Клапан для направления потока на стыке четырех линий
Simscape/Жидкости/Термическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Направленные регулирующие клапаны
Блок 4-Way направленного клапана моделирует поток через направленный регулирующий клапан с четырьмя портами (P, T, A и B) и четырьмя путями потока (P-A, P-B, A-T и B-T). В типичной системе порты соединяются с насосом (P), резервуаром (T) и приводом двойного действия (A и B). Каждый из путей содержит переменное отверстие, которое масштабируется пропорционально перемещению управляющего элемента - часто шарика, золотника или диафрагмы, связанной с сигналом в канале S. Этот клапан служит переключателем, посредством которого распределяет поток между плечами четырехзаходного соединения.
Типовая настройка клапана
Клапан бесступенчатый. Плавно смещается между положениями, из которых имеет три. Одно - нормальное положение - это положение, в которое клапан возвращается, когда его управляющий сигнал падает до нуля. Если не указано смещение открытия, отверстия клапана всегда полностью закрыты в этом положении. Два - рабочие положения - те, в которые перемещается клапан при повышении (абсолютного значения) его управляющего сигнала до максимума. Два отверстия обычно полностью закрыты, а еще два полностью открыты, когда клапан находится в рабочем положении. Следует отметить, что то, действительно ли отверстие открыто и насколько оно открыто, зависит от смещений открытия клапана.
Рабочие положения показаны на рисунке в случае клапана по умолчанию без смещения открытия. Одно, обозначенное как I, соответствует отверстиям P-A и B-T, которые являются максимально открытыми, и отверстиям P-B и A-T, которые являются максимально закрытыми. Другая, обозначенная II, соответствует обратной компоновке, причем отверстия Р-В и А-Т являются максимально открытыми, а отверстия Р-А и В-Т - максимально закрытыми. В точках между нормальным и рабочим положениями одно отверстие частично открыто, а другое полностью закрыто. Следует отметить, что ни между портами A и B, ни между портами P и T не существует соединения и что поток через них не может развиваться.
В каком положении находится клапан, зависит от координат регулирующего элемента относительно отверстий Р-А, Р-В, А-Т и В-Т - длины, называемой здесь отверстиями для отверстий. Они рассчитываются при моделировании по их смещениям открытия, каждый из которых указан как параметр блока в диалоговом окне блока, и по смещению элемента управления, заданному физическим сигналом на порте S. Для диафрагм P-A и B-T:
hBT0 + x,
где:
hPA и hBT являются отверстиями диафрагмы P-A и B-T.
hPA0 и hBT0 - смещения открытия P-A и B-T.
x - смещение управляющего элемента. Следует отметить, что смещение элемента управления, равное нулю, соответствует клапану в его нормальном состоянии.
Для отверстий P-B и A-T:
hAT0 + x,
где:
hPB и hAT являются отверстиями для диафрагм P-B и A-T.
hPB0 и hAT0 являются смещениями открытия P-B и A-T.
Отверстие открывается, когда его расчетное отверстие (переменная h) поднимается выше нуля. Затем он продолжает расширяться с ростом значения открытия. В случаях Р-В и А-Т отверстий это происходит при смещении управляющего элемента в отрицательном направлении.
Каждое отверстие полностью открыто, когда величина открытия равна заданному максимуму. При линейной параметризации клапана этот максимум получается из параметра Максимальный блок открытия клапана. Для параметра Area characteristics можно установить значение Different for each flow path чтобы задать параметр Максимальное открытие клапана отдельно для каждого отверстия. В табличных параметризациях клапана максимальное открытие получается из последней точки останова, указанной в табличных данных.
Смещения открытия по умолчанию равны нулю, и каждая из них остается закрытой в нормальном положении клапана. Говорят, что клапан, сконфигурированный таким образом, имеет нулевое перекрытие, ссылаясь на тот факт, что элемент управления имеет точный размер для предотвращения потока через любое отверстие, когда он не работает или не активирован (x = 0). Для целей этого блока смещения отверстия могут быть задуманы как естественные расстояния между площадками (неактивированного) управляющего элемента и отверстиями, которые они должны покрывать.
Возможны и другие конфигурации клапанов. Клапан может быть, например, подложен или перекрыт, что указывает на несоответствие между размерами управляющего элемента и размерами отверстий клапана. Клапан подстилается, если каждое из его отверстий частично открыто в нормальном положении. Такой клапан позволяет слабому потоку развиваться по всем путям одновременно. Клапан перекрывается, если каждое из его отверстий закрыто не только в нормальном положении, но и в небольшом диапазоне перемещений управляющего элемента вокруг него.
