Объект: PTV421O

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PTV421O

Аннотация: Распределительный клапан 4/2 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	PNEUMATIC	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 4/2 тип 1 (PTV421O)

Элемент моделирует четырёхлинейный двухпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. Клапан имеет два рабочих положения: при сигнале = 0 соединяет порты 1 и 3, 2 и 4; при сигнале = 1 соединяет порты 1 и 4, 2 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 (PTV421O1)
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
VH = 1 - Активный уровень
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
PT25PT1 (порт 1): VL = 101325 Па, VH = 151325 Па, D = 0, FT = 1.0, HT = 5, BT = 1.0, CT = 0.0
PT25PT2 (порт 4): VL = 101325 Па, VH = 121325 Па, D = 0, FT = 1.0, HT = 5, BT = 1.0, CT = 0.0
PT25PT3 (порт 3): VL = 101325 Па, VH = 131325 Па, D = 0, FT = 1.0, HT = 5, BT = 1.0, CT = 0.0
PT15PT1 (порт 2): P = 101325 Па, T = 293.15 К

Датчики
PT01MF5: датчик массового расхода (Qp, порт 1), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF6: датчик массового расхода (Qt, порт 2), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF7: датчик массового расхода (Qa, порт 4), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF8: датчик массового расхода (Qb, порт 3), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
Датчики давления Pp (порт 1), Pa (порт 4), Pb (порт 3)

Параметры интегрирования
end = 7.5 с, control = 1e-3, dabs = 0.2

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан PTV421O1, к портам которого подключены источники давления: PT25PT1 (порт 1, изменяется от 101325 до 151325 Па), PT25PT2 (порт 4, изменяется от 101325 до 121325 Па), PT25PT3 (порт 3, изменяется от 101325 до 131325 Па) и PT15PT1 (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 PT01MF5 (Qp — порт 1), PT01MF6 (Qt — порт 2), PT01MF7 (Qa — порт 4), PT01MF8 (Qb — порт 3). Давления на портах 1, 4 и 3 регистрируются как PTV421O.Pp, PTV421O.Pa и PTV421O.Pb. Результаты выводятся на осциллографы InputSignal (управляющий сигнал), MassFlow (расходы) и Pressure (давления).

Результат:

Изменение режима работы клапана вызвано управляющим сигналом трапециевидной формы. При значении сигнала = 0 клапан соединяет порты 1 и 3, 2 и 4. При значении сигнала = 1 клапан соединяет порты 1 и 4, 2 и 3.

На графике InputSignal 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 Pressure показано изменение давлений: давление на порту 1 (Pp) возрастает от 101325 до 151325 Па, давление на порту 4 (Pa) возрастает от 101325 до 121325 Па, давление на порту 3 (Pb) возрастает от 101325 до 131325 Па. На графике MassFlow показано изменение массовых расходов:

при сигнале = -1 (t = 0…1 с): Qa = 0.06 кг/с, Qb = -0.06 кг/с, Qp = 0, Qt = 0;

при сигнале = 0 (t = 2…3 с): Qa = 0, Qb = 0, Qp = 0.065 кг/с, Qt = 0.06 кг/с;

при сигнале = 1 (t = 3…4 с): Qa = -0.05 кг/с, Qb = 0.05 кг/с, Qp = 0, Qt = 0;

при сигнале = -1 (t = 5…7 с): Qa = 0.06 кг/с, Qb = -0.06 кг/с, Qp = 0, Qt = 0.

Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 4/2.

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 = 0: соединение портов 1–3, 2–4.

При сигнале = 1: соединение портов 1–4, 2–3.