Объект: HTV421O

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HTV421O

Аннотация: Распределительный клапан 4/2 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	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 4/2 тип 1 (HTV421O)

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, 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 (HTV421O1)

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 = 0 - Пассивный уровень (клапан соединяет порты 1–3, 2–4)

VH = 1 - Активный уровень (клапан соединяет порты 1–4, 2–3)

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 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

HT01MF5: датчик массового расхода (Qp, порт 1), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

HT01MF6: датчик массового расхода (Qt, порт 2), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

HT01MF7: датчик массового расхода (Qa, порт 4), P₀ = 101325, T₀ = 293.15, Fluid = BaseLiquid1

HT01MF8: 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 HTV421O1, 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 = 0, VH = 1, D = 2 с, FT = 1 с, HT = 1 с, BT = 1 с. Массовые расходы через порты измеряются датчиками HT01MF5 (Qp — порт 1), HT01MF6 (Qt — порт 2), HT01MF7 (Qa — порт 4), HT01MF8 (Qb — порт 3). Давления на портах 1, 4 и 3 регистрируются как HTV421O.Pp, HTV421O.Pa и HTV421O.Pb. 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, 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 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 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 = 0 (t = 0…2 с): Qa ≈ 0.43 кг/с (поток через порт 4), Qp ≈ 0.35 кг/с (поток через порт 1), Qb ≈ –0.44 кг/с (поток через порт 3), Qt ≈ 0 (порт 2);

при сигнале = 1 (t = 3…5 с): Qa падает до 0, Qp возрастает до 0.43 кг/с, Qb падает до 0, Qt возрастает до 0.43 кг/с (поток через порт 2).

Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 4/2.

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, 2–4.

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

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Управляющий сигнал HTV421O.Sig

Рисунок 3 - Давления HTV421O.Pp, HTV421O.Pa, HTV421O.Pb

Рисунок 4 - Массовые расходы HTV421O.Qp, HTV421O.Qa, HTV421O.Qb, HTV421O.Qt

Рисунок 5 - Совмещённый график RUN (HTV421O.Sig, HTV421O.Qp, HTV421O.Pa, HTV421O.Pb, HTV421O.Qb, HTV421O.Qt, HTV421O.Pp, HTV421O.Qa)