Обратный клапан (Г)

Обратный клапан в газовой сети.

Тип: EngeeFluids.Gas.Valves.DirectionalControl.Check

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Directional Control Valves/Check Valve (G)

Описание

Блок Обратный клапан (Г) представляет собой отверстие с однонаправленным механизмом открытия, который предотвращает нежелательный обратный поток. Механизм открытия реагирует на давление и открывает отверстие, когда перепад давления уменьшается от входа в отверстие A до выхода в отверстие B. Обратные клапаны защищают компоненты, расположенные выше по потоку, от скачков давления, скачков температуры и химического загрязнения, возникающего ниже по потоку.

Клапан начинает открываться, когда давление достигает давления срабатывания и продолжает открываться до конца диапазона регулирования давления. Давление срабатывания — это начальное сопротивление, обусловленное трением или силой пружины, которое должен преодолеть клапан, чтобы открыться. Ниже этого порога клапан закрыт и может пропускать только поток утечки. За диапазоном регулирования давления клапан полностью открыт, и максимальный расход определяется условиями мгновенного давления.

Поток может быть ламинарным или турбулентным и может достигать звуковых скоростей. Максимальная скорость достигается в седле клапана, где поток наиболее узкий и быстрый. Поток достигает критического режима и максимальной скорости, когда падение давления ниже по потоку уже не может увеличить скорость. Поток становится критическим, когда отношение давления на выходе к давлению на входе достигает критического значения, характерного для клапана. Блок не рассчитывает сверхзвуковой поток.

Управляющее и другие давления

Давление, на которое реагирует клапан, является управляющим давлением. По умолчанию управляющим давлением является перепад давления от входа к выходу. Эта настройка гарантирует, что клапан закроется, если направление потока изменится на противоположное.

Вы также можете задать управляющее давление как избыточное давление на входе. Используйте эту настройку, если вы знаете, что на входе всегда будет более высокое давление, чем на выходе. Например, если вход подключен к источнику давления, такому как насос.

Вы можете выбрать управляющее давление, установив для параметра Параметризация давления открытия значение Перепад давления порта A относительно порта B или Избыточное давление в порту A.

Перепад давления от порта A к порту B

Если для параметра Параметризация давления открытия задано значение Перепад давления порта A относительно порта B, то:

Управляющее давление:

где и — абсолютные давления на портах A и B соответственно.
Давление срабатывания — значение параметра Разность давлений для срабатывания.
Максимальное давление клапана , при котором клапан полностью открыт — значение параметра Максимальная разность давлений для открытия.

Избыточное давление на порту A

Если для параметра Параметризация давления открытия значение Избыточное давление в порту A, то:

Управляющее давление:

где — атмосферное давление, указанное в блоке Свойства газа (Г).
Давление срабатывания — значение параметра Давление срабатывания (избыточное).
Максимальное давление клапана , при котором клапан полностью открыт — значение параметра Максимальное давление открытия (избыточное).

Степень открытия клапана

Степень превышения управляющего давления над давлением срабатывания определяет, насколько открывается клапан. Нормированное управляющее давление составляет:

где

– управляющее давление;
– давление срабатывания;
– максимальное давление клапана, при котором клапан полностью открыт.

Степень открытия нормализуется таким образом, что при полностью закрытом клапане она равна 0, а при полностью открытом – 1. Если вычисление возвращает значение, выходящее за эти пределы, то блок приравнивает его к ближайшему из двух пределов.

Степень открытия клапана:

где – значение параметра Доля расхода утечки.

Численное сглаживание

Если параметр Коэффициент сглаживания имеет ненулевое значение, то блок применяет численное сглаживание к нормированному управляющему давлению, . Включение сглаживания помогает поддерживать численную устойчивость симуляции.

