Регулируемый клапан с четырьмя окнами и четырьмя путями потока
Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и диафрагмы/Направленные регулирующие клапаны
Блок 4-Way направленного клапана (G) моделирует клапан с четырьмя газовыми каналами (P, A, B и T) и двумя наборами путей потока для переключения между (P-A и A-T, P-B и B-T). Каждая из дорожек проходит через отверстие переменной ширины, причем ее отверстие привязано к положению управляющего элемента. Рассматривайте элемент управления как золотник с двумя площадками для покрытия (на градусы) различных отверстий. Расстояние между землей и назначенными отверстиями определяет, открыты ли они и в какой степени.
(Расстояния от площадок до диафрагм вычисляются во время моделирования по сигналу смещения, заданному в порту S. Они и все расстояния, связанные с положением катушки, определяются как безединичные доли, обычно варьирующиеся от -1 кому +1. Расчеты подробно описаны в разделе Доли отверстия диафрагмы.)
Газовые каналы соединяются с насосом (Р), резервуаром (Т) и двусторонним исполнительным механизмом (А и В). Открытие каналов потока P-A и B-T позволяет насосу создавать давление на одной стороне привода и в баке для сброса давления на другой стороне. Вал привода перемещается (выдвигается в одних системах, убирается в других). Открытие чередующихся (P-B и A-T) каналов потока разворачивает сжатую и освобожденную стороны привода так, что его вал может перемещаться в обратном направлении.
Соединения портов будут изменяться в зависимости от моделируемой системы, но назначение клапана - переключаться между путями потока и регулировать проходящий через них поток - не должно.
Обычное использование 4-Way направленного клапана
Поток может быть ламинарным или турбулентным, и он может достигать (до) звуковых скоростей. Это происходит в контракте вены, точке, непосредственно за горлом клапана, где поток является и самым узким, и самым быстрым. Затем поток дросселируется и его скорость насыщается, при этом падение давления ниже по потоку уже не достаточно для увеличения его скорости. Дросселирование происходит, когда коэффициент противодавления достигает критического значения, характерного для клапана. Сверхзвуковой поток не захватывается блоком.
Клапан бесступенчатый. Плавно смещается между положениями, из которых имеет три: одно нормальное и два рабочих.
Нормальным является положение, в которое клапан возвращается, когда он больше не работает. Мгновенное смещение катушки (заданное в порту S) равно нулю. Если площадки золотника не установлены со смещением к их отверстиям, клапан будет полностью закрыт.
Два других, рабочие положения, представляют собой положения, в которые клапан перемещается, когда золотник максимально смещен из своего нормального положения. Это перемещение является положительным в одном случае и отрицательным в другом.
Если она положительна, отверстия P-A и B-T полностью открыты, а отверстия P-B и A-T полностью закрыты (положение I на рисунке). Если оно отрицательное, то отверстия P-A и B-T полностью закрыты, а отверстия P-B и A-T полностью открыты (положение II).
Какое перемещение золотника переводит клапан в рабочее положение, зависит от смещений площадок на золотнике. Они обычно применяются перед работой, в реальном клапане и перед моделированием в модели клапана. Они задаются в блоке как константы (фиксированные с начала моделирования) на вкладке Смещения доли открытия клапана (Valve Opening Fraction Offsets).
Между положениями клапана открытие отверстия зависит от того, где, относительно его обода, находится его участок золотника. Это расстояние является отверстием отверстия, и оно нормализовано здесь так, что его значение является долей его максимума (расстояние, на котором отверстие полностью открыто). Нормализованная переменная называется здесь фракцией отверстия отверстия.
Доли отверстия отверстия находятся в диапазоне от -1 в рабочей должности от I до +1 в рабочем положении II (с использованием табличек, показанных на рисунке).
Доли вскрытия рассчитываются из уже упоминаемых длин: переменного смещения управляющего элемента (применяемого при работе) и фиксированных смещений его земель (применяемого при установке). Эти длины сами определяются как неединичные доли максимального расстояния между наземными отверстиями. (Смещения называются здесь смещениями доли проема.)
Доля открытия отверстия P-A составляет:
+ x.
Аналогично для диафрагмы B-T:
+ x.
A-T диафрагма:
− x.
Наконец, для диафрагмы P-B:
− x.
В уравнениях:
h - доля отверстия, обозначенная нижним индексом. Если вычисление должно возвращать значение за пределами диапазона 0-1, используется ближайший предел. (Фракции отверстия отверстия, как утверждается, насыщаются при 0 и 1.)
