Обратный клапан (IL)

Обратный клапан в изотермической системе

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Направленные регулирующие клапаны

Описание

Блок обратного клапана (IL) моделирует поток через клапан из порта A в порт B и ограничивает поток из порта B в порт A. Когда давление в порту B достигает или превышает установленный порог давления, клапан начинает открываться.

Можно включить ошибочное поведение, установив для параметра Включить отказы значение On.

Контроль давления

Существует два варианта управления клапанами:

При установке перепада давления открытия в Pressure differentialрегулирующее давление - это разность давлений между отверстиями A и B. Клапан начинает открываться, когда Pcontrol достигает или превышает разность давлений крекинга.
При установке перепада давления открытия в Pressure at port Aконтрольное давление представляет собой разность давлений между портом А и атмосферным давлением. Когда Pконтроль соответствует или превышает давление крекинга (манометр), клапан начинает открываться.

Уравнение массового расхода

Масса сохраняется через клапан:

${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} m˙A+m˙B=0.$

Массовый расход через клапан рассчитывается как:

$\overset{}{} \frac{_{}_{} \sqrt{\overset{}{}}}{\sqrt{_{m˙=CdAvalve2ρ¯PRloss} (1 {\frac{-_{(}}{_{}}}^{} AvalureAport}} \frac{)}{{2)^{} Δp [_{Δp2}^{+}}^{}}$ Δpcrit2] 1/4,

где:

Cd - коэффициент разряда.
Avalve - зона мгновенного открытия клапана.
Aport - площадь поперечного сечения в портах A и B.
$\overset{}{λ}$ - средняя плотность текучей среды.
Δp - разность давлений в клапане pA - pB.

Критическая разность давлений Δpcrit - это разность давлений, связанная с критическим числом Рейнольдса, Recrit, точкой перехода режима потока между ламинарным и турбулентным потоком:

$_{Δpcrit} \frac{\overset{}{}}{_{=πρ¯8Avalve}} {\frac{_{}}{_{}}}^{(νRecritCd)}$ 2.

Потеря давления описывает снижение давления в клапане из-за уменьшения площади. PRloss рассчитывается как:

$_{PRloss} \frac{\sqrt{= {1 \frac{_{- (}}{_{}}}^{} AvalureAport)_{2}^{} (} 1_{-} \frac{_{Cd2)}}{-_{}}}{\sqrt{{\frac{_{}}{_{CdAvalveAport1 -}} (}^{}_{}^{}}_{AvalureAport} \frac{)_{2 (1}}{_{-}}} Cd2$ ) + CdAvalureAport.

Восстановление давления описывает положительное изменение давления в клапане из-за увеличения площади. Если вы не хотите фиксировать это увеличение давления, установите для параметра Восстановление давления значение Off. В этом случае PRloss равен 1.

Открытие параметризации

Линейная параметризация области клапана

$_{Avalve} \overset{}{=} p_{^ (}_{Амакс -}_{Алеак)}$ + Алеак,

где нормированное давление, $\overset{p}{}$ ^, равно

$\overset{}{p}^\frac{_{=}_{pcrackingpmax -}}{_{}_{}}$ pcracking.

Открывающая динамика

Если моделируют динамику открытия, то в реакцию потока на смоделированное управляющее давление вводят запаздывание. pcontrol становится динамическим управляющим давлением, pdyn; в противном случае контроль представляет собой стационарное давление. Мгновенное изменение динамического управляющего давления вычисляется на основе постоянной времени открытия (Opening time constant),

${\overset{}{}}_{} \frac{_{}_{}}{p˙dyn=pcontrol−pdynτ} .$

По умолчанию для параметра Динамика открытия установлено значение Off.

Численно сглаженное давление

В крайних пределах диапазона управляющего давления можно поддерживать численную устойчивость при моделировании путем корректировки коэффициента сглаживания блока. Функция сглаживания применяется к каждому расчетному управляющему давлению, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних пределах этого диапазона.

Коэффициент сглаживания, s, применяется к нормированному давлению, $\overset{}{p}$ ^ :

${\overset{}{p}}_{^} \frac{сглаженный}{} = \frac{}{} \sqrt{{\overset{}{12}}_{}^{+} {\frac{}{12p}}^{^}} \frac{2}{} \sqrt{{+ \overset{(}{} s4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (p ^ − 1) 2 + (s4) 2,

и сглаженное давление составляет:

Неисправное поведение

Когда неисправности включены, открытая область клапана застревает на заданном значении в ответ на один или оба из этих триггеров:

Время моделирования - сбой происходит в указанное время.
Поведение моделирования - сбой происходит в ответ на внешний триггер. При этом открывается порт T.

В области Открытие (Opening) при сбое параметра доступны три опции отказа:

Closed - Зона клапана замерзает в зоне утечки.
Open - Зона клапана замерзает в зоне максимального открытия.
Maintain at last value - Клапан замерзает на открытой площадке при срабатывании триггера.

После запуска клапан остается в неисправной области до конца моделирования.

В Simulink Diagnostic Viewer с параметром Reporting when fault (Отчеты о возникновении отказа) можно настроить блок для выдачи отчета о неисправности в виде предупреждения или сообщения об ошибке.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Точка входа в клапан.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Точка выхода к клапану.

Вход

развернуть все

`T` - Триггер внешней неисправности
физический сигнал

Физический сигнальный порт для внешнего триггера отказа. Срабатывание происходит, когда значение больше 0,5. Нет единиц, связанных со значением триггера.

Зависимости

Этот порт отображается, если для параметра Enable faults установлено значение On и Enable external fault trigger имеет значение Fault when T >= 0.5.

Параметры

развернуть все

Параметры

`Opening pressure specification` - Перепад давления, используемый для управления клапанами
`Pressure differential` (по умолчанию) | `Pressure at port A`

Определяет перепад управляющего давления. Pressure differential относится к разности давлений между портами A и B. Pressure at port A параметр относится к разности давлений между портом A и атмосферным давлением.

`Cracking pressure differential` - Пороговое давление
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

Давление, выше которого срабатывает клапан. Это заданное давление, когда контрольное давление представляет собой разность давлений между портами A и B.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите в поле Спецификация давления открытия значение Pressure differential.

`Cracking pressure (gauge)` - Пороговое давление
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

Манометрическое давление, за пределами которого срабатывает клапан, когда контрольное давление представляет собой перепад давления между портом A и атмосферным давлением.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите в поле Спецификация давления открытия значение Pressure at port A.

`Maximum opening pressure differential` - Максимальный перепад давления в клапане
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальный перепад давления в клапане. Этот параметр обеспечивает верхний предел давления, так что давление в системе остается реалистичным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите в поле Спецификация давления открытия значение Pressure differential.

`Maximum opening pressure (gauge)` - Максимальное давление клапана
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное манометрическое давление клапана. Этот параметр обеспечивает верхний предел давления, так что давление в системе остается реалистичным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите в поле Спецификация давления открытия значение Pressure at port A.

`Maximum opening area` - Зона полностью открытого клапана
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения клапана в его полностью открытом положении.

`Leakage area` - Площадь зазора клапана в полностью закрытом положении
`1e-12 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая область, меньшая этого значения, насыщается указанной областью утечки. Это способствует цифровой стабильности за счет поддержания непрерывности потока.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Зона на входе или выходе клапана
`inf m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения у входных и выходных отверстий A и B. Эти площади используются в уравнении «давление-расход», которое определяет массовый расход через клапан.

`Discharge coefficient` - Коэффициент разгрузки
`0.64` (по умолчанию) | положительный скаляр

Поправочный коэффициент, учитывающий потери при сбросе в теоретических потоках.

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока
`150` (по умолчанию) | положительный скаляр

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через клапан.

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент непрерывного сглаживания, который вносит слой постепенного изменения в реакцию потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите для этого значения ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

`Pressure recovery` - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей
`Off` (по умолчанию) | `On`

Следует ли учитывать повышение давления, когда текучая среда течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

`Opening dynamics` - Учитывать ли реакцию потока на открытие клапана
`Off` (по умолчанию) | `On`

Учитывать ли переходные воздействия на текучую систему из-за открытия клапана. Установка для динамики открытия значения On аппроксимирует условия открытия введением запаздывания первого порядка в отклик потока. Постоянная времени открытия также влияет на смоделированную динамику открытия.

`Opening time constant` - Постоянная время открытия клапана
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

Константа, фиксирующая время, необходимое для достижения текучей средой стационарного состояния при открытии или закрытии клапана из одного положения в другое. Этот параметр влияет на смоделированную динамику открытия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Динамика открытия значение On.

Ошибки

`Enable faults` - Вариант отказа
`Off` (по умолчанию) | `On`

Включение внешних или временных сбоев. При возникновении неисправности область клапана, обычно заданная параметризацией открытия, будет установлена на значение, указанное в параметре «Открытие».

`Opening area when faulted` - Установить неисправную область
`Closed` (по умолчанию) | `Open` | `Maintain at last value`

Задание области неисправного клапана. Можно выбрать захват клапана в полностью закрытом или полностью открытом положении или в области клапана при срабатывании неисправности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Enable external fault trigger` - Опция внешнего триггера
`Off` (по умолчанию) | `Fault when T >= 0.5`

Включает порт T. Физический сигнал на порту T, превышающий 0.5 срабатывание триггеров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Enable temporal fault trigger` - Опция временного триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

Включение инициирования отказа в указанное время. При достижении времени моделирования для события неисправности в качестве площади клапана будет установлено значение, указанное в параметре Opening area when fulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Simulation time for fault event` - Время, в которое инициируется сбой
`5 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

При достижении времени моделирования для события неисправности для области клапана устанавливается значение, указанное в параметре Opening area when fulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On и Включить временной триггер отказа для On.

`Reporting when fault occurs` - Отчет о состоянии неисправности
`None` (по умолчанию) | `Warning` | `Error`

Сообщение о предпочтениях для состояния отказа. Если для отчета установлено значение Warning или Error, сообщение отображается в Simulink Diagnostic Viewer. Когда Error выбран, моделирование прекращается при возникновении сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

Примеры модели

Гидростатическая передача

Гидравлическая система передачи, построенная из насоса переменного рабочего объема и двигателя фиксированного рабочего объема. Трубы между насосом и двигателем соединены двумя пополняющими клапанами (обратными клапанами) и зарядным насосом на стороне насоса и двумя предохранительными клапанами на стороне двигателя. Двигатель нагружает механическую нагрузку, состоящую из инерции, вязкого трения и изменяющегося во времени крутящего момента. Испытывают систему как с положительным, так и с отрицательным расходом насоса путем изменения рабочего объема насоса.

Hydraulic Actuator with Dual Counterbalance Valves

Гидравлический привод с двойными противовесными клапанами

Исполнительный механизм, управляемый четырехходовым направленным клапаном и нагруженный избыточной нагрузкой, требующий использования противовесных клапанов для предотвращения ползучести нагрузки, когда направленный клапан находится в нейтральном положении. В нейтральном положении направленный клапан соединяет отверстия А и В с резервуаром, блокируя при этом напорный канал Р. Противовесные клапаны блокируют поток от возврата в резервуар, удерживая, таким образом, исполнительный механизм на месте.

См. также

Уравновешивающий клапан (IL) | Контрольный клапан с пилотным управлением (IL) | Клапан компенсатора давления (IL) | Предохранительный клапан (IL)

Представлен в R2020a

Документация

Обратный клапан (IL)

Описание

Контроль давления

Уравнение массового расхода

Открытие параметризации

Открывающая динамика

Численно сглаженное давление

Неисправное поведение

Порты

Сохранение

A - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

B - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

Вход

T - Триггер внешней неисправности физический сигнал

Зависимости

Параметры

Параметры

Opening pressure specification - Перепад давления, используемый для управления клапанами Pressure differential (по умолчанию) | Pressure at port A

Cracking pressure differential - Пороговое давление 0.01 MPa (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Cracking pressure (gauge) - Пороговое давление 0.1 MPa (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Maximum opening pressure differential - Максимальный перепад давления в клапане 0.1 MPa (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Maximum opening pressure (gauge) - Максимальное давление клапана 0.2 MPa (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Maximum opening area - Зона полностью открытого клапана 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Leakage area - Площадь зазора клапана в полностью закрытом положении 1e-12 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Cross-sectional area at ports A and B - Зона на входе или выходе клапана inf m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Discharge coefficient - Коэффициент разгрузки 0.64 (по умолчанию) | положительный скаляр

Critical Reynolds number - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока 150 (по умолчанию) | положительный скаляр

Smoothing factor - Коэффициент численного сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр

Pressure recovery - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей Off (по умолчанию) | On

Opening dynamics - Учитывать ли реакцию потока на открытие клапана Off (по умолчанию) | On

Opening time constant - Постоянная время открытия клапана 0.1 s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Ошибки

Enable faults - Вариант отказа Off (по умолчанию) | On

Opening area when faulted - Установить неисправную область Closed (по умолчанию) | Open | Maintain at last value

Зависимости

Enable external fault trigger - Опция внешнего триггера Off (по умолчанию) | Fault when T >= 0.5

Зависимости

Enable temporal fault trigger - Опция временного триггера Off (по умолчанию) | On

Зависимости

Simulation time for fault event - Время, в которое инициируется сбой 5 s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Reporting when fault occurs - Отчет о состоянии неисправности None (по умолчанию) | Warning | Error

Зависимости

Примеры модели

Гидростатическая передача

Гидравлический привод с двойными противовесными клапанами

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`T` - Триггер внешней неисправности
физический сигнал

`Opening pressure specification` - Перепад давления, используемый для управления клапанами
`Pressure differential` (по умолчанию) | `Pressure at port A`

`Cracking pressure differential` - Пороговое давление
`0.01 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cracking pressure (gauge)` - Пороговое давление
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Maximum opening pressure differential` - Максимальный перепад давления в клапане
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Maximum opening pressure (gauge)` - Максимальное давление клапана
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Maximum opening area` - Зона полностью открытого клапана
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Leakage area` - Площадь зазора клапана в полностью закрытом положении
`1e-12 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` - Зона на входе или выходе клапана
`inf m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Discharge coefficient` - Коэффициент разгрузки
`0.64` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока
`150` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pressure recovery` - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Opening dynamics` - Учитывать ли реакцию потока на открытие клапана
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Opening time constant` - Постоянная время открытия клапана
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Enable faults` - Вариант отказа
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Opening area when faulted` - Установить неисправную область
`Closed` (по умолчанию) | `Open` | `Maintain at last value`

`Enable external fault trigger` - Опция внешнего триггера
`Off` (по умолчанию) | `Fault when T >= 0.5`

`Enable temporal fault trigger` - Опция временного триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Simulation time for fault event` - Время, в которое инициируется сбой
`5 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Reporting when fault occurs` - Отчет о состоянии неисправности
`None` (по умолчанию) | `Warning` | `Error`