Параметризация клапана

Поведение блока зависит от параметра Параметризация клапана:

Коэффициент пропускной способности Cv – коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.
Коэффициент пропускной способности Kv – коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления, .
Акустическая проводимость – акустическая проводимость в установившемся режиме определяет пропускную способность при критическом потоке — состоянии, при котором скорость потока равна местной скорости звука. Поток становится критическим, когда отношение давления на выходе к давлению на входе достигает значения, называемого критическим отношением давлений.
Площадь проходного сечения потока – площадь отверстия определяет пропускную способность.

Блок масштабирует заданную пропускную способность по степени открытия клапана. При увеличении степени открытия клапана от 0 до 1 показатель пропускной способности увеличивается от заданного минимума до заданного максимума.

Сохранение импульса

Параметр Параметризация клапана определяет, какие уравнения будут использованы для вычисления расхода. Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Коэффициент пропускной способности Cv, то массовый расход будет определяться как:

где

— коэффициент расхода;
— константа, равная 27.3 для массового расхода в кг/час, давления в бар и плотности в кг/м³;
— коэффициент расширения;
— давление на входе;
— давление на выходе;
— плотность на входе.

Коэффициент расширения определяется как:

где

— отношение показателя адиабаты к 1.4;
— значение параметра xT коэффициент разности давлений при дросселированном потоке.

Когда отношение давлений превышает значение параметра Коэффициент давления ламинарного потока, , происходит плавный переход к использованию линеаризованного уравнения:

где

Когда отношение давлений падает ниже , поток становится критическим, и используется уравнение:

Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Коэффициент пропускной способности Kv, то блок использует те же уравнения, но заменяет на с помощью отношения . Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Параметризация клапана установлено значение Коэффициент пропускной способности Kv или Коэффициент пропускной способности Cv, приведена в [2] и [3].

Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Акустическая проводимость, то массовый расход определяется как:

где

— акустическая проводимость;
— критическое отношение давлений;
— значение параметра Дозвуковой индекс;
— значение параметра Эталонная температура (ISO);
— значение параметра Эталонная плотность (ISO);
— температура на входе.

Когда отношение давлений опускается ниже критического отношения давлений , поток становится критическим, и используется уравнение:

Значение Акустическая проводимость параметра Параметризация клапана предназначено для пневматических систем. Если вы используете это значение для газов, отличных от воздуха, вам может потребоваться скорректировать значение акустической проводимости на квадратный корень из удельного веса.

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Параметризация клапана установлено значение Акустическая проводимость, приведена в [1].

Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Площадь проходного сечения потока, то массовый расход определяется как:

где

— площадь отверстия или клапана;
— значение параметра Площадь поперечного сечения отверстий портов A и B;
— значение параметра Коэффициент расхода;
— показатель адиабаты.

Когда отношение давлений падает ниже , поток становится критическим, и используется уравнение:

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Параметризация клапана установлено значение Площадь проходного сечения потока, приведена в [4].

Сохранение массы

Предполагается, что объем и масса газа внутри компонента очень малы, и эти значения не учитываются, поэтому в клапане не может накапливаться газ. Согласно принципу сохранения массы, массовый расход газа, поступающей через один порт, равен расходу газа, выходящей через другой порт:

где и — массовый расход в порту A и B соответственно.

Сохранение энергии

Клапан является адиабатическим компонентом. Между газом и стенкой клапана не происходит теплообмена. При прохождении газа через клапан над ним не совершается никакой работы. При этих допущениях энергия может поступать в клапан и выходить из него только за счет конвекции через порты A и B. Согласно принципу сохранения энергии, сумма потоков энергии через порты всегда равна нулю:

где и — поток энергии, поступающий в клапан через порты A и B соответственно.

Допущения и ограничения

Уравнение для параметризации Orifice area обладает меньшей точностью для газов, которые далеки от идеального.
Этот блок не моделирует сверхзвуковой поток.

Порты

Ненаправленные

# A — вход клапана
газ

Details

Газовый порт, связанный со входом клапана.

Имя для программного использования

inlet

# B — выход клапана
газ

Details

Газовый порт, связанный с выходом клапана.

