Объект: PTV321O

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PTV321O

Аннотация: Распределительный клапан 3/2

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 3/2 тип 1 (PTV321O)

Элемент моделирует трёхлинейный двухпозиционный распределительный клапан с управлением от внешнего сигнала. При отсутствии управляющего сигнала клапан соединяет порты 1 и 3. При подаче сигнала клапан соединяет порты 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 (PTV321O1)
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 (TrapeziumSource)
VL = 0.0 - Пассивный уровень (клапан соединяет порты 1 и 3)
VH = 1.0 - Активный уровень (клапан соединяет порты 2 и 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
PT25PT1 (порт 1): VL = 101325 Па, VH = 151325 Па, D = 0, FT = 1, HT = 5, BT = 1, CT = 0
PT25PT2 (порт 2): VL = 101325 Па, VH = 121325 Па, D = 0, FT = 1, HT = 5, BT = 1, CT = 0
PT15PT2 (порт 3): P = 101325 Па, T = 293.15 К

Датчики
PT01MF1: датчик массового расхода (Qp), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF2: датчик массового расхода (Qt), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
PT01MF3: датчик массового расхода (Qa), P0 = 101325, T0 = 293.15, Fluid = DryAir
Датчик давления Pp (порт 1), Pa (порт 2)

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

Схема тестирования:

Схема содержит распределительный клапан PTV321O1, к портам которого подключены источники давления: PT25PT1 (порт 1, изменяется от 101325 до 151325 Па), PT25PT2 (порт 2, изменяется от 101325 до 121325 Па) и PT15PT2 (порт 3, постоянное 101325 Па). На управляющий порт клапана подаётся трапециевидный сигнал от источника TrapeziumSource с параметрами VL = 0, VH = 1, D = 2 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 регистрируются датчиками Pp и Pa. 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. При значении сигнала = 1 клапан соединяет порты 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 и удерживается на этом уровне, давление на порту 2 (Pa) возрастает от 101325 до 121325 Па. На графике MassFlow показано изменение массовых расходов: в начальный момент (сигнал = 0) расход через порт 1 (Qp) составляет около 1.65 кг/с, расход через порт 3 (Qt) равен нулю; при переходе сигнала к 1 расход через порт 1 (Qp) падает до нуля, расход через порт 2 (Qa) становится отрицательным (около −1.2 кг/с, что означает поток из клапана в порт 2), а расход через порт 3 (Qt) возрастает до примерно 1.2 кг/с. Это подтверждает корректность работы модели распределительного клапана 3/2.

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, \(Q_a = 0\).

При сигнале = 1: соединение портов 2–3, \(Q_p = 0\).