Клапан компенсатора давления (IL)

Клапан поддержания давления для внешнего компонента в изотермической системе

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Клапаны регулирования давления

Описание

Блок компенсатора давления представляет собой изотермический компенсатор давления жидкости, такой как предохранительный клапан или редукционный клапан. Используйте этот клапан, если требуется поддерживать давление в клапане по сигналам из другой части системы.

Когда перепад давления между окнами X и Y (давление регулирования) соответствует или превышает установленное давление, область клапана открывается (для нормально закрытых клапанов) или закрывается (для нормально открытых клапанов) для поддержания давления в клапане. Диапазон регулирования давления начинается с заданного давления. Pset является постоянным в случае Constant клапан, или изменяющийся в случае Controlled клапан. Физический знак в порту Ps обеспечивает переменное заданное давление.

Контроль давления

Регулирование давления происходит, когда измеренное давление Px-PY или Pcontrol превышает заданное давление Pset. Блок клапана компенсатора давления (IL) поддерживает два режима регулирования:

Если для параметра Set pressure control установлено значение Controlledподключите сигнал давления к порту Ps и установите постоянный диапазон регулирования давления. регулирование давления запускается, когда Pcontrol превышает Pset, установленный перепад давления, и ниже Pmax, сумма заданного давления и заданного пользователем диапазона регулирования давления.
Если для параметра Set pressure control установлено значение Constantоткрытие клапана непрерывно регулируется между Pset и Pmax либо линейной, либо табличной параметризацией. Если параметризация открытия имеет значение Tabular data, Pset и Pmax - первый и последний параметры вектора разности давлений соответственно.

Уравнение массового расхода

Импульс 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 для восстановления давления установлено значение Off, PRloss равен 1.

Площадь проема, Avalve, определяется параметризацией проема (для Constant только клапаны) и динамика открытия клапана.

Параметризация открытия клапана

Линейная параметризация площади клапана для Normally open клапанами являются:

$_{Avalve} \overset{}{=} p_{^(}_{Aleak} -_{Amax})$ + Amax,

и для Normally closed клапанами являются:

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

Для табличной параметризации площади клапана в рабочем диапазоне Aleak и Amax являются первым и последним параметрами вектора площади открытия соответственно.

Нормализованное давление, $\overset{}{p}$ ^, составляет :

$\overset{}{p}^\frac{_{=}_{pcontrol -}}{_{}_{psetpmax}}$ − pset.

В крайних пределах диапазона давления клапана можно поддерживать численную устойчивость при моделировании, регулируя коэффициент сглаживания блока. При ненулевом коэффициенте сглаживания функция сглаживания применяется ко всем вычисленным давлениям клапана, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних пределах этих диапазонов.

Если коэффициент сглаживания f равен ненулевому значению, то вместо этого к области клапана прикладывается сглаженное нормализованное давление:

${\overset{}{p}}_{^} \frac{сглаженный}{} = \frac{}{} \sqrt{{\overset{}{12}}_{}^{+} {\frac{}{12p}}^{^}} \frac{2}{} \sqrt{{+ \overset{(}{} f4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (p ^ − 1) 2 + (f4) 2.

В Tabulated data параметризация, сглаженное нормализованное давление также используется, когда коэффициент сглаживания ненулевой с линейной интерполяцией и ближайшей экстраполяцией.

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. Ненулевой коэффициент сглаживания может обеспечить дополнительную численную стабильность, когда отверстие находится в почти закрытом или почти открытом положении.

Установившаяся динамика задается той же параметризацией, что и открытие клапана, и основана на управляющем давлении, управлении.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в клапан или из клапана.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в клапан или из клапана.

`X` - Эталонное давление, МПа
изотермическая жидкость

Абсолютное давление в единицах МПа, обозначенное Px.

`Y` - Эталонное давление, МПа
изотермическая жидкость

Абсолютное давление в единицах МПа, обозначенное Py.

Вход

развернуть все

`Ps` - Регулируемый перепад давления
физический сигнал

Перепад давления для работы регулируемого клапана, определяемый как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Controlled.

Параметры

развернуть все

`Valve specification` - Смещение клапана
`Normally open` (по умолчанию) | `Normally closed`

Нормальное рабочее состояние клапана компенсатора давления. Редукционный клапан является Normally open клапан и предохранительный клапан является Normally closed клапан.

`Set pressure control` - Постоянная или управляемая работа клапана
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

СПОСОБ РАБОТЫ КЛАПАНА. Клапан может работать в соответствии с заданным диапазоном регулирования давления или параметризацией открытия.

`Opening parameterization` - Метод моделирования постоянного открытия или закрытия клапана
`Linear` (по умолчанию) | `Tabulated data`

Способ моделирования открытия или закрытия клапана. Открытие клапана параметризуется либо линейно, либо таблицей значений, коррелирующих площадь с перепадом давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Constant.

`Set pressure differential` - Диапазон, за пределами которого срабатывает постоянный клапан
`0` МПа (по умолчанию) | скаляр

Величина перепада давления, запускающего работу постоянного клапана при превышении давления (Normally closed) или опускается ниже (Normally open).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Constant и Открывающая параметризация для Linear.

