Pilot-Operated Check Valve

Гидравлический запорный клапан, который позволяет поток в одном направлении, но может быть отключен давлением управления

Библиотека

Наклонно-направленные клапаны

Описание

Блок Pilot-Operated Check Valve представляет гидравлический запорный клапан с управляемым управлением как модель , основанная на таблице данных. Цель запорного клапана - разрешить поток в одном направлении и заблокировать его в противоположном направлении, как показано на следующем рисунке.

В отличие от обычного запорного клапана, запорный клапан с управлением может быть открыт давлением на входе _pA, давление управления _pX, или и то, и другое. Сила, действующая на поппет, основана на выражении

$F = p_{A} \cdot A_{A} + p_{X} \cdot A_{X} - p_{B} \cdot A_{B}$

где

p A, _p B	Абсолютные давления на клеммах клапана
p X	Давление - манометр или перепад - на терминале управления
A A	Площадь золотника в ёмкости А
A B	Площадь золотника в ёмкости В
A X	Площадь пилотной ёмкости

Уравнение силы обычно выражается в слегка измененной форме

$p_{e} = p_{A} + p_{X} \cdot k_{p} - p_{B}$

где k p = _A X/ _A A обычно упоминается как коэффициент управления, и p e является эффективным перепадом давления на поршне управления. Клапан остается закрытым, в то время как этот перепад давления на клапане ниже, чем давления открытия клапана. Когда давления открытия достигаются, орган управления клапана вытесняется со своего седла, таким образом создавая канал между входным и выходным отверстиями. Если скорость потока жидкости достаточно высока, и давление продолжает расти, площадь дополнительно увеличивается, пока поршень управления не достигнет своего максимума. В этот момент площадь канала клапана на максимуме. Максимальная площадь клапана и давление открытия и максимальные давления обычно указаны в каталогах и являются тремя ключевыми параметрами блока.

Давление управления может быть дифференциальным значением относительно входного отверстия (порт A) или манометр значением (относительно окружение). Выбрать подходящую настройку - Pressure differential (pX - pA) или Pressure at port X - можно с помощью выпадающего списка Pressure control specification. Если Pressure at port X выбран:

$p_{X} = p_{X,Abs} - p_{Atm},$

где индекса Atm обозначает атмосферное давление. Нижний индекс X,Abs обозначает абсолютное значение в порте управления. Если Pressure differential (pX - pA) выбран:

$p_{X} = p_{X,Abs} - p_{A,Abs}$

где индекса A,Abs аналогично обозначает абсолютное значение на входе в клапан (порт A). Перепад давления управления ограничен, чтобы быть большим или равным нулю - если его вычисленное значение должно быть отрицательным, ноль принимается в расчете давления управления.

В дополнение к максимальной площади, площадь утечек также требуется для характеристики клапана. Основной целью параметра является не учет возможных утечек, хотя это также важно, а поддержание вычислительной целостности цепи путем предотвращения изоляции фрагмента системы после полного закрытия клапана. Изолированная или «висящая» часть системы может повлиять на вычислительную эффективность и даже вызвать отказ расчетов. Поэтому значение параметров должно быть больше нуля.

По умолчанию блок не содержит динамику открытия клапана и клапан определяет площадь открытия как функцию пропорциональную давлению:

$A = A (p)$

Добавление динамики открытия клапана обеспечивает непрерывное поведение, которое более физически реалистично и особенно полезно в ситуациях с быстрым открытием и закрытием клапана. Площадь канала отверстия, зависящего от давления, A(p) в блочных уравнениях, затем становится установившейся площадью, и площадь канала мгновенного отверстия в уравнении потока определяется следующим образом:

$A (t = 0) = A_{i n i t}$

$\frac{d A}{d t} = \frac{A (p) - A}{τ}$

В любом случае скорость потока жидкости через клапан определяется согласно следующим уравнениям:

$q = C_{D} \cdot A \sqrt{\frac{2}{ρ}} \cdot \frac{p}{{(p^{2} + p_{c r}^{2})}^{1 / 4}}$

$p_{e} = p_{A} + p_{X} \cdot k_{p} - p_{B}$

$A (p) = {\begin{array}{l} A_{l e a k} & для p_{e} < = p_{c r a c k} \\ A_{l e a k} + k \cdot (p_{e} - p_{c r a c k}) & для p_{c r a c k} < p_{e} < p_{\max} \\ A_{\max} & для p_{e} > = p_{\max} \end{array}$

$k = \frac{A_{\max} - A_{l e a k}}{p_{\max} - p_{c r a c k}}$

$Δ p = p_{A} - p_{B},$

$p_{c r} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Re}_{c r} \cdot ν}{C_{D} \cdot D_{H}})}^{2}$

