流量特性满足系统设计需求。仿真分析为系统优化设计提供了指导，为深入理解系统特性奠定了理论基础。