Pressure Compensator Valve (IL)

Клапан поддержания давления для внешнего компонента в изотермической системе

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Клапаны и Отверстия/Клапаны Регулирования Давления

Описание

Блок Клапан Компенсатора Давления (IL) представляет изотермический компенсатор давления жидкости, такой как клапан сброса давления или редукционный клапан. Используйте этот клапан, когда вы хотите поддерживать давление в клапане на основе сигналов от другой части системы.

Когда перепад давления между портами X и Y (давление управления) соответствует или превышает заданное давление, площадь клапана открывается (для нормально закрытых клапанов) или закрывается (для нормально открытых клапанов), чтобы поддерживать давление в клапане. Область значений регулирования давления начинается с заданного давления. _{P набор} является постоянным в случае Constant клапан, или изменяющийся в случае Controlled клапан. Физический знак в порте Ps обеспечивает меняющееся установленное давление.

Контроль давления

Регулирование давления происходит, когда измеренное давление, P x - _P Y, или _{P управление}, превышает заданное давление_{, P} задано. Блок Pressure Compensator Valve (IL) поддерживает два режима регулирования:

Когда Set pressure control установлено на Controlledподключите сигнал давления к порту Ps и установите постоянную Pressure regulation range. регулирование давления запускается P когда _{управление} больше, чем _{P набор}, Set pressure differential, и ниже _P макс, сумма заданного давления и пользовательских Pressure regulation range.
Когда Set pressure control установлено на Constantоткрытие клапана постоянно регулируется между P _{набором} и _{P max} путем линейной или табличной параметризации. Когда Opening parametrization установлено на Tabular dataP _set и _{P max} являются первым и последним параметрами Pressure differential vector, соответственно.

Массовый расход жидкости

Импульс сохраняется через клапан:

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

Массовый расход жидкости через клапан вычисляется как:

$\dot{m} = \frac{C_{d} A_{v a l v e} \sqrt{2 \bar{ρ}}}{\sqrt{P R_{l o s s} (1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2})}} \frac{Δ p}{{[Δ p^{2} + Δ p_{c r i t}^{2}]}^{1 / 4}},$

где:

C d является Discharge coefficient.
A _клапан - это текущее открытое пространство клапана.
A _порт является Cross-sectional area at ports A and B.
$\bar{ρ}$ - средняя плотность жидкости.
Δp - различие давления в клапане p A - _p B.

Критическое различие давления, Δp _crit, является перепадом давления, связанным с Critical Reynolds number, Re _crit, точкой перехода режима течения между ламинарным и турбулентным потоком:

$Δ p_{c r i t} = \frac{π \bar{ρ}}{8 A_{v a l v e}} {(\frac{ν {Re}_{c r i t}}{C_{d}})}^{2} .$

Падение давления описывает снижение давления в клапане из-за уменьшения площади. PR _потерь рассчитывается как:

$P R_{l o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} \frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} \frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}}} .$

Восстановление давления описывает положительный скачок давления в клапане из-за увеличения площади. Если для Pressure recovery задано значение Off, PR _потеря равна 1 .

Площадь открытия, A _клапан, определяется параметризацией открытия (для Constant только клапаны) и динамику открытия клапана.

Параметризация открытия клапана

Линейная параметризация площади клапана для Normally open клапаны:

$A_{v a l v e} = \hat{p} (A_{l e a k} - A_{\max}) + A_{\max},$

и для Normally closed клапаны:

$A_{v a l v e} = \hat{p} (A_{\max} - A_{l e a k}) + A_{l e a k} .$

Для табличной параметризации площади клапана в рабочей области значений A _утечки и _{A max} являются первым и последним параметрами Opening area vector, соответственно.

Нормированное давление, $\hat{p}$ является:

$\hat{p} = \frac{p_{c o n t r o l} - p_{s e t}}{p_{\max} - p_{s e t}} .$

В крайних точках области значений давления клапана можно поддерживать числовую робастность в симуляции, настраивая блочное Smoothing factor. При ненулевом коэффициенте сглаживания функция сглаживания применяется ко всем вычисленным давлениям в клапане, но в основном влияет на симуляцию в крайних пределах этих областей значений.

Когда Smoothing factor, f, ненулевое, сглаженное, нормированное давление вместо этого прикладывается к площади клапана:

${\hat{p}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{p}}_{}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(\hat{p} - 1)}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} .$

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

Динамика Открытия

Если моделируется динамика открытия, в ответ потока на смоделированное управляющее давление вводится задержка. p _{управление} становится динамическим давлением управления, _{p dyn}; в противном случае _{p управление} является установившимся давлением. Текущее изменение динамического давления управления вычисляется на основе Opening time constant, τ:

${\dot{p}}_{d y n} = \frac{p_{c o n t r o l} - p_{d y n}}{τ} .$

По умолчанию Opening dynamics задано значение Off. Ненулевая Smoothing factor может обеспечить дополнительную числовую стабильность, когда отверстие находится в почти закрытом или почти открытом положении.

Статическая динамика задается такой же параметризацией, как и открытие клапана, и основана на управляющем давлении, p _{управлении} .

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в клапан или из клапана.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в клапан или из клапана.

`X` - ссылка давления, МПа
изотермическая жидкость

Абсолютное давление в единицах МПа, обозначаемое P х.

`Y` - ссылка давления, МПа
изотермическая жидкость

Абсолютное давление в единицах МПа, обозначаемое P y.

Вход

расширить все

`Ps` - Управляемый перепад давления
физический сигнал

Перепад давления для операции управляемого клапана, задается как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Controlled.

