Предохранительный клапан

Клапан, используемый для сброса давления, превышающего заданное значение, из гидравлической линии

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Клапаны/Клапаны регулирования давления

Описание

Блок предохранительного клапана моделирует поток через клапан, который открывается для выпуска, чтобы поддерживать заданный перепад давления между входом (порт A) и выходом (порт B). Нормально закрытый клапан открывается, когда перепад давления от A до B превышает уставку давления клапана. Площадь открытия клапана вычисляется как функция избытка перепада давления, либо как простое линейное выражение, либо как (обычно нелинейная) табличная функция. Клапан служит своему назначению до тех пор, пока его площадь открытия не достигнет максимума - точки на пределе диапазона регулирования клапана, за которым падение давления снова свободно поднимается, не уменьшаясь.

Открытие клапана

Расчет площади открытия зависит от параметров клапана, выбранных для блока: Linear area-opening relationship или Tabulated data - Area vs. pressure.

Линейная параметризация

Если параметр блока параметризации клапана имеет значение по умолчанию Linear area-opening relationship, площадь открытия вычисляется как:

$S (_{} ΔpAB)_{=} SLeak +_{k} (_{ΔpAB} -$ ΔpSet),

где:

SMax - это значение, указанное в параметре блока Максимальная площадь прохода.
ΔpSet - значение, указанное в параметре блока установки давления клапана.
ΔpAB - перепад давления от порта A к порту B:

$_{ΔpAB} =_{} {pA}_{} -$ pB,
где p - манометрическое давление в порту, указанном нижним индексом (A или B).
k - линейная постоянная пропорциональности:

$k \frac{=_{} {SMax}_{−}}{_{}}$ SLeakΔpReg,
где в свою очередь:
- SLeak - значение, указанное в параметре блока области утечки.
- ΔpReg - это значение, указанное в параметре блока диапазона регулирования клапана.

При установке давления в клапане и ниже площадь открытия определяется только внутренней утечкой:

$S (_{}_{} ΔpAB\leqΔpSet)_{=}$ SLeak,

При максимальном давлении и выше площадь открытия полностью открытого клапана:

$S (_{}_{} ΔpAB\geqΔpMax)_{=}$ SMax,

где максимальный перепад давления ΔpMax - сумма:

$_{ΔpMax} =_{} ΔpSet_{+}$ ΔpReg.

Открывающая область в Linear area-opening relationship параметризация

Табличная параметризация

Если для параметра блока параметризации клапана установлено значение Tabulated data - Area vs. pressure, площадь открытия вычисляется как:

$S = S_{(}$ ΔpAB),

где SXY - табличная функция, построенная из параметров блока вектора падения давления и вектора области открытия. Функция основана на линейной интерполяции (для точек в диапазоне данных) и экстраполяции ближайшего соседа (для точек за пределами диапазона данных). Области утечки и максимального открытия являются минимальным и максимальным значениями параметра векторного блока «Площадь открытия клапана».

Открывающая область в Tabulated data - Area vs. pressure параметризация

Открывающая динамика

По умолчанию динамика открытия клапана игнорируется. Предполагается, что клапан мгновенно реагирует на изменения перепада давления без задержки по времени между началом нарушения давления и увеличением открытия клапана, которое создает нарушение. Если такие временные задержки являются следствием в модели, их можно захватить, установив для параметра блока Opening dynamics значение Include valve opening dynamics. Затем клапаны открываются каждый со скоростью, заданной выражением:

$\overset{}{} \frac{S˙=S (_{} ΔpSS) - S_{(}}{}$ ΔpIn)

где start- мера времени, необходимого для зоны мгновенного открытия (нижний индекс In) для достижения нового установившегося значения (нижний индекс SS).

Зона утечки

Основная цель зоны утечки закрытого клапана состоит в том, чтобы гарантировать, что часть гидравлической сети никогда не будет изолирована от остальной части модели. Такие изолированные части снижают численную надежность модели и могут замедлить моделирование или вызвать его сбой. Утечка обычно присутствует в мизерных количествах в реальных клапанах, но в модели ее точное значение менее важно, чем ее небольшое число больше нуля. Область утечки получается из одноименного параметра блока.

Расход клапана

Причины потерь давления, возникающих в проходах клапана, игнорируются в блоке. Независимо от их природы - внезапные изменения площади, контуры проходов - во время моделирования учитывается только их совокупный эффект. Этот эффект фиксируется в блоке коэффициентом выпуска, мерой расхода через клапан относительно теоретического значения, которое он имел бы в идеальном клапане. Расход через клапан определяется как:

$q =_{} \sqrt{\frac{}{}} \frac{_{}}{{CDS2ρΔpAB [_{(}}^{} ΔpAB)_{2 +}^{}^{}}$ pCrit2] 1/4,

где:

q - объемный расход через клапан.
CD - значение параметра блока коэффициента разрядки.
S - площадь открытия клапана.
ΔpAB - перепад давления от порта A к порту B.
pCrit - перепад давления, при котором поток смещается между ламинарным и турбулентным режимами потока.

Расчет критического давления зависит от настройки параметра блока спецификации перехода Ламинара. Если этот параметр имеет значение по умолчанию By pressure ratio:

$_{pCrit} =_{(} {pAtm}_{+} pAvg)_{(1} -$ βCrit),

где:

рАтм - атмосферное давление (как определено для соответствующей гидравлической сети).
pAvg - среднее манометрическое давление в портах A и B.
βCrit - значение параметра блока отношения давления потока Ламинара.

Если параметр блока спецификации перехода Laminar установлен в значение By Reynolds number:

$_{pCrit} \frac{=}{} {\frac{{α2}_{(}}{_{}_{}}}^{} ReCritstartCDDH$ ) 2,

где:

ReCrit - это значение параметра числового блока Критического Рейнольдса.
λ - кинематическая вязкость, указанная для гидравлической сети.
DH - мгновенный гидравлический диаметр:

$_{DH} \sqrt{\frac{=}{}}$ 4Sδ.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Отверстие, через которое поток может попасть в клапан.

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Отверстие, через которое поток может выходить из клапана.

Параметры

развернуть все

`Opening area parameterization` - Метод расчета площади открытия клапана
`Linear area-opening relationship` (по умолчанию) | `Tabulated data - Area vs. pressure`

Метод расчета площади открытия клапана. Установка по умолчанию предписывает линейную зависимость между площадью открытия клапана и перепадом давления между его отверстиями сенсора. Альтернативный параметр позволяет задать общее нелинейное отношение в табличной форме.

`Maximum passage area` - Зона открытия клапана в полностью открытом положении
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зона открытия клапана в полностью открытом положении. Клапан полностью открыт, если перепад давления из порта A в порт B превышает величину, заданную суммой параметров установки давления клапана и блока регулирования диапазона клапана.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра блока параметризации области проема установлено значение Linear area-pressure relationship.

`Valve pressure setting` - Перепад давления для поддержания от порта A к порту B
`30e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Перепад давления от порта A к порту B, который должен поддерживаться клапаном. Клапан начинает открываться, когда перепад давления превышает указанное здесь значение. Если перепад давления меньше этого значения, клапан максимально закрывается, а площадь открытия определяется параметром блока «Площадь утечки».

Зависимости

`Valve regulation range` - Интервал перепада давления, в течение которого клапан должен работать
`1.5e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Интервал падения давления, в течение которого клапан предназначен для работы. Этот интервал тянется от наибольшего перепада давления, при котором клапан максимально закрыт, до самого низкого перепада давления, при котором клапан полностью открыт. Только в этом диапазоне клапан может поддерживать заданное давление.

Зависимости

`Flow Discharge coefficient` - Эмпирический коэффициент, определяемый как отношение фактических и идеальных массовых расходов
`0.7` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Отношение фактического расхода через клапан к теоретическому значению, которое он имел бы в идеальном клапане. Этот полуэмпирический параметр измеряет расход через клапан: чем больше его значение, тем больше расход. Этот параметр см. в листе технических данных клапана, если он имеется.

`Leakage area` - Зона открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зона открытия клапана в полностью закрытом положении, когда сохраняется только внутренняя утечка между его отверстиями. Этот параметр служит главным образом для обеспечения того, чтобы закрытие клапана не приводило к изоляции частей тепловой жидкостной сети. Указанное здесь точное значение менее важно, чем его малое число больше нуля.

