Объект: HTV331O

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HTV331O

Аннотация: Распределительный клапан 3/3 1-го типа

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 3/3 тип 1 (HTV331O)

Элемент моделирует трёхлинейный трёхпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. Клапан имеет три рабочих положения: при сигнале = –1 соединяет порты 2 и 3, при сигнале = 0 закрыт, при сигнале = 1 соединяет порты 1 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 (HTV331O1)

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 (TrapeziumSource1)

VL = –1 - Пассивный уровень (клапан соединяет порты 2 и 3)

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

D = 1 - 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

P1 = 151325 Па - Давление на порту 1

P2 = 101325 Па - Давление на порту 2

P3 = 121325 Па - Давление на порту 3

T = 293.15 К - Температура

Датчики

HT01MF1: датчик массового расхода (Qp, порт 1), P₀ = 151325, 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 = 121325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

Датчики давления V1 (порт 1), V2 (порт 2), V3 (порт 3)

Параметры интегрирования

end = 5 с - Время интегрирования

control = 1e-9 - Точность контроля

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан HTV331O1, к портам которого подключены источники давления: HT1SPT1 (порт 1, P = 151325 Па), HT1SPT2 (порт 2, P = 101325 Па) и HT1SPT3 (порт 3, P = 121325 Па). На управляющий порт клапана подаётся трапециевидный сигнал от источника TrapeziumSource1 с параметрами VL = –1, VH = 1, D = 1 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, 2 и 3 регистрируются как HTV331O.V1, HTV331O.V2 и HTV331O.V3. Результаты выводятся на осциллографы DISP1 (давления), DISP2 (управляющий сигнал) и DISP3 (расходы).

Результат:

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

На графике DISP2 показано изменение управляющего сигнала во времени: сигнал линейно возрастает от –1 до 1 за 1 с (начиная с t = 1 с), удерживается на уровне 1 в течение 1 с, затем линейно убывает до –1 за 1 с. На графике DISP1 показано, что давления V1, V2 и V3 остаются постоянными (V1 ≈ 151325 Па, V2 ≈ 101325 Па, V3 ≈ 121325 Па). На графике DISP3 показано изменение массовых расходов:

при сигнале = –1 (t = 0…1 с): Qa = 0.36 кг/с (поток из порта 3 в порт 2, так как P3 > P2), Qt = 0 (порт 3 соединён с портом 2, расход через порт 3 равен расходу через порт 2), Qp = 0 (порт 1 закрыт);

при сигнале = 0 (t = 2…3 с): все расходы равны нулю (клапан закрыт);

при сигнале = 1 (t = 4…5 с): Qp = 0.43 кг/с (поток из порта 1 в порт 3), Qa = –0.43 кг/с (поток из порта 3 в порт 1), Qt = 0 (порт 3 соединён с портом 1).

Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 3/3.

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 = -1: соединение портов 2–3, \(Q_p = 0\).

При сигнале = 0: клапан закрыт, \(Q_p = Q_a = Q_t = 0\).

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

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Давления HTV331O.V1, HTV331O.V2, HTV331O.V3

Рисунок 3 - Управляющий сигнал HTV331O.Sig

Рисунок 4 - Массовые расходы HTV331O.Qp, HTV331O.Qa, HTV331O.Qt

Рисунок 5 - Совмещённый график RUN (HTV331O.V1, HTV331O.V2, HTV331O.V3, HTV331O.Sig, HTV331O.Qa, HTV331O.Qp, HTV331O.Qt)