Шаровой клапан

Клапан с механизмом управления скользящим шариком

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлические (изотермические )/Клапаны/Клапаны регулирования расхода

Описание

Блок шарового клапана моделирует отверстие с переменной площадью отверстия, управляемой скользящим шаровым механизмом. Площадь открытия изменяется в зависимости от относительного положения шарика - подъемника клапана. Смещение к отверстию уменьшает поток, в то время как смещение от отверстия увеличивает поток. Интерфейс между отверстием и шариком - седлом клапана - может бытьSharp-edged, показанный слева на рисунке, или Conical, показано справа.

Типы седел шаровых клапанов

Зона открытия

Подъемная сила клапана является функцией сигнала смещения, заданного через порт S. Эти два элемента могут, но обычно не имеют одинакового значения. Подъем клапана отличается от смещения, если параметр смещения шарика не равен нулю:

$h (x)_{=} x0$ + s,

где:

h - подъем клапана.
x0 - смещение смещения шарика.
s - смещение шара (относительно указанного смещения).

Клапан полностью закрыт, когда подъем клапана равен нулю или меньше. Он полностью открыт, когда подъем клапана достигает или превышает (зависящее от геометрии) значение, достаточное для полной очистки отверстия. Полностью закрытый клапан имеет площадь открытия, равную заданному параметру Площадь утечки, в то время как полностью открытый клапан имеет максимально возможную площадь открытия. Корректировка на внутреннюю утечку:

$_{AMax} =_{}^{} {πrO2}_{+}$ ALeak,

где:

AMax - максимальная площадь открытия.
rO - радиус диафрагмы.
ALeak - внутренняя область утечки между портами.

При промежуточных значениях подъема клапана площадь открытия зависит от геометрии седла клапана. Если для параметра спецификации седла клапана установлено значение Sharp-Edgedплощадь открытия в зависимости от подъема клапана составляет:

$A (h) =_{} xeonrO {\frac{(_{1}}{_{-}} [}^{}_{rBdOB}] 2)$ dOB (h),

где:

A - площадь открытия при заданном значении подъема клапана.
rB - радиус шарика.
dOB (h) - расстояние от центра шара (точка O на рисунке) до края отверстия (точка B). Это расстояние является функцией подъема клапана (h).

Если для параметра спецификации седла клапана установлено значение Conical, площадь открытия становится:

$A (h) = λ h cos (start) sin_{(start}) (dOB (h) +$ hsin (start)),

где λ - угол между конической поверхностью и осевой линией отверстия. Геометрические параметры и переменные, используемые в уравнениях, показаны на рисунке.

Геометрия клапана

Расход

Объемный расход через клапан зависит от площади открытия A (h) и перепада давления между клапанными отверстиями:

$q =_{} CDA \sqrt{\frac{(}{h}} \frac{)}{{{2ρΔp}^{(} (_{Δp)}^{} 2}^{+}}$ pCr2) 1/4,

где:

КД - коэффициент выпуска потока.
start- плотность гидравлической жидкости.
Δp - разность давлений между клапанными отверстиями, определяемая как:

$Δp =_{} {pA}_{} -$ pB,
где pA - давление в порту A, а pB - давление в порту B.
pCr - минимальное давление, необходимое для турбулентного потока.

Критическое давление pCr вычисляется из критического числа Рейнольдса как:

$_{pCr} \frac{=}{} {\frac{α2_{(}}{_{}_{}}}^{} ReCrstartCDDH$ ) 2,

где:

ReCr - критическое число Рейнольдса.
(nu) - динамическая вязкость гидравлической жидкости.
DH - гидравлический диаметр отверстия:

$_{DH} = \begin{array}{l} _{{}^{} & DHMin, если \\ _{}^{}_{}^{} & h\leq0DHMax+DHMin,if_{} \\ \frac{}{}_{}^{} \end{array}$ h≥hMax4Al+DHMin,otherwise,
в котором:
- DHMin - минимальный гидравлический диаметр, соответствующий наименьшей достижимой площади потока, площади потока утечки.
- DHMax - максимальный гидравлический диаметр, соответствующий наибольшей достижимой площади потока клапана в полностью открытом положении.
- l - смоченная длина периметра клапана, которая может, но не обязательно, быть длиной круга.

Предположения

Инерция жидкости считается ничтожной.

Порты

Вход

развернуть все

`S` - смещение шарика, `m`
физический сигнал

Порт ввода физического сигнала для перемещения шарика.

Сохранение

развернуть все

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Гидравлический (изотермический) консервационный порт, связанный с входом клапана.

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Гидравлический (изотермический) консервационный порт, связанный с выпускным отверстием клапана.

Параметры

развернуть все

Вкладка «Параметры»

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

Геометрия седла клапана. Выбор геометрии влияет на характеристики открытия клапана. См. описание блока для расчетов открытия клапана.

`Cone angle` - Угол между наклонными кромками поперечного сечения седла
`120` deg (по умолчанию) | скаляр в единицах вращения

Угол между наклонными кромками сиденья в поперечном разрезе.

`Ball diameter` - Диаметр шарового элемента управления
`0.01` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Диаметр шарового элемента управления. Этот диаметр должен быть больше указанного для отверстия.

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия клапана
`0.005` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Диаметр отверстия клапана. Этот диаметр должен быть меньше диаметра, заданного для элемента управления шариком.

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления шариком
`0` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Нейтральное положение элемента управления мячом. Нейтральное положение - это положение, в которое возвращается шар, когда сигнал смещения равен нулю. Этот параметр должен быть больше или равен нулю.