Имя для программного использования

outlet

Параметры

# Параметризация давления открытия — перепад давления, используемый для управления клапаном
Перепад давления порта A относительно порта B | Избыточное давление в порту A

Details

Определяет управляющее давление открытия клапана.

Значение Перепад давления порта A относительно порта B определяет управляющее давление как разность давлений между портами A и B.

Значение Избыточное давление в порту A определяет управляющее давление как избыточное давление на входе.

Значения	`Pressure difference of port A relative to port B` \| `Gauge pressure at port A`
Значение по умолчанию	`Pressure difference of port A relative to port B`
Имя для программного использования	`opening_pressure_type`
Вычисляемый	Нет

# Разность давлений для срабатывания — перепад давления, необходимый для открытия клапана
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальный перепад давления между входом и выходом, необходимый для открытия клапана. Это значение обозначает начало диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация давления открытия значение Перепад давления порта A относительно порта B.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.01 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_crack`
Вычисляемый	Да

# Максимальная разность давлений для открытия — перепад давления при котором клапан полностью открыт
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Перепад давления между входом и выходом, при котором клапан полностью открыт. Это значение обозначает конец диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.1 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_max`
Вычисляемый	Да

# Давление срабатывания (избыточное) — минимальное избыточное давление на входе, необходимое для открытия клапана
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальное избыточное давление на входе (порту A), необходимое для открытия клапана. Это значение обозначает начало диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация давления открытия значение Избыточное давление в порту A.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.1 MPa`
Имя для программного использования	`p_crack_gauge`
Вычисляемый	Да

# Максимальное давление открытия (избыточное) — максимальное избыточное давление на входе
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Максимальное избыточное давление на входе (порту A), при котором клапан полностью открыт. Это значение обозначает конец диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода. Если в вашей модели клапан открывается не полностью, как ожидалось, вы можете попробовать уменьшить значение этого параметра.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.2 MPa`
Имя для программного использования	`p_gauge_max`
Вычисляемый	Да

# Параметризация клапана — способ задания характеристики потока через отверстие
Коэффициент пропускной способности Cv | Коэффициент пропускной способности Kv | Акустическая проводимость | Площадь проходного сечения потока

Details

Метод расчета массового расхода основан на:

Коэффициент пропускной способности Cv — коэффициенте расхода .
Коэффициент пропускной способности Kv — коэффициенте расхода , который определяется как .
Акустическая проводимость — акустической проводимости в установившемся режиме.
Площадь проходного сечения потока — площади отверстия.

Значения	`Cv flow coefficient` \| `Kv flow coefficient` \| `Sonic conductance` \| `Orifice area`
Значение по умолчанию	`Cv flow coefficient`
Имя для программного использования	`valve_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Максимальное значение коэффициента пропускной способности Cv — коэффициент расхода, соответствующий максимальной площади отверстия

Details

Значение коэффициента расхода , когда площадь проходного сечения отверстия максимальна. Коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация клапана значение Коэффициент пропускной способности Cv .

Значение по умолчанию	`4.0`
Имя для программного использования	`C_v_max`
Вычисляемый	Да

# xT коэффициент разности давлений при дросселированном потоке — критическое отношение перепада давлений

Details

Отношение между давлением на входе и давлением на выходе , определенное как , при котором поток становится критическим. Если это значение не известно, то можно найти его в таблице 2 в ISA-75.01.01 [3]. Значение по умолчанию 0.7 подходит для многих клапанов.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.7`
Имя для программного использования	`delta_p_ratio_C_v`
Вычисляемый	Да

# Максимальное значение коэффициента пропускной способности Kv — коэффициент расхода, соответствующий максимальной площади отверстия

Details

Значение коэффициента расхода, , когда площадь проходного сечения отверстия максимальна. Коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация клапана значение Коэффициент пропускной способности Kv.

Значение по умолчанию	`3.6`
Имя для программного использования	`K_v_max`
Вычисляемый	Да

# xT коэффициент разности давлений при дросселированном потоке — критическое отношение перепада давлений

Details

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.7`
Имя для программного использования	`delta_p_ratio_K_v`
Вычисляемый	Да

# Максимальная акустическая проводимость — акустическая проводимость, соответствующая максимальной площади отверстия
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

Значение акустической проводимости, когда площадь проходного сечения отверстия максимальна.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация клапана значение Акустическая проводимость.

Единицы измерения	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
Значение по умолчанию	`12.0 l/(bar*s)`
Имя для программного использования	`C_max`
Вычисляемый	Да

# Критическое отношение давлений — критическое отношение давлений

Details

Отношение давлений, при котором поток становится критическим, а скорость потока достигает максимума, определяемого местной скоростью звука. Отношение между давлением на выходе и давлением на входе : .

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.3`
Имя для программного использования	`B_critical_linear`
Вычисляемый	Да

# Дозвуковой индекс — значение степени, используемой для расчета массового расхода в дозвуковом режиме течения

Details

Эмпирическая величина, используемая для более точного расчета массового расхода в дозвуковом режиме течения.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.5`
Имя для программного использования	`m`
Вычисляемый	Да

Details

Температура в стандартной эталонной атмосфере в стандарте ISO 8778.

Значения параметров эталона ISO нужно настраивать только в том случае, если используются значения акустической проводимости, полученные при отличных эталонных значениях.

Зависимости

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`T_reference`
Вычисляемый	Да

# Эталонная плотность (ISO) — эталонная плотность в соответствии с ISO 8778
g/cm^3 | kg/m^3 | lbm/gal

Details

Плотность в стандартной эталонной атмосфере в стандарте ISO 8778.

Зависимости

Единицы измерения	`g/cm^3` \| `kg/m^3` \| `lbm/gal`
Значение по умолчанию	`1.185 kg/m^3`
Имя для программного использования	`rho_reference`
Вычисляемый	Да

# Максимальная площадь проходного сечения потока — площадь проходного сечения потока, соответствующая максимальной площади отверстия
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Максимальная площадь проходного сечения потока, когда площадь поперечного сечения отверстия максимальна.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация клапана значение Площадь проходного сечения потока.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`1e-4 m^2`
Имя для программного использования	`max_restriction_area`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент расхода — коэффициент расхода

Details

Поправочный коэффициент – отношение фактического массового расхода к теоретическому массовому расходу.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.64`
Имя для программного использования	`C_d`
Вычисляемый	Да

# Доля расхода утечки — соотношение расходов

Details

Отношение расхода через закрытое и через открытое отверстие.

Значение по умолчанию	`1e-6`
Имя для программного использования	`leakage_fraction`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент сглаживания — числовой коэффициент сглаживания

Details

Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавность открытия за счет поправки в характеристике отверстия в почти открытом и почти закрытом положениях.

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`smoothing_factor`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент давления ламинарного потока — отношение давлений, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами

Details

Отношение давления на выходе к давлению на входе, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами течения.

Типичные значения варьируются от 0.995 до 0.999.

Значение по умолчанию	`0.999`
Имя для программного использования	`B_laminar`
Вычисляемый	Да

# Площадь поперечного сечения отверстий портов A и B — площадь на входе или выходе из клапана
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Эта площадь используется при вычислении массового расхода через порты.

Порты имеют одинаковый размер. Значение этого параметра должно соответствовать площади входного отверстия компонента, к которому подключается блок.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_area`
Вычисляемый	Да

Литература

ISO 6358-3. "Pneumatic fluid power – Determination of flow-rate characteristics of components using compressible fluids – Part 3: Method for calculating steady-state flow rate characteristics of systems". 2014.
IEC 60534-2-3. "Industrial-process control valves – Part 2-3: Flow capacity – Test procedures". 2015.
ANSI/ISA-75.01.01. "Industrial-Process Control Valves – Part 2-1: Flow capacity – Sizing equations for fluid flow underinstalled conditions". 2012.
P. Beater. "Pneumatic Drives." Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2007.