Pressure Relief Valve (TL)

Клапан управления давлением для поддержания заданного давления в гидросистеме

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

Описание

Блок Pressure Relief Valve (TL) представляет клапан для поддержания заданного давления в гидросистеме. Клапан остается закрытым, пока давление в порте А не достигнет установленного давления в клапане. Повышение давления выше установленного давления заставляет клапан постепенно открываться, позволяя гидросистеме сбрасывать избыточное давление.

Функция сглаживания позволяет площади открытия клапана плавно изменяться между полностью закрытым и полностью открытым положениями. Функция сглаживания делает это путем удаления внезапных изменений площади открытия в нулевом и максимальном положениях мяча. Рисунок показывает эффект сглаживания на кривой площади открытия клапана.

Сглаживание кривой площади открытия

Баланс массы

Уравнение сохранения массы в клапане

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

где:

${\dot{m}}_{A}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт А.
${\dot{m}}_{B}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт B.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса в клапане

$p_{A} - p_{B} = \frac{\dot{m} \sqrt{{\dot{m}}^{2} + {\dot{m}}_{c r}^{2}}}{2 ρ_{A v g} C_{d}^{2} S^{2}} [1 - {(\frac{S_{R}}{S})}^{2}] P R_{L o s s},$

где:

p A и _p B - это давления в портах А и B.
$\dot{m}$ - массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{c r}$ - критический массовый расход жидкости.
ρ _Avg - средняя плотность жидкости.
C d - коэффициент расхода.
S R является площадью открытия клапана.
S - площадь входного отверстия клапана.
PR _Loss - это отношение давления:

$P R_{L o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} (S_{R} / S)}{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} (S_{R} / S)} .$

Площадь открытия клапана вычисляется как

$S_{R} = {\begin{array}{l} S_{L e a k}, & p_{c o n t r o l} \leq p_{s e t} \\ S_{L e a k} (1 - λ_{L}) + S_{L i n e a r} λ_{L}, & p_{c o n t r o l} < p_{M i n} + Δ p_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r}, & p_{c o n t r o l} \leq p_{M a x} - Δ p_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r} (1 - λ_{R}) + S_{M a x} λ_{R}, & p_{c o n t r o l} < p_{M a x} \\ S_{M a x}, & p_{c o n t r o l} \geq p_{M a x} \end{array},$

где:

S _Утечка - это площадь утечек клапана.
S _Linear является площадью открытия линейного клапана:

$S_{L i n e a r} = (\frac{S_{M a x} - S_{L e a k}}{p_{M a x} - p_{s e t}}) (p_{c o n t r o l} - p_{s e t}) + S_{L e a k}$
S _Max является максимальной площадью открытия клапана.
p _{управления} является давлением управления клапаном:

$p_{c o n t r o l} = {\begin{array}{l} p_{A}, & Давление в порте А \\ p_{A} - p_{B}, & Перепад давления \end{array}$
p _- давление в заданном клапане:

$p_{s e t} = {\begin{array}{l} p_{s e t, g a u g e} + p_{A t m}, & Давление в порте A \\ p_{s e t, d i f f}, & Перепад давления \end{array}$
p _Min - это минимальное давление.
p _Max является максимальным давлением:

$p_{m a x} = {\begin{array}{l} p_{s e t, g a u g e} + p_{r a n g e} + p_{A t m}, & Давление в порте А \\ p_{s e t, d i f f} + p_{r a n g e}, & Перепад давления \end{array}$
Δp - фрагмент области значений давления, для сглаживания.
λ L и _λ R являются кубическими полиномиальными функциями сглаживания

$λ_{L} = 3 {\bar{p}}_{L}^{2} - 2 {\bar{p}}_{L}^{3}$
и

$λ_{R} = 3 {\bar{p}}_{R}^{2} - 2 {\bar{p}}_{R}^{3}$
где:

${\bar{p}}_{L} = \frac{p_{c o n t r o l} - p_{s e t}}{(p_{s e t} + Δ p_{s m o o t h}) - p_{s e t}}$
и

${\bar{p}}_{R} = \frac{p_{c o n t r o l} - (p_{m a x} - Δ p_{s m o o t h})}{p_{m a x} - (p_{m a x} - Δ p_{s m o o t h})}$

Критический массовый расход жидкости

${\dot{m}}_{c r} = {Re}_{c r} μ_{A v g} \sqrt{\frac{π}{4} S_{R}} .$

Энергетический баланс

Уравнение сохранения энергии в клапане

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где:

ϕ A - это расход энергии в клапан через порт A.
ϕ B - это расход энергии в клапан через порт B.

Порты

A - Порт терможидкости, представляющий входное отверстие А клапана
B - Порт терможидкости, представляющий вход в клапан B

Параметры

Вкладка « параметры»

Pressure control specification

Метод спецификации для параметра заданного давления клапана. Опции включают Pressure at port A и Pressure differential.

Valve set pressure (gauge)

Минимальное абсолютное давление при порте А, необходимой для открытия клапана. Повышение давления выше установленного давления заставляет клапан постепенно открываться, пока он не достигает полностью открытого состояния. Этот параметр активен только, когда параметр Pressure control specification установлен в Pressure at port A. Значение по умолчанию 0.1 МПа.

Valve set pressure differential

Минимальный перепад давления между портами А и B, требуемый для открытия клапана. Перепад давления выше этого значения заставляет клапан постепенно открываться, пока он не достигает полностью открытого состояния. Этот параметр активен только, когда параметр Pressure control specification установлен в Pressure differential. Значение по умолчанию 0 МПа.

Pressure regulation range

Различие максимального и заданного давления в порту А. Клапан начинает открываться при заданном давлении. Он полностью открыт при максимальном давлении. Значение по умолчанию 0.01 МПа.

Maximum opening area

Площадь, нормальная к направлению потока в точке самой узкой апертуры, когда клапан полностью открыт - то есть, когда перепад давления от порта A к порту B достигает или превышает верхний предел области значений значений регулирования давления.

Этот верхний предел вычисляется из других параметров блоков, и они зависят от Pressure control specification настройки:

Если Pressure at port A выбран, верхний предел является суммой параметра Pressure regulation range, параметра Valve set pressure (gauge) и атмосферного давления, заданного для сети Тепловой Жидкости, частью которой является этот блок.
Если Pressure differential используется вместо этого, верхний предел является суммой параметров Pressure regulation range и Valve set pressure differential.

Значение по умолчанию 1e-4 МПа.

Leakage area: Совокупная площадь всех утечек жидкости в клапане. Площадь утечек помогает предотвратить числовые проблемы из-за изолированных участков гидросистемы. Для численной робастности установите этот параметр ненулевое значение. Значение по умолчанию 1e-12.

Smoothing factor

Доля кривой площади открытия, выраженная как доля от 0 до 1, для сглаживания. Блок заменяет разрывы в кривой площади открытия плавными переходами, которые охватывают указанную долю кривой. Значение по умолчанию 0.01.

Коэффициент сглаживания 0 соответствует линейной функции, которая является прерывистой при давлениях заданной и максимальной площадей. Коэффициент сглаживания 1 соответствует нелинейной функции, которая постоянно изменяется во всей области функций.

Коэффициент сглаживания между 0 и 1 соответствует непрерывной кусочно-линейной функции с плавными нелинейными переходами при давлениях заданной и максимальной площадей и линейных сегментах в другом месте.

Сглаживание кривой площади открытия

Cross-sectional area at ports A and B

Площадь потока в входных отверстиях клапана. Входные отверстия приняты равными в размере. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Characteristic longitudinal length

Приблизительная длина клапана. Этот параметр обеспечивает меру продольной шкалы клапана. Значение по умолчанию 0.1 м ^ 2.

Discharge coefficient

Полу-эмпирический параметр, обычно используемый как мера эффективности клапана. Коэффициент расхода определяется как отношение фактического массового расхода жидкости через клапан к его теоретическому значению.

Блок использует этот параметр для расчета эффектов геометрии клапана на массовые расходы жидкости. Учебники и таблицы данных клапанов являются общими источниками значений коэффициентов расхода. По определению все значения должны быть больше 0 и меньше 1. Значение по умолчанию 0.7.

Critical Reynolds number

Число Рейнольдса, соответствующее переходу между режимами ламинарного и турбулентного течения. Поток через клапан принимается ламинарным ниже этого значения и турбулентным над ним. Соответствующие значения для использования зависят от конкретной геометрии клапана. Значение по умолчанию 12.

Вкладка Переменные

Mass flow rate into port A: Массовый расход жидкости в компонент через порт A в начале симуляции. Значение по умолчанию 1 kg/s.

Примеры моделей

Reciprocal Actuator with Differential Cylinders

Возвратно-поступательный привод с дифференциальными цилиндрами

Привод двойного действия с дифференциальными цилиндрами. Выход насоса соединяется с цилиндром B привода, в то время как цилиндр A привода может быть соединен с насосом или с резервуаром через трехходовой направляющий клапан. Когда цилиндр A соединяется с насосом, давления в обоих цилиндрах становятся равными. Из-за большей эффективной площади базового поршня в цилиндре A сила взаимодействия в цилиндре A больше, чем в цилиндре B, что заставляет поршень проходить. Когда цилиндр A соединяется с резервуаром, поршень начинает втягиваться. Трехсторонний направленный клапан управляется синусоидальным сигналом для достижения повторяющегося возвратно-поступательного движения в приводе.

Документация

Pressure Relief Valve (TL)

Описание

Баланс массы

Баланс импульса

Энергетический баланс

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Примеры моделей

Возвратно-поступательный привод с дифференциальными цилиндрами

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Pressure Relief Valve (TL)

Описание

Баланс массы

Баланс импульса

Энергетический баланс

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Примеры моделей

Возвратно-поступательный привод с дифференциальными цилиндрами

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 ®