Counterbalance Valve (IL)

Регулирующий клапан высокого давления в сети изотермической жидкости.

Тип: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Valves.PressureControl.Counterbalance

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Valves & Orifices/Pressure Control Valves/Counterbalance Valve (IL)

Описание

Блок Counterbalance Valve (IL) представляет собой уравновешивающий клапан управления давлением в сети изотермической жидкости. Уравновешивающий клапан широко применяется в приложениях, где часто возникают ситуации высокого давления или когда задача требует контролируемого манипулирования высоким давлением на производственных скоростях. Сюда входят такие задачи, как перегрузка гидравлики или опускание подвешенных грузов. Клапан работает за счет баланса сил пружины, противодавления в порту B и нагрузки в порту L. Клапан реагирует на изменение давления в пилотной линии. Когда давление в пилотной линии превышает противодавление, клапан начинает открываться.

Между портами B и P или портами L и P нет потока.

На этом рисунке показан типичный разрез уравновешивающего клапана.

counterbalance valve il 2

Открытие клапана

Блок уравновешивает силы клапана, так что

где

— давление в порту P;
— давление в порту L;
— давление в порту B;
— накопленная сила, создаваемая пружиной;
— постоянная пружины;
— линейное положение корпуса золотника предохранительного клапана. Это положение определяется относительно установленного положения без давления.

Блок устанавливает площади действия давления , и в соответствии с параметром Pilot ratio, , таким образом, что

и параметром Back pressure ratio, , таким образом, что

Для уравновешивающего клапана типичны соотношения 4:1 или 3:1.

Заданное усилие представляет собой совокупность предварительного натяжения пружины и силы пружины в порту B. Это усилие является функцией , параметра Set pressure differential:

На рисунке показана схема уравновешивающего клапана с тестовой оснасткой, в которой порты давления управляют клапаном, воздействуя на поверхности с разной площадью. Стрелки показывают направление силы, возникающей под действием давления или силы пружины на корпус предохранительного клапана. Серые участки представляют собой единый корпус, который перемещается вправо при открытии предохранительного клапана. Обратный клапан перемещается влево при открытии.

counterbalance valve il 1 ru

Параметризация открытия клапана

В блоке доступна линейная или табличная параметризация. Часть блока, связанная с обратным клапаном, работает идентично блоку Обратный клапан (ИЖ).

Линейная параметризация

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Linear - Area vs. pressure, то площадь открытия клапана составляет

Нормализованное управляющее давление рассчