Объект: HTV432O

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HTV432O

Аннотация: Распределительный клапан 4/3 2-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	THYDRAULIC	Гидравлический порт 4
5	Port5	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_Pressure4	Давление на порте	Pa
20	V_SpecificEnthalpy4	Удельная энтальпия;	J/kg
21	V_Density4	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
22	V_Temperature4	Температура рабочей среды на порте;	K
23	S_MassFlow4	Массовый расход на порте ;	kg/s
24	S_EnthalpyFlow4	Поток энтальпии на порте ;	W
25	V_port5	Значение сигнала на порте (V)
26	X_port5	Значение интегральной функции от сигнала на порте (X)
27	A_port5	Значение производной функции от сигнала на порте (A)

Пример использования компонента

Модель распределительного клапана 4/3 тип 2 (HTV432O)

Элемент моделирует четырёхлинейный трёхпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. Клапан имеет три рабочих положения: при сигнале = –1 соединяет порты 1 и 4, 3 и 2; при сигнале = 0 соединяет порты 1 и 2; при сигнале = 1 соединяет порты 1 и 3, 4 и 2. 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 (HTV432O1)
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 1–4, 3–2)
VH = 1 - Активный уровень (клапан соединяет порты 1–3, 4–2)
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 4 (изменяется по трапециевидному закону)
Pb = 101325…131325 Па - Давление на порту 3 (изменяется по трапециевидному закону)
Pt = 101325 Па - Давление на порту 2
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 2), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = BaseLiquid1
HT01MF3: датчик массового расхода (Qa, порт 4), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = BaseLiquid1
HT01MF4: датчик массового расхода (Qb, порт 3), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = BaseLiquid1
Датчики давления Pp (порт 1), Pa (порт 4), Pb (порт 3)

Параметры интегрирования
end = 7.5 с - Время интегрирования
control = 1e-3 - Точность контроля
dabs = 1 - Абсолютная погрешность

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан HTV432O1, к портам которого подключены источники давления: HT2SPT1 (порт 1, изменяется от 101325 до 151325 Па), HT2SPT2 (порт 4, изменяется от 101325 до 121325 Па), HT2SPT3 (порт 3, изменяется от 101325 до 131325 Па) и HT1SPT1 (порт 2, постоянное 101325 Па). На управляющий порт клапана подаётся трапециевидный сигнал от источника TrapeziumSource1 с параметрами VL = –1, 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 2), HT01MF3 (Qa — порт 4), HT01MF4 (Qb — порт 3). Давления на портах 1, 4 и 3 регистрируются как HTV432O.Pp, HTV432O.Pa и HTV432O.Pb. Результаты выводятся на осциллографы DISP1 (давления), DISP2 (управляющий сигнал), DISP3 (расходы), InputSignal1, MassFlow1 и Pressure1.

Результат:

Изменение режима работы клапана вызвано управляющим сигналом трапециевидной формы. Клапан имеет три положения:

При значении сигнала = –1 (t = 0…2 с): клапан соединяет порты 1 и 4, 3 и 2. При этом расходы Qp ≈ 0.35 кг/с (поток через порт 1), Qb ≈ 0.35 кг/с (поток через порт 3), Qa ≈ –0.35 кг/с (поток через порт 4), Qt ≈ 0 (порт 2 закрыт).

При значении сигнала = 0 (кратковременно при переходе через ноль): клапан соединяет порты 1 и 2, происходит перераспределение расходов.

При значении сигнала = 1 (t = 3…5 с): клапан соединяет порты 1 и 3, 4 и 2. При этом расходы Qp ≈ 0.43 кг/с (поток через порт 1), Qt ≈ 0.43 кг/с (поток через порт 2), Qa ≈ 0, Qb ≈ 0 (порты 3 и 4 закрыты).

На графике InputSignal1 показано изменение управляющего сигнала во времени: сигнал линейно возрастает от –1 до 1 за 1 с (начиная с t = 2 с), удерживается на уровне 1 в течение 1 с, затем линейно убывает до –1 за 1 с. На графике Pressure1 показано изменение давлений: Pp (порт 1) возрастает от 101325 до 151325 Па, Pa (порт 4) возрастает от 101325 до 121325 Па, Pb (порт 3) возрастает от 101325 до 131325 Па. На графике MassFlow1 показано изменение массовых расходов, соответствующее трём режимам работы клапана. Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 4/3.

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 1–4, 3–2.

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

При сигнале \({} = 1\): соединение портов 1–3, 4–2.