Моделирование клапанов в Simscape Fluids

Можно смоделировать управление потоками, регулирование давления и направленное управление потоками с блоками клапана библиотеки Fluids. Управляющие потоком клапаны, такие как клапан логического элемента, ограничивают объемный расход через клапан. Управляющие давлением клапаны ограничивают клапан операционные давления путем открытия или закрытия клапана на основе давления, или путем вентиляции избыточного потока.

Распределительные клапаны соединяют различные пути к потоку на основе смещения центрального поршня управления. Они могут быть пропорциональной областью, такой как распределительный клапан с четырьмя путями или пропорциональное давление, такое как запорный клапан. Распределительные клапаны, такие как клапан шаттла могут также переключение потока управления.

Пропорциональные распределительные клапаны сконфигурированы на основе путей к потоку, которые открываются и закрываются, когда поршень управления перемещает и классифицируется:

Количество внешних путей или соединяющихся портов
Количество положений клапан может принять
Непрерывное или дискретное перемещение

Распределительные клапаны в Изотермической Жидкой, Тепловой Жидкости и библиотеки Gas включают двухсторонние, и распределительные клапаны с четырьмя путями с тремя путями с одним, непрерывным поршнем управления золотника. Порты блока называют, чтобы соответствовать общим связям:

P — Насос или порт давления
T Бак или возвращает порт
A, порты B — Load
X, y Порты управления

Кроме того, можно добавить механические эффекты в клапан путем соединения затухания моделирования блоков, трения и жесткого упора к сигналу привода клапана, такой как в Распределительном клапане С 4 путями с Механическим примером Эффектов.

Управление клапаном с блоками привода клапана

Можно смоделировать управление сервомотором или электромагнитным клапаном с блоками из подбиблиотеки Valve Actuator, такими как Пропорциональный Привод клапана или Экспериментальный Привод клапана (IL). К соленоидному управлению модели можно также использовать блок Solenoid из библиотеки Simscape Electrical.

Блок Multiposition Valve Actuator может быть соединен с распределительными клапанами, чтобы управлять положением золотника клапана согласно входным сигналам или время переключения.

Схематичный распределительный клапан с четырьмя путями

Пропорциональный распределительный клапан потока характеризуется его начальным открытым путем к потоку, путями к потоку, которые открываются или соглашаются с положительным или отрицательным перемещением органа управления и смещением открытия отверстия. Отношение между диапазоном поршня управления и открытием идентифицирует, перекрывается ли отверстие, underlapped, или нейтральное.

Когда трехпозиционный распределительный клапан с четырьмя путями имеет все порты, закрытые в нейтральном положении, клапан, соединенный с приводом двойного действия, выглядит так:

Drawing of valve closed in neutral position

Когда поршень управления перемещает в положительном направлении, направо в схеме клапана, пути к потоку P-A и открытый B-T. Когда поршень управления перемещает в обратном направлении, налево в схеме клапана, пути к потоку P-B и открытый A-T. Эта настройка для положительного и отрицательного смещения схематично представлена как:

Diagram of valve closed in neutral position

где поле слева представляет положительные связи смещения золотника, и поле справа представляет отрицательные связи смещения золотника.

При двухпозиционном клапане с четырьмя путями дополнительные настройки потока могут открыться только во время перехода. Например, устанавливая 2-позиционный блок Directional Valve (IL) С 4 путями на эту настройку клапана

Schematic of four-way two-position valve

где:

Positive spool position open connections установлен в P-A and P-B.
Negative spool position open connections установлен в P-A and B-T.

результаты в открытом P-A, P-B и путях к потоку B-T, когда переходы золотника между положительными и отрицательными положениями.

Примечание

В 3-позиционном Распределительном клапане С 4 путями (IL) и 2-позиционном Распределительном клапане С 4 путями (IL) блоки, вы можете:

Выберите предварительную параметризацию на основе таблиц данных производителя. Это может быть установлено в разделе описания диалогового окна блока.
Визуализируйте вводные характеристики каждого отверстия при клапане. Щелкните правой кнопкой по блоку и выберите Fluids> Plot Valve Characteristics.

Параметризация блоков распределительного клапана с четырьмя путями

В 4-Way 3-Position Directional Valve (IL) и блоках 4-Way 2-Position Directional Valve (IL), положение золотника в максимальном параметре площади постоянного отверстия указывает на абсолютное положение золотника, в котором то отверстие полностью открыто. Например, когда клапан сконфигурирован для пути к потоку P-A, отверстие P-A открыто в значении, заданном в параметре Spool position at maximum P-A orifice area. Отверстия, идентифицированные в параметре Positive spool position open connections, должны иметь положительное положение золотника при максимальном открытии. Отверстия, идентифицированные в параметре Negative spool position open connections, должны иметь отрицательное положение золотника при максимальном открытии. Если эти клапаны также не идентифицированы в параметре Neutral spool position open connections, они должны быть закрыты в положении золотника 0.