Параметры

расширить все

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

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

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

Метод операции клапана. Клапан может работать в соответствии с заданной областью значений или Opening parametrization регулирования давления.

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

Метод моделирования открытия или закрытия клапана. Открытие клапана параметризовано или линейно, или таблицей значений, коррелирующих площадь с перепадом давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Constant.

`Set pressure differential` - Область значений, вне которого срабатывает постоянная операция клапана
`0` МПа (по умолчанию) | скаляром

Величина перепада давления, которая запускает операцию постоянного клапана, когда давление превышает (Normally closed) или падает ниже (Normally open).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Constant и Opening parametrization к Linear.

`Pressure regulation range` - область значений рабочего давления клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | скаляром

Рабочее давление области значений клапана. Регулирование давления области значений находится между Set pressure differential и максимальным рабочим давлением клапана.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите либо:

Set pressure control с Controlled
Set pressure control с Constant и Opening parametrization к Linear

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

Площадь поперечного сечения клапана в его положении полностью открытого отверстия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите либо:

Set pressure control с Controlled
Set pressure control с Constant и Opening parametrization к Linear

`Leakage area` - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в положении полностью закрытого отверстия. Любая площадь, меньшая этого значения, насыщается до заданной площади утечек. Это способствует численной устойчивости путем поддержания непрерывности в потоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите либо:

Set pressure control с Controlled
Set pressure control с Constant и Opening parametrization к Linear

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

Вектор значений перепадов давления для табличной параметризации площади открытия. Векторные элементы должны соответствовать один к одному значениям в параметре Opening area vector. Давления должны быть больше 0 и указаны в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Constant и Opening parametrization к Tabulated data.

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

Вектор значений площади открытия для табличной параметризации площади открытия. Векторные элементы должны соответствовать один к одному значениям в параметре Pressure differential vector. Векторы площади для нормально открытых клапанов перечисляют элементы в порядке убывания. Векторы площади для нормально закрытых клапанов перечисляют элементы в порядке возрастания.

Вектор площади открытия должен иметь то же количество элементов, что и Pressure differential vector. Линейная интерполяция используется между точками данных таблицы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Constant и Opening parametrization к Tabulated data.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь на входе или выходе клапана
`inf` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения входного и выходного портов A и B. Эти области используются в уравнении скорость-давления, которое определяет массовый расход жидкости через клапан.

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент коррекции, учитывающий потери разряда в теоретических потоках. Значение по умолчанию для коэффициента расхода клапана в Simscape™ Fluids™ составляет 0,64.

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
`150` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения через клапан.

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`

Выберите для расчета увеличения давления, когда жидкость течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит слой постепенного изменения отклика потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите это значение ненулевым значением меньше единицы, чтобы увеличить стабильность вашей симуляции в этих режимах.

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

Выберите для расчета переходных эффектов в гидросистеме из-за открытия клапана. Когда Opening dynamics установлено на Onблок аппроксимирует условия открытия путем введения задержки первого порядка в отклике потока.

`Opening time constant` - Время открытия клапана константа
`0.1` s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Константа, которая захватывает время, необходимое для достижения жидкости устойчивого состояния при открытии или закрытии клапана из одного положения в другое. Этот параметр влияет на смоделированную динамику открытия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Opening dynamics равным On.

Примеры моделей

Привод Дрель-Реам

Привод, который управляет машиной инструмента работы модуля выполнении последовательности из трех технологических операций: грубое бурение, мелкое бурение и расширение. Скорость привода управляется одним из трех компенсированных давлением клапанов управления потоком, дозирующих обратный поток из цилиндра. Выбор соответствующего регулирования потока осуществляется направленными клапанами, которые активируются модулем управления.

См. также

Клапан сброса давления (IL) | Клапан управления потоком с компенсацией давления (IL) | Клапан 3-Way снижения давления (IL) | Редукционный клапан (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Pressure Compensator Valve (IL)

Описание

Контроль давления

Массовый расход жидкости

Параметризация открытия клапана

Динамика Открытия

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

X - ссылка давления, МПа изотермическая жидкость

Y - ссылка давления, МПа изотермическая жидкость

Вход

Ps - Управляемый перепад давления физический сигнал

Зависимости

Параметры

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

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

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

Зависимости

Set pressure differential - Область значений, вне которого срабатывает постоянная операция клапана 0 МПа (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Pressure regulation range - область значений рабочего давления клапана 0.1 МПа (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Maximum opening area - Площадь полностью открытого клапана 1e-4 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Leakage area - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия 1e-10 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

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

Зависимости

Cross-sectional area at ports A and B - Площадь на входе или выходе клапана inf m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Discharge coefficient - Коэффициент расхода 0.64 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Critical Reynolds number - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения 150 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pressure recovery - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади Off (по умолчанию) | On

Smoothing factor - Численный коэффициент сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

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

Opening time constant - Время открытия клапана константа 0.1 s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Примеры моделей

Привод Дрель-Реам

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`X` - ссылка давления, МПа
изотермическая жидкость

`Y` - ссылка давления, МПа
изотермическая жидкость

`Ps` - Управляемый перепад давления
физический сигнал

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

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

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

`Set pressure differential` - Область значений, вне которого срабатывает постоянная операция клапана
`0` МПа (по умолчанию) | скаляром

`Pressure regulation range` - область значений рабочего давления клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | скаляром

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

`Leakage area` - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь на входе или выходе клапана
`inf` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
`150` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

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

`Opening time constant` - Время открытия клапана константа
`0.1` s (по умолчанию) | положительная скалярная величина