На рисунке показан характерный клапан в трех конфигурациях:
Случай I: Клапан с нулевым перекрытием. Начальные смещения равны нулю. Когда клапан находится в нормальном положении, управляющий элемент полностью закрывает оба отверстия. Клапан с нулевым перекрытием полностью закрыт, когда смещение управляющего элемента точно равно нулю.
Вариант II: Подкладной клапан. Открывающие смещения являются положительными. Когда клапан находится в нормальном положении, управляющий элемент закрывает оба отверстия, но не полностью. Подстилающий клапан всегда, по меньшей мере, частично открыт.
Вариант III: Перекрывающийся клапан. Открывающие смещения являются отрицательными. Управляющий элемент полностью закрывает оба отверстия не только в нормальном положении, но и в небольшой области вокруг него. Перекрывающийся клапан полностью закрыт до тех пор, пока управляющий элемент не пересекает смещение отверстия любого отверстия.
В таблице представлены конфигурации, которые может использовать клапан, и характерные для них смещения открытия. При необходимости измените смещения с помощью параметров блока на вкладке Смещения проема клапана (Valve opening offsets).
Конфигурации 4-Way направленных клапанов
| Нет | Конфигурация | Начальные проемы |
|---|---|---|
| 1 |
| Все четыре отверстия перекрываются в нейтральном положении:
|
| 2 |
| Все четыре отверстия открыты (под ними) в нейтральном положении:
|
| 3 |
| Отверстия
|
| 4 |
| Отверстия
|
| 5 |
| Отверстия
|
| 6 |
| Отверстие
|
| 7 |
| Отверстие
|
| 8 |
| Отверстия
|
| 9 |
| Отверстие
|
| 10 |
| Отверстие
|
| 11 |
| Отверстия
|
Отверстия отверстий служат во время моделирования для вычисления массовых расходов через отверстия. Вычисление может быть прямым отображением от отверстия к расходу или косвенным преобразованием, сначала от отверстия к площади отверстия, а затем от площади отверстия к массовому расходу. Расчет и требуемые для него данные зависят от настройки параметра блока параметризации клапана:
Linear area-opening relationship - Рассчитать площадь открытия клапана из положения регулирующего элемента и из нее получить массовый расход через клапан. Предполагается, что площадь отверстия изменяется линейно относительно положения управляющего элемента. Наклон линейного выражения определяется по параметрам блока «Максимальное открытие клапана» и «Максимальная площадь открытия».
Tabulated data - Area vs. opening - Рассчитать площадь открытия клапана из положения регулирующего элемента и из нее получить массовый расход через клапан. Площадь отверстия может изменяться нелинейно в зависимости от положения управляющего элемента. Взаимосвязь между ними задается табличными данными в параметрах блока «Вектор открытия клапана» и «Вектор открытия области».
Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop - Рассчитать массовый расход непосредственно из положения регулирующего элемента и перепада давления на клапане. Взаимосвязь между тремя переменными может быть нелинейной, и она задается табличными данными в параметрах блока «Вектор открытия клапана», «Вектор падения давления» и «Таблица массового расхода».
Основной целью расхода утечки закрытого клапана является обеспечение того, чтобы часть тепловой жидкостной сети не была изолирована от остальной части модели. Такие изолированные части снижают численную надежность модели и могут замедлить моделирование или вызвать его сбой. Поток утечки обычно присутствует в реальных клапанах, но в модели его точное значение менее важно, чем его небольшое число больше нуля. Скорость потока утечки определяется по параметру блока «Площадь утечки».
Падение давления в клапане рассчитывается по эмпирическому параметру, известному как коэффициент нагнетания (полученный из параметра блока коэффициента нагнетания). Расчет фиксирует эффект режима потока, при котором перепад давления пропорционален массовому расходу, когда поток ламинарный, и квадрату того же, когда поток турбулентный. Также фиксируется восстановление давления, чем в реальных клапанах, происходит между брактактой вены (самое узкое отверстие клапана) и выпускным отверстием, которое обычно лежит на небольшом расстоянии.
Этот блок представляет собой составной компонент, содержащий четыре блока с регулируемой площадью отверстия (TL), соединенных, как показано на рисунке. Один управляющий сигнал приводит в действие четыре блока одновременно. Параметры блока ориентации диафрагмы задаются так, чтобы положительный сигнал действовал для открытия диафрагм P-A и B-T при закрытии диафрагм P-B и A-T. Каждое из указанных смещений проема применяется к блоку, представляющему предполагаемое отверстие. Для получения подробной информации о расчетах площади проема см. блок измерительной диафрагмы переменной площади (TL).
2-Way Направленный клапан (TL) | 3-Way Направленный клапан (TL) | Обратный клапан (TL) | Диафрагма переменной площади (TL)
