Shuttle Valve

Гидравлический клапан, который позволяет поток только в одном направлении

Библиотека

Наклонно-направленные клапаны

Описание

Блок Shuttle Valve представляет гидравлический челночный клапан как основанную на моделях , основанных на таблице данных. Клапан имеет два входных порта (A и A1) и один выходной порт (B). Клапан управляется перепадом давления $p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$ . Клапан допускает поток либо между портами А и B, либо между портами A1 и B, в зависимости от _pc перепада давления. Первоначально путь A-B принимается открытым. Чтобы открыть A1-B пути (и закрыть A-B одновременно), перепад давления должен быть меньше давления открытия клапана (_pcr < = 0).

Когда давления открытия достигаются, орган управления клапана (золотник, мяч, тарелка и т.д.) вытесняется со своего седла и перемещается к противоположному седлу, таким образом открывая один канал и закрывая другой. Если скорость потока жидкости достаточно высока, и давление продолжает изменяться, поршень управления продолжает двигаться, пока не достигнет своего крайнего положения. В этот момент одна из площадей канала клапана на максимуме. Максимальная площадь клапана и давление открытия и максимальные давления обычно указаны в каталогах и являются тремя ключевыми параметрами блока.

Взаимосвязь между A-B, открытиями A1-B пути и _pc давления управления показана на следующем рисунке.

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.

Скорость потока жидкости через каждое из отверстий определяется согласно следующим уравнениям:

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

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

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

$A_{A 1 B} = {\begin{array}{l} A_{l e a k} & для p_{c} \geq p_{c r a c k} + p_{o p} \\ A_{\max} - k \cdot (p_{c} - p_{c r a c k}) & для p_{c r a c k} < p_{c} < p_{c r a c k} + p_{o p} \\ A_{\max} & для p_{c} \leq p_{c r a c k} \end{array}$

$k = \frac{A_{\max} - A_{l e a k}}{p_{o p}}$

$p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$

где

q _AB, _{q A1B}	Скорости потока жидкости через AB и A1B отверстия
p _AB, _{p A1B}	Перепад давления через AB и A1B отверстия
p A, _p A1, p B	Абсолютные давления на клеммах блоков
C D	Коэффициент расхода потока
ρ	Плотность жидкости
A _AB, _{A A1B}	Мгновенное отверстие AB и A1B каналов
A _max	Полностью открытая площадь канала отверстия
A _утечки	Площадь утечек закрытого клапана
p c	Перепад давления управления клапаном
p _{трещина}	Перепад давления открытия клапана
p _op	Перепад давления, необходимый для полного переключения клапана
p _crAB, _{p crA1B}	Минимальные давления турбулентного течения через AB и A1B отверстия

Минимальные давления турбулентного течения через AB и A1B отверстия, p _crAB и _{p crA1B}, вычисляются согласно определенного метода перехода из ламинарного режима течения:

По отношению давления - переход от ламинарного к турбулентному режиму определяется следующими уравнениями:

p _crAB = (_{p avgAB} + _p atm) (1 _- B лам)

p _crA1B = (_{p avgA1B} + _p atm) (1 _- B lam)

p _avgAB = (_p A + p B )/2

p _avgA1B = (_p A1 + p B )/2

где

p _avgAB	Среднее давление для отверстия AB
<reservedrangesplaceholder0> avgA1B	Среднее давление для A1B отверстия
p _атм	Атмосферное давление, 101325 Па
B _лам	Отношение давления на переходном режиме между ламинарным и турбулентным режимами (Laminar flow pressure ratio значение параметров)

По числу Рейнольдса - переход от ламинарного к турбулентному режиму определяется следующими уравнениями:

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

$p_{c r A 1 B} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Re}_{c r} \cdot ν}{C_{D} \cdot D_{H A 1 B}})}^{2}$

$D_{H A B} = \sqrt{\frac{4 A_{A B}}{π}}$

$D_{H A 1 B} = \sqrt{\frac{4 A_{A 1 B}}{π}}$

где

D _HAB, _{D HA1B}	Мгновенные гидравлические диаметры отверстия
ν	Кинематическая вязкость жидкости
Re _cr	Критическое число Рейнольдса (Critical Reynolds number значение параметров)

По умолчанию блок не содержит динамику открытия клапана. Добавление динамики открытия клапана обеспечивает непрерывное поведение, которое особенно полезно в ситуациях с быстрым открытием и закрытием клапана. Площади канала отверстия A _AB и _{A A1B} в уравнениях выше, затем становятся зонами канала AB и A1B в установившемся режиме, соответственно. Мгновенное отверстие AB и A1B участки канала с динамикой открытия определяют следующим образом:

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

$\frac{d A_{A B_d y n}}{d t} = \frac{A_{A B} - A_{A B_d y n}}{τ}$

$A_{A 1 B_d y n} = A_{\max} + A_{l e a k} - A_{A B_d y n}$

где

A _{AB _} dyn	Площадь канала АВ мгновенного отверстия с динамикой открытия
A _{A1B _} dyn	Мгновенное отверстие A1B площади канала с динамикой открытия
A _{AB _ init}	Начальная открытая площадь для отверстия AB
τ	Временная константа для отклика первого порядка открытия клапана
t	Время

Блок имеет положительное направление от порта А до порта B и от порта A1 до порта B. Давление управления определяется как $p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$ .

Основные допущения и ограничения

Открытие клапана линейно пропорционально перепаду давления.
Никакие загрузки на клапане, такие как инерция, трение, пружина и так далее, не рассматриваются.

Параметры

Maximum passage area

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

Cracking pressure

Уровень перепада давления, при котором начинает открываться отверстие клапана. Значение по умолчанию -1e4 Па.

Opening pressure

Перепад давления на клапане должен был переместить клапан из одного крайнего положения в другое. Значение по умолчанию 1e4 Па.

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.

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.

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.

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 at port A

Начальная открытая площадь для отверстия AB. Этот параметр доступен, только если Opening dynamics задано значение Include valve opening dynamics. Значение по умолчанию 1e-4 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.
A1: Гидравлический порт сопоставлен с входным отверстием клапана.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходным отверстием клапана.

Документация

Shuttle 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

Shuttle 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 ®