`Pressure regulation range` - Диапазон рабочего давления клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | скаляр

Диапазон рабочего давления клапана. Диапазон регулирования давления находится между заданным и максимальным рабочим давлением клапана.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

Установить регулятор давления в Controlled
Установить регулятор давления в Constant и Открывающая параметризация для Linear

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

Площадь поперечного сечения клапана в его полностью открытом положении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

Установить регулятор давления в Controlled
Установить регулятор давления в Constant и Открывающая параметризация для Linear

`Leakage area` - Площадь зазора в полностью закрытом положении
`1e-10` 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.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

Установить регулятор давления в Controlled
Установить регулятор давления в Constant и Открывающая параметризация для Linear

`Pressure differential vector` - Вектор значений перепада давления для табличной параметризации
`[0.2 : 0.2 : 1.2]` MPa (по умолчанию) | 1-byn вектор

Вектор значений перепада давления для табличной параметризации площади вскрытия. Векторные элементы должны соответствовать значениям векторного параметра Opening area. Давления должны быть больше 0 и перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Constant и Открывающая параметризация для Tabulated data.

`Opening area vector` - Вектор зон открытия клапанов для табличной параметризации
`[1e-05, 8e-06, 6e-06, 4e-06, 2e-06, 1e-10]` m ^ 2 (по умолчанию) | 1-byn вектор

Вектор значений площади проема для табличной параметризации площади проема. Векторные элементы должны соответствовать значениям в параметре дифференциального вектора давления. Векторы площадей для нормально открытых клапанов перечисляют элементы в порядке убывания. Векторы площадей для нормально закрытых клапанов перечисляют элементы в порядке возрастания.

Вектор площади открытия должен иметь то же количество элементов, что и вектор перепада давления. Между точками данных таблицы используется линейная интерполяция.

Зависимости

`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. Коэффициент нагнетания по умолчанию для клапана в Simscape™ Fluids™ равен 0,64.

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

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через клапан.

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

Выберите, чтобы учесть увеличение давления, когда текучая среда течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

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.

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

Выберите для учета переходных воздействий на текучую систему из-за открытия клапана. Если для параметра Динамика открытия установлено значение Onблок аппроксимирует условия открытия путем введения запаздывания первого порядка в отклик потока.

`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.

Примеры модели

Привод буровой колонны

Исполнительный механизм, приводящий в действие рабочий блок станка, выполняющий последовательность из трех технологических операций: грубое сверление, мелкое сверление и раскачивание. Скорость исполнительного механизма регулируется одним из трех компенсируемых давлением клапанов регулирования расхода, дозирующих обратный поток из цилиндра. Выбор соответствующего регулятора расхода осуществляется направляющими клапанами, которые приводятся в действие блоком управления.

См. также

Предохранительный клапан (IL) | Регулирующий клапан с компенсацией давления (IL) | Редукционный клапан 3-Way (IL) | Редукционный клапан (IL)

Представлен в R2020a

Документация

Клапан компенсатора давления (IL)

Описание

Контроль давления

Уравнение массового расхода

Параметризация открытия клапана

Открывающая динамика

Порты

Сохранение

A - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

B - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

X - Эталонное давление, МПа изотермическая жидкость

Y - Эталонное давление, МПа изотермическая жидкость

Вход

Ps - Регулируемый перепад давления физический сигнал

Зависимости

Параметры

Valve specification - Смещение клапана Normally open (по умолчанию) | Normally closed

Set pressure control - Постоянная или управляемая работа клапана Constant (по умолчанию) | Controlled

Opening parameterization - Метод моделирования постоянного открытия или закрытия клапана Linear (по умолчанию) | Tabulated data

Зависимости

Set pressure differential - Диапазон, за пределами которого срабатывает постоянный клапан 0 МПа (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Pressure regulation range - Диапазон рабочего давления клапана 0.1 МПа (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

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

Зависимости

Leakage area - Площадь зазора в полностью закрытом положении 1e-10 m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Pressure differential vector - Вектор значений перепада давления для табличной параметризации [0.2 : 0.2 : 1.2] MPa (по умолчанию) | 1-byn вектор

Зависимости

Opening area vector - Вектор зон открытия клапанов для табличной параметризации [1e-05, 8e-06, 6e-06, 4e-06, 2e-06, 1e-10] m ^ 2 (по умолчанию) | 1-byn вектор

Зависимости

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

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

Smoothing factor - Коэффициент численного сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

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

Примеры модели

Привод буровой колонны

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`X` - Эталонное давление, МПа
изотермическая жидкость

`Y` - Эталонное давление, МПа
изотермическая жидкость

`Ps` - Регулируемый перепад давления
физический сигнал

`Valve specification` - Смещение клапана
`Normally open` (по умолчанию) | `Normally closed`

`Set pressure control` - Постоянная или управляемая работа клапана
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

`Opening parameterization` - Метод моделирования постоянного открытия или закрытия клапана
`Linear` (по умолчанию) | `Tabulated data`

`Set pressure differential` - Диапазон, за пределами которого срабатывает постоянный клапан
`0` МПа (по умолчанию) | скаляр

`Pressure regulation range` - Диапазон рабочего давления клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | скаляр

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

`Leakage area` - Площадь зазора в полностью закрытом положении
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pressure differential vector` - Вектор значений перепада давления для табличной параметризации
`[0.2 : 0.2 : 1.2]` MPa (по умолчанию) | 1-byn вектор

`Opening area vector` - Вектор зон открытия клапанов для табличной параметризации
`[1e-05, 8e-06, 6e-06, 4e-06, 2e-06, 1e-10]` m ^ 2 (по умолчанию) | 1-byn вектор

`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

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

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`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