Объект: PTV331O

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PTV331O

Аннотация: Распределительный клапан 3/3 1-го типа

Обозначение: 

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	PNEUMATIC	Гидравлический порт 1
2	Port2	PNEUMATIC	Гидравлический порт 2
3	Port3	PNEUMATIC	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 (PTV331O)

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 и свойства рабочей среды. Используется в пневматических и гидравлических системах для переключения потоков между магистралями.

Проверка работы распределительного клапана при подаче сигнала.

Начальные данные:

Параметры модели (PTV331O1)
D = 0.01 - Диаметр клапана, м
Cd = 0.72 - Коэффициент расхода
properties_fluid = 101325, 293.15 - Давление и температура среды
Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

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
PT15PT1 (порт 1): P = 151325 Па, T = 293.15 К
PT15PT2 (порт 2): P = 101325 Па, T = 293.15 К
PT15PT3 (порт 3): P = 121325 Па, T = 293.15 К

Датчики
PT01MF1: датчик массового расхода (Qp, порт 1), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF2: датчик массового расхода (Qt, порт 3), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF3: датчик массового расхода (Qa, порт 2), P0 = 121325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
Датчики давления V1 (порт 1), V2 (порт 2)

Параметры интегрирования
end = 5 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан PTV331O1, к портам которого подключены источники давления: PT15PT1 (порт 1, P = 151325 Па), PT15PT2 (порт 2, P = 101325 Па) и PT15PT3 (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 PT01MF1 (Qp — порт 1), PT01MF2 (Qt — порт 3), PT01MF3 (Qa — порт 2). Давления на портах 1 и 2 регистрируются как PTV331O.V1 и PTV331O.V2. 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 и V2 остаются постоянными (V1 ≈ 151325 Па, V2 ≈ 101325 Па). На графике DISP3 показано изменение массовых расходов:

при сигнале = -1 (t = 0…1 с): Qa = -0.017 кг/с (поток из порта 2), Qt = 0.012 кг/с (поток в порт 3), 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 = 0.017 кг/с (поток в порт 1), Qt = 0.012 кг/с (поток из порта 3), Qa = 0 (порт 2 закрыт).

Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 3/3.

Формула для массового расхода через клапан:

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

где: \(C_d\) — коэффициент расхода, \(S\) — площадь проходного сечения, \(\Delta P\) — перепад давления, \(\rho\) — плотность среды.

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, \(Q_a = 0\).