Объект: HTV431O

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HTV431O

Аннотация: Распределительный клапан 4/3 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	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 1 (HTV431O)

Элемент моделирует четырёхлинейный трёхпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. Клапан имеет три рабочих положения: при сигнале = –1 соединяет порты 1 и 4, 2 и 3; при сигнале = 0 клапан закрыт; при сигнале = 1 соединяет порты 1 и 3, 2 и 4. 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 (HTV431O1)
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, 2–3)
VH = 1 - Активный уровень (клапан соединяет порты 1–3, 2–4)
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 HTV431O1, 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 HTV431O.Pp, HTV431O.Pa и HTV431O.Pb. Результаты выводятся на осциллографы DISP1 (давления), DISP2 (управляющий сигнал) и DISP3 (расходы).

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, 2 и 3. При этом расходы Qp ≈ 0.35 кг/с (поток из порта 1), Qt ≈ 0 (порт 2 закрыт), Qa ≈ –0.35 кг/с (поток из порта 1 в порт 4), Qb ≈ –0.35 кг/с (поток из порта 2 в порт 3).

При значении сигнала = 0 (t = 2…3 с): клапан закрыт, все расходы равны нулю.

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

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: Pp возрастает от 101325 до 151325 Па, Pa — от 101325 до 121325 Па, Pb — от 101325 до 131325 Па. На графике MassFlow 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, 2–3.

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

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