Зависимости

`Pressure differential vector` - Вектор перепадов давления для табулирования зон открытия клапана
`[30.15E5 : 15E3 : 31.35E5] Pa` (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах давления

Вектор перепадов давления от порта A к порту B, при котором указывается площадь открытия клапана. Векторные элементы должны монотонно увеличиваться слева направо. Этот порядок важен при задании параметра блока векторов площади проема.

Блок использует эти данные для построения справочной таблицы, по которой по манометрическому давлению в отверстии B определяется площадь открытия клапана. Данные обрабатываются с помощью линейной интерполяции (в пределах табличного диапазона данных) и экстраполяции ближайшего соседа (вне диапазона).

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра блока параметризации области проема установлено значение Tabulated data - Area vs. pressure.

`Opening area vector` - Вектор зон открытия в заданных точках останова перепада давления
`[9E-5 : -1 : 1E-5] m^2` (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах площади

Вектор открытых областей, соответствующих точкам останова, определенным в параметре блока дифференциального вектора давления. Векторные элементы должны монотонно увеличиваться слева направо (направление увеличения давления). Для достижения наилучших результатов избегайте областей сплющенного откоса.

Блок использует эти данные для построения справочной таблицы, по которой по разности давлений определяется площадь открытия клапана. Данные обрабатываются с помощью линейной интерполяции (в пределах табличного диапазона данных) и экстраполяции ближайшего соседа (вне диапазона).

Зависимости

`Laminar transition specification` - Параметр, в терминах которого определяется граница между ламинарным и турбулентным режимами
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Параметр, в терминах которого задается граница между ламинарным и турбулентным режимами потока. Коэффициент давления параметризации по умолчанию определяется как манометрическое давление на выходе, деленное на то же самое на входе.

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами
`0.999` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Отношение давления, при котором предполагается переход потока между ламинарным и турбулентным режимами. Отношение давления определяется как манометрическое давление на выходе, деленное на то же самое на входе. Предполагается, что переход является плавным и центрирован на этом значении.

Зависимости

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

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на границе между ламинарным и турбулентным режимами потока
`12` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Число Рейнольдса, при котором предполагается переход потока между ламинарным и турбулентным режимами.

Зависимости

`Opening dynamics` - Выбор того, захватывать ли динамику открытия клапана
`Do not include valve opening dynamics` (по умолчанию) | `Include valve opening dynamics`

Выбор того, фиксировать ли динамику открытия клапана. Выбор Include valve opening dynamics вызывает постепенное открытие клапана, чтобы приблизиться к его новой установившейся зоне в течение небольшого промежутка времени. Характеристическое время для таких переходов задается в параметре блока временных констант открытия.

Установка этого параметра в качестве альтернативы Do not include valve opening dynamics эквивалентно заданию значения 0 для постоянной времени открытия. В этом случае предполагается, что площадь вскрытия мгновенно достигает своего нового стационарного значения.

Включить динамику открытия, чтобы точнее зафиксировать поведение реального клапана. Для лучшей производительности моделирования в реальном времени используйте локальный решатель или отключите динамику открытия клапана.

`Opening time constant` - Характерная шкала времени переходов открытия клапана
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах времени

Измерение времени, затрачиваемого клапаном на переход от его текущей зоны открытия к новому установившемуся значению. Блок использует этот параметр для вычисления скорости, с которой открывается клапан, и из нее мгновенной площади открытия на следующем шаге времени.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра блока Opening dynamics установлено значение Include valve opening dynamics.

`Initial area` - Зона открытия в начале моделирования
`1e-12 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Площадь по нормали к направлению потока внутри клапана в начале моделирования. Блок использует этот параметр для вычисления начальной скорости, с которой открывается клапан, и из нее мгновенной площади открытия на следующем шаге времени.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра блока Opening dynamics установлено значение Include valve opening dynamics.

Расширенные возможности

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

См. также

Компенсатор давления | Редукционный клапан 3-Way | Редукционный клапан

Представлен в R2016a

Документация

Предохранительный клапан

Описание

Открытие клапана

Расход клапана

Порты

Сохранение

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

Параметры

`Opening area parameterization` - Метод расчета площади открытия клапана
`Linear area-opening relationship` (по умолчанию) | `Tabulated data - Area vs. pressure`

`Maximum passage area` - Зона открытия клапана в полностью открытом положении
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

`Valve pressure setting` - Перепад давления для поддержания от порта A к порту B
`30e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Зависимости

`Valve regulation range` - Интервал перепада давления, в течение которого клапан должен работать
`1.5e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Зависимости

`Leakage area` - Зона открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

Зависимости

`Opening area vector` - Вектор зон открытия в заданных точках останова перепада давления
`[9E-5 : -1 : 1E-5] m^2` (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах площади

Зависимости

`Laminar transition specification` - Параметр, в терминах которого определяется граница между ламинарным и турбулентным режимами
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами
`0.999` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Зависимости

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на границе между ламинарным и турбулентным режимами потока
`12` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Зависимости

`Opening dynamics` - Выбор того, захватывать ли динамику открытия клапана
`Do not include valve opening dynamics` (по умолчанию) | `Include valve opening dynamics`

`Opening time constant` - Характерная шкала времени переходов открытия клапана
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах времени

Зависимости

`Initial area` - Зона открытия в начале моделирования
`1e-12 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

Расширенные возможности

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

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

Документация

Предохранительный клапан

Описание

Открытие клапана

Расход клапана

Порты

Сохранение

A - Вход клапана гидравлическая (изотермическая жидкость)

B - Выход клапана гидравлическая (изотермическая жидкость)

Параметры

Opening area parameterization - Метод расчета площади открытия клапана Linear area-opening relationship (по умолчанию) | Tabulated data - Area vs. pressure

Maximum passage area - Зона открытия клапана в полностью открытом положении 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

Valve pressure setting - Перепад давления для поддержания от порта A к порту B 30e5 Pa (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Зависимости

Valve regulation range - Интервал перепада давления, в течение которого клапан должен работать 1.5e5 Pa (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

Зависимости

Leakage area - Зона открытия клапана в максимально закрытом положении 1e-10 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

Pressure differential vector - Вектор перепадов давления для табулирования зон открытия клапана [30.15E5 : 15E3 : 31.35E5] Pa (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах давления

Зависимости

Opening area vector - Вектор зон открытия в заданных точках останова перепада давления [9E-5 : -1 : 1E-5] m^2 (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах площади

Зависимости

Laminar transition specification - Параметр, в терминах которого определяется граница между ламинарным и турбулентным режимами Pressure ratio (по умолчанию) | Reynolds number

Laminar flow pressure ratio - Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами 0.999 (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Зависимости

Critical Reynolds number - число Рейнольдса на границе между ламинарным и турбулентным режимами потока 12 (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Зависимости

Opening dynamics - Выбор того, захватывать ли динамику открытия клапана Do not include valve opening dynamics (по умолчанию) | Include valve opening dynamics

Opening time constant - Характерная шкала времени переходов открытия клапана 0.1 s (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах времени

Зависимости

Initial area - Зона открытия в начале моделирования 1e-12 m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

Зависимости

Расширенные возможности

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

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`A` - Вход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлическая (изотермическая жидкость)

`Opening area parameterization` - Метод расчета площади открытия клапана
`Linear area-opening relationship` (по умолчанию) | `Tabulated data - Area vs. pressure`

`Maximum passage area` - Зона открытия клапана в полностью открытом положении
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

`Valve pressure setting` - Перепад давления для поддержания от порта A к порту B
`30e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

`Valve regulation range` - Интервал перепада давления, в течение которого клапан должен работать
`1.5e5 Pa` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах давления

`Leakage area` - Зона открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

`Opening area vector` - Вектор зон открытия в заданных точках останова перепада давления
`[9E-5 : -1 : 1E-5] m^2` (по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах площади

`Laminar transition specification` - Параметр, в терминах которого определяется граница между ламинарным и турбулентным режимами
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами
`0.999` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на границе между ламинарным и турбулентным режимами потока
`12` (по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`Opening dynamics` - Выбор того, захватывать ли динамику открытия клапана
`Do not include valve opening dynamics` (по умолчанию) | `Include valve opening dynamics`

`Opening time constant` - Характерная шкала времени переходов открытия клапана
`0.1 s` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах времени

`Initial area` - Зона открытия в начале моделирования
`1e-12 m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр в единицах площади

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