Перемещение золотника между закрытым и открытым параметром отверстия является диапазоном, который открывает отверстие. Если Area characteristics установлен в Different for each flow path, перемещение золотника между закрытым и открытым отверстием может быть задано по-другому для каждого пути к потоку.

Чтобы проверять, что заданные положения золотника для каждого открытия отверстия и заключительное положение включают сопоставимую настройку, параметр Consistency check for neutral spool position open connections может уведомить вас, если значения параметризации противоречивы, когда золотник находится в нейтральном положении. Предупреждение или ошибка сгенерированы, когда вы строите или обновляете график настройки клапана.

В Распределительном клапане С 4 путями (TL) и Распределительном клапане С 4 путями (G) блоки, максимальный параметр открытия клапана является диапазоном отверстия, который соответствует перемещению золотника между закрытым и открытым параметром отверстия в изотермических жидких блоках. Параметры под Valve Opening Offsets, такие как Between ports P and A, идентифицируют смещение золотника от нейтрального, в котором путь к потоку начинает открываться для каждого отверстия, такого как то между портами P и A. Эти параметры соответствуют положению золотника при открытии минимума отверстия.

Визуализация настройки клапана

В 3-позиционном Распределительном клапане С 4 путями (IL) и 2-позиционном Распределительном клапане С 4 путями (IL) блоки, можно визуализировать площадь постоянного отверстия для каждого пути к потоку в зависимости от положения золотника:

Plot of valve configuration

Эта визуализация показывает трехпозиционный клапан с четырьмя путями, сконфигурированный с:

Набор Positive spool position open connections к P-A and B-T
Набор Neutral spool position open connections к A-T and B-T
Набор Negative spool position open connections к P-B and A-T
Набор Area characteristics к Different for each flow path
Набор Orifice parameterization к Tabulated data - Volumetric flow rate vs. spool travel and pressure drop

Со следующими значениями, измененными от значений по умолчанию блока:

Набор Spool position at maximum A-T orifice area к -0.004 m
Набор Spool position at maximum B-T orifice area к 0.006 m
Набор B-T orifice spool travel vector, ds к [0, .00125, .0025, .00375, .0065] m.

Визуализация показывает, что отверстия A-T и B-T имеют ненулевую скорость потока жидкости или открыты, когда положение золотника 0. B-T отверстия полностью закрывается, когда золотник перемещает к-0.0005 м; это полностью открыто на уровне 0,006 м и имеет вводную длину 0,0065 м. Отверстие A-T полностью закрывается на уровне 0,001 м; это полностью открыто на уровне-0.004 м и имеет вводную длину 0,005 м.

Изменение Spool position at maximum P-A orifice area к 0.003 m приводит к открытому отверстию P-A, когда золотник находится в нейтральном положении, которое нарушает параметры конфигурации клапана. Это вызвано тем, что последний элемент P-A orifice spool travel vector, ds, больше, чем Spool position at maximum P-A orifice area, означая, что клапан должен начать открываться, когда золотник находится все еще в отрицательном положении:

Plot of valve configuration

Параметризация с таблицей данных

Таблицы данных производителя обеспечивают кривые перепада давления скорости потока жидкости для различных путей к потоку распределительного клапана. Можно параметрировать блок распределительного клапана с данными от производителя установкой Orifice parameterization к Tabulated data - Volumetric flow rate vs. spool travel and pressure drop.

Если вы не хотите к вручную входным данным от таблицы данных, можно использовать функцию MATLAB File Exchange grabit извлекать точки данных из изображения графика:

Войти grabit() в MATLAB^® командная строка.
От графический интерфейса пользователя, который появляется, нажмите Load Image, чтобы загрузить кривую клапана в PNG, TIF, JPG, GIF или формате BMP.
Калибруйте изображение путем выбора областей значений осей и ввода значений области значений. Запустите путем нажатия на x - источник оси, ввода 0 в поле, которое появляется, и нажатие Enter.
Нажмите Grab Points, чтобы начать собирать данные путем нажатия вдоль желаемой кривой. Чтобы собрать другой набор данных, нажмите Enter и нажмите Grab Points снова.
Нажмите Save to file as, чтобы сохранить набор данных как P_A_pressure_drop.mat в вашей рабочей директории.
Введите сохраненные переменные как установку параметра:

Документация