H - смещение фракции отверстия для отверстия, обозначенное нижним индексом. Каждое смещение задается в качестве параметра блока (на вкладке «Смещения доли открытия клапана»). Чтобы разрешить необычные конфигурации клапанов, на их значения не накладывается никаких ограничений, хотя обычно они попадают между -1 и +1.
x - нормализованное мгновенное смещение катушки, определяемое как физический сигнал на порте S. Для компенсации столь же экстремальных смещений фракции открытия на ее значение не накладывается никаких ограничений (хотя, как правило, оно также попадает в диапазон -1 кому +1.)
Клапан по умолчанию настроен так, что он полностью закрыт, когда смещение катушки равно нулю. Такой клапан часто описывается как перекрывающий нуль.
Путем смещения площадок золотника можно моделировать клапан, который находится под (частично открыт в нормальном положении клапана) или перекрывается (полностью закрыт не только в нормальном положении, но и немного за его пределами). На рисунке для каждого случая показано, как доли отверстия отверстия изменяются в зависимости от мгновенного смещения катушки:
Случай I: Клапан с нулевым перекрытием. Все смещения открывающей дроби равны нулю. Когда клапан находится в нормальном положении, площадки золотника полностью закрывают все четыре отверстия.
Вариант II: Подкладной клапан. P-A и B-T смещения фракции открытия являются положительными, а P-B и A-T смещения фракции открытия являются отрицательными. Когда клапан находится в нормальном положении, площадки золотника перекрывают все четыре отверстия, но не полностью.
Вариант III: Перекрывающийся клапан. Смещения фракции открытия P-A и B-T являются отрицательными, а смещения фракции открытия P-B и A-T являются положительными. Управляющий элемент полностью закрывает все отверстия не только в нормальном положении, но и в небольшой области (перемещений золотника) вокруг него.
Обычно, при выборе клапана для дросселирования или управления, сопоставляют характеристику потока клапана с системой, которую он должен регулировать.
Характеристика потока связывает открытие клапана с вводом, который производит его, часто перемещение золотника. Здесь отверстие выражается как звуковая проводимость, коэффициент потока или область ограничения (выбор между ними задается настройкой параметризации клапана). Управляющий вход - это доля отверстия диафрагмы (функция смещения золотника, указанного в порту S).
Характеристика потока обычно задается в установившемся состоянии, при этом впускное отверстие находится под постоянным, тщательно контролируемым давлением. Эта (присущая) характеристика потока зависит только от клапана и может быть линейной или нелинейной, наиболее распространенными примерами которых являются типы быстрого открытия и равного процента. Для захвата таких характеристик потока блок предоставляет выбор параметризации открытия (указанной в одноименном параметре блока):
Linear - Звуковая проводимость (С) является линейной функцией фракции (h) отверстия. В параметризации клапана по умолчанию Sonic conductance, конечные точки прямой получают при открытых долях 0 и 1 от проводимости по Сонику и потока утечки и проводимости по Сонику при максимальных параметрах блока потока.
Tabulated data - Звуковая проводимость - это общая функция (линейная или нелинейная) фракции отверстия диафрагмы. Функция задается в табличной форме, при этом столбцы таблицы выводятся в параметризации клапана по умолчанию из параметров вектора доли открытия и блока вектора проводимости Соника.
(Если параметр Параметризация клапана отличается от Sonic conductanceданные звуковой проводимости получают путем преобразования из выбранной меры открытия клапана (такой как площадь ограничения или коэффициент расхода). Данные об открытии применяются ко всем отверстиям одинаково.)
Для управляемых систем важно, чтобы клапан после его установки имел приблизительно линейную характеристику потока. Эта (установленная) характеристика зависит от остальной части системы - обычно она не совпадает с характеристикой, присущей блоку. Насос, например, может иметь нелинейную характеристику, которую может адекватно компенсировать только нелинейный клапан, обычно равнопроцентного типа. Именно в таких случаях Tabulated data вариант в первую очередь нацелен.
Основная цель потока утечки состоит в том, чтобы гарантировать, что ни один участок жидкостной сети никогда не будет изолирован от стояка. Изолированные участки текучей среды могут снизить численную надежность модели, замедляя скорость моделирования и, в некоторых случаях, приводя к ее полному отказу. Хотя поток утечки обычно присутствует в реальных клапанах, его точное значение здесь менее важно, чем его небольшое число больше нуля. Площадь потока утечки указана в одноименном параметре блока.
Этот блок представляет собой составной компонент, содержащий два экземпляра блока переменной диафрагмы ISO 6358 (G), соединенного с портами P, A, T и S, как показано ниже. Дополнительные сведения о параметризациях клапанов и расчетах блоков см. в этом блоке (например, те, которые используются для определения массового расхода через порты).
2-Way Направленный клапан (G) | 3-Way Направленный клапан (G) | Регулируемая диафрагма ISO 6358 (G)