$D_{H} = \sqrt{\frac{4 A}{π}}$

где

q	Скорость потока жидкости через клапан
p	Перепад давления на клапане
p e	Эквивалентный перепад давления на поршне управления
`_pA,pB`	Абсолютные давления на клеммах клапана
p X	Абсолютное давление на терминале управления
k p	Коэффициент пилот-сигнала, k p = _A X/ _A A
k	Коэффициент усиления клапана
C D	Коэффициент расхода потока
A	Площадь канала мгновенного отверстия
A(p)	Площадь канала отверстия, зависящего от давления
A _init	Начальная открытая площадь клапана
`_Amax`	Полностью открытая площадь канала клапана
`_Aleak`	Площадь утечек закрытого клапана
p _{трещина}	Давления открытия клапана
p _max	Давление, необходимое для полного открытия клапана
p _cr	Минимальное давление турбулентного течения
Re _cr	Критическое число Рейнольдса
D H	Гидравлический диаметр мгновенного отверстия
ρ	Плотность жидкости
ν	Кинематическая вязкость жидкости
τ	Временная константа для отклика первого порядка открытия клапана
t	Время

Блок имеет положительное направление от порта А до порта B. Это означает, что скорость потока жидкости положительная, если она течет от A до B, и перепад давления определяется как $Δ p = p_{A} - p_{B},$ .

Основные допущения и ограничения

Открытие клапана линейно пропорционально эффективному перепаду давления.
Никакие загрузки на клапане, такие как инерция, трение, пружина и так далее, не рассматриваются.
Ни один расход жидкости не связан с ёмкостью управления.

Параметры

Pressure control specification

Выбор измерения давления для использования в качестве управляющего сигнала. Блок использует выбранное измерение, чтобы вычислить эффективный перепад давления на клапане. (См. описание блока для вычислений.)

В настройке по умолчанию (Pressure differential (pX - pA)), эффективный перепад давления является функцией перепада давления от порта управления (X) до входного отверстия (A). В альтернативной настройке (Pressure at port X) это функция абсолютного давления на входном отверстии.

Cracking pressure

Уровень давления, при котором начинает открываться отверстие клапана. Значение по умолчанию 3e4 Па.

Maximum opening pressure

Перепад давления на клапане необходим для полного открытия клапана. Его значение должно быть выше давления открытия. Значение по умолчанию 1.2e5 Па.

Pilot ratio

Отношение эффективной площади в ёмкости к эффективной площади во входной ёмкости. Значение по умолчанию 5.

Maximum passage area

Максимальная площадь поперечного проходного сечения клапана. Значение по умолчанию 1e-4 м ^ 2.

Leakage area

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом клапане. Основной целью параметра является поддержание вычислительной целостности цепи путем предотвращения изоляции фрагмента системы после полного закрытия клапана. Значение значения параметров должно быть больше 0. Значение по умолчанию 1e-12 м ^ 2.

Laminar transition specification

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio - Переход от ламинарного к турбулентному режиму плавен и зависит от значения параметра Laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number - переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Critical Reynolds number.

Laminar flow pressure ratio

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Значение по умолчанию 0.999. Этот параметр видим, только если параметр Laminar transition specification установлен в Pressure ratio.

Critical Reynolds number

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Вы можете найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках гидравлики. Значение по умолчанию 12, что соответствует круглому отверстию из тонкого материала с острыми ребрами. Этот параметр видим, только если параметр Laminar transition specification установлен в Reynolds number.

Flow discharge coefficient

Полу-эмпирический параметр для характеристики емкости клапана. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия и обычно приводится в учебниках или таблицах данных производителя. Значение по умолчанию 0.7.

Opening dynamics

Выберите один из следующих опций:

Do not include valve opening dynamics - Клапан устанавливает площадь канала отверстия непосредственно как функцию давления. Если площадь изменяется мгновенно, также как и уравнение потока. Это значение по умолчанию.
Include valve opening dynamics - Обеспечьте непрерывное поведение, которое является более физически реалистичным, путем добавления задержки первого порядка во время открытия и закрытия клапана. Используйте эту опцию в гидравлических симуляциях с локальным решателем для симуляции в реальном времени. Эта опция также полезна, если вы заинтересованы в динамике открытия клапана в симуляциях переменных шагов.

Opening time constant

Временная константа для отклика первого порядка открытия клапана. Этот параметр доступен, только если Opening dynamics задано значение Include valve opening dynamics. Значение по умолчанию 0.1 с.

Initial area

Начальная площадь открытия клапана. Этот параметр доступен, только если Opening dynamics задано значение Include valve opening dynamics. Значение по умолчанию 1e-12 м ^ 2.

Ограниченные параметры

Глобальные параметры

Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:

Fluid density
Fluid kinematic viscosity

Используйте блок Hydraulic Fluid или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы задать свойства жидкости.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Гидравлический порт сопоставлен с входным отверстием клапана.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходным отверстием клапана.
X: Гидравлический порт сопоставлен с выводом управления клапаном.

Документация

Pilot-Operated Check Valve

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Pilot-Operated Check Valve

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®