`Discharge coefficient` - Полуэмпирическая характеристика производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

Соотношение фактических и теоретических расходов через клапан. Этот параметр зависит от геометрических свойств клапана. Значения обычно приводятся в учебниках и листах технических данных изготовителя.

`Leakage area` - Внутренняя зона протечек между входами клапанов
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Общая площадь внутренних протечек в полностью закрытом состоянии. Цель этого параметра состоит в том, чтобы поддерживать численную целостность жидкостной сети, предотвращая изоляцию части этой сети, когда клапан полностью закрыт.

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите параметр, на котором будет основан ламинарно-турбулентный переход. Варианты включают в себя:

Pressure ratio - Переходы потока между ламинарным и турбулентным при соотношении давлений, указанном в параметре отношения давлений ламинарного потока. Эта опция используется для наиболее плавных и стабильных в числовом отношении переходов потока.
Reynolds number - переход происходит по числу Рейнольдса, указанному в параметре Критического числа Рейнольдса. Переходы потока более резкие и могут вызвать проблемы моделирования при почти нулевых скоростях потока.

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления при ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Отношение давления представляет собой долю давления на выходе по сравнению с давлением на входе.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра спецификации ламинарного перехода установлено значение Reynolds number.

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса при ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | безразмерный положительный скаляр

Максимальное число Рейнольдса для ламинарного потока. Этот параметр зависит от геометрического профиля отверстия. Рекомендации по значению параметра можно найти в учебниках по гидравлике. Значение по умолчанию, 12, соответствует круглому отверстию из тонкого материала с острыми кромками.

Зависимости

Вкладка «Переменные»

`Flow Rate` - Объемный расход через клапан в нулевое время
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

Объемный расход через клапан в нуль времени. Simscape™ параметр используется программным обеспечением для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

`Pressure drop` - Перепад давления от порта A к порту B в нулевое время
`0` Па (по умолчанию) | скалярное число в единицах давления

Перепад давления от порта A к порту B в нулевое время. Падение давления является положительным, если давление в порту A больше, чем в порту B. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Задвижка | Игольчатый клапан | Тарельчатый клапан | Регулирующий клапан с компенсацией давления

Документация

Шаровой клапан

Описание

Зона открытия

Расход

Предположения

Порты

Вход

`S` - смещение шарика, `m`
физический сигнал

Сохранение

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Параметры

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

`Cone angle` - Угол между наклонными кромками поперечного сечения седла
`120` deg (по умолчанию) | скаляр в единицах вращения

`Ball diameter` - Диаметр шарового элемента управления
`0.01` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия клапана
`0.005` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления шариком
`0` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Discharge coefficient` - Полуэмпирическая характеристика производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

`Leakage area` - Внутренняя зона протечек между входами клапанов
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления при ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

Зависимости

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса при ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | безразмерный положительный скаляр

Зависимости

`Flow Rate` - Объемный расход через клапан в нулевое время
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

`Pressure drop` - Перепад давления от порта A к порту B в нулевое время
`0` Па (по умолчанию) | скалярное число в единицах давления

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

Документация

Шаровой клапан

Описание

Зона открытия

Расход

Предположения

Порты

Вход

S - смещение шарика, m физический сигнал

Сохранение

A - Вход клапана гидравлическая (изотермическая жидкость)

B - Выход клапана гидравлическая (изотермическая жидкость)

Параметры

Valve seat specification - Тип геометрии седла клапана Sharp-edged (по умолчанию) | Conical

Cone angle - Угол между наклонными кромками поперечного сечения седла 120 deg (по умолчанию) | скаляр в единицах вращения

Ball diameter - Диаметр шарового элемента управления 0.01 m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Orifice diameter - Диаметр отверстия клапана 0.005 m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Ball displacement offset - Нейтральное положение элемента управления шариком 0 m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

Discharge coefficient - Полуэмпирическая характеристика производительности клапана 0.7 (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

Leakage area - Внутренняя зона протечек между входами клапанов 1e-12 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Laminar transition specification - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода Pressure ratio (по умолчанию) | Reynolds number

Laminar flow pressure ratio - Отношение давления при ламинарно-турбулентном переходе потока 0.999 (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

Зависимости

Critical Reynolds number - число Рейнольдса при ламинарно-турбулентном переходе потока 12 (по умолчанию) | безразмерный положительный скаляр

Зависимости

Flow Rate - Объемный расход через клапан в нулевое время 0.001 m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

Pressure drop - Перепад давления от порта A к порту B в нулевое время 0 Па (по умолчанию) | скалярное число в единицах давления

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`S` - смещение шарика, `m`
физический сигнал

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

`Cone angle` - Угол между наклонными кромками поперечного сечения седла
`120` deg (по умолчанию) | скаляр в единицах вращения

`Ball diameter` - Диаметр шарового элемента управления
`0.01` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия клапана
`0.005` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления шариком
`0` m (по умолчанию) | скаляр в единицах длины

`Discharge coefficient` - Полуэмпирическая характеристика производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

`Leakage area` - Внутренняя зона протечек между входами клапанов
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления при ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерный скаляр от 0 до 1

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса при ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | безразмерный положительный скаляр

`Flow Rate` - Объемный расход через клапан в нулевое время
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

`Pressure drop` - Перепад давления от порта A к порту B в нулевое время
`0` Па (по умолчанию) | скалярное число в единицах давления

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™