Объект: HTV321O

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HTV321O

Аннотация: Распределительный клапан 3/2

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	THYDRAULIC	Гидравлический порт 1
2	Port2	THYDRAULIC	Гидравлический порт 2
3	Port3	THYDRAULIC	Гидравлический порт 3
4	Port4	ISIGNAL	Сигнальный порт

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Cd	real	Коэффициент расхода		0.72
2	D	real	Диаметр, м	m	0.01
3	Fluid	real	Параметры среды		20
4	properties_fluid	list	Давление и температура среды		101325, 293.15

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Pressure1	Давление на порте	Pa
2	V_SpecificEnthalpy1	Удельная энтальпия;	J/kg
3	V_Density1	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
4	V_Temperature1	Температура рабочей среды на порте;	K
5	S_MassFlow1	Массовый расход на порте ;	kg/s
6	S_EnthalpyFlow1	Поток энтальпии на порте ;	W
7	V_Pressure2	Давление на порте	Pa
8	V_SpecificEnthalpy2	Удельная энтальпия;	J/kg
9	V_Density2	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
10	V_Temperature2	Температура рабочей среды на порте;	K
11	S_MassFlow2	Массовый расход на порте ;	kg/s
12	S_EnthalpyFlow2	Поток энтальпии на порте ;	W
13	V_Pressure3	Давление на порте	Pa
14	V_SpecificEnthalpy3	Удельная энтальпия;	J/kg
15	V_Density3	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
16	V_Temperature3	Температура рабочей среды на порте;	K
17	S_MassFlow3	Массовый расход на порте ;	kg/s
18	S_EnthalpyFlow3	Поток энтальпии на порте ;	W
19	V_port4	Значение сигнала на порте (V)
20	X_port4	Значение интегральной функции от сигнала на порте (X)
21	A_port4	Значение производной функции от сигнала на порте (A)

Пример использования компонента

Модель распределительного клапана 3/2 тип 1 (HTV321O)

Элемент моделирует трёхлинейный двухпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. При значении сигнала = 0 клапан соединяет порты 1 и 3. При значении сигнала = 1 клапан соединяет порты 2 и 3. Учитывает диаметр клапана, коэффициент расхода, свойства рабочей среды и параметры управляющего сигнала. Используется в гидравлических и пневматических системах для переключения потоков между магистралями.

Проверка работы распределительного клапана при подаче сигнала.

Начальные данные:

Параметры модели (HTV321O1)

D = 0.01 - Диаметр клапана, м

Cd = 0.72 - Коэффициент расхода

properties_fluid = 101325, 293.15 - Давление и температура среды

Fluid = BaseLiquid1 - Имя объекта свойств среды (вода)

Параметры источника сигнала

VL = 0 - Пассивный уровень (клапан соединяет порты 1 и 3)

VH = 1 - Активный уровень (клапан соединяет порты 2 и 3)

D = 2 - Начальная задержка, с

FT = 1 - Продолжительность переднего фронта, с

HT = 1 - Продолжительность вершины импульса, с

BT = 1 - Продолжительность заднего фронта, с

CT = 0.0 - Период

Параметры граничных условий

Pp = 101325…151325 Па - Давление на порту 1 (изменяется по трапециевидному закону)

Pa = 101325…121325 Па - Давление на порту 2 (изменяется по трапециевидному закону)

Pt = 101325 Па - Давление на порту 3

T = 293.15 К - Температура

Датчики

HT01MF1: датчик массового расхода (Qp, порт 1), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

HT01MF2: датчик массового расхода (Qt, порт 3), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

HT01MF3: датчик массового расхода (Qa, порт 2), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

Датчики давления P_in (Pp, порт 1) и P_out (Pa, порт 2)

Параметры интегрирования

end = 7.5 с - Время интегрирования

control = 1e-3 - Точность контроля

dabs = 0.1 - Абсолютная погрешность

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан HTV321O1, к портам которого подключены источники давления: HT25PT1 (порт 1, изменяется от 101325 до 151325 Па) и HT25PT2 (порт 2, изменяется от 101325 до 121325 Па), а также приёмник HT15PT2 (порт 3, постоянное 101325 Па). На управляющий порт клапана подаётся трапециевидный сигнал с параметрами VL = 0, VH = 1, D = 2 с, FT = 1 с, HT = 1 с, BT = 1 с. Массовые расходы через порты измеряются датчиками HT01MF1 (Qp — порт 1), HT01MF2 (Qt — порт 3), HT01MF3 (Qa — порт 2). Давления на портах 1 и 2 регистрируются как HTV321O.Pp и HTV321O.Pa. Результаты выводятся на осциллографы InputSignal, MassFlow и Pressure.

Результат:

Изменение режима работы клапана вызвано управляющим сигналом трапециевидной формы. При значении сигнала = 0 клапан соединяет порты 1 и 3. При значении сигнала = 1 клапан соединяет порты 2 и 3.

На графике InputSignal показано изменение управляющего сигнала во времени: сигнал линейно возрастает от 0 до 1 за 1 с (начиная с t = 2 с), удерживается на уровне 1 в течение 1 с, затем линейно убывает до 0 за 1 с. На графике Pressure показано изменение давлений: давление на порту 1 (Pp) возрастает от 101325 до 151325 Па, давление на порту 2 (Pa) возрастает от 101325 до 121325 Па. На графике MassFlow показано изменение массовых расходов:

при сигнале = 0 (t = 0…2 с): расход через порт 1 (Qp) составляет около 0.43 кг/с, расход через порт 3 (Qt) равен нулю, расход через порт 2 (Qa) равен нулю;

при сигнале = 1 (t = 3…4 с): расход через порт 1 (Qp) падает до нуля, расход через порт 2 (Qa) становится отрицательным (около –0.35 кг/с, что означает поток из клапана в порт 2), а расход через порт 3 (Qt) возрастает до примерно 0.35 кг/с;

после снятия сигнала (t > 5 с): расход через порт 1 (Qp) восстанавливается до 0.43 кг/с, расходы через порты 2 и 3 падают до нуля.

Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 3/2.

Формула для массового расхода через клапан:

\[Q_m = C_d \cdot S \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P}\]

где: \(C_d\) — коэффициент расхода, \(S = \frac{\pi \cdot D^2}{4}\) — площадь проходного сечения, м², \(\rho\) — плотность среды, кг/м³, \(\Delta P\) — перепад давления, Па.

При сигнале \({} = 0\): соединение портов 1–3, \(Q_a = 0\).

При сигнале \({} = 1\): соединение портов 2–3, \(Q_p = 0\).

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Управляющий сигнал HTV321O.Sig

Рисунок 3 - Массовые расходы HTV321O.Qp, HTV321O.Qa, HTV321O.Qt

Рисунок 4 - Давления HTV321O.Pp и HTV321O.Pa

Рисунок 5 - Совмещённый график RUN (HTV321O.Sig, HTV321O.Qt, HTV321O.Qp, HTV321O.Qa, HTV321O.Pp, HTV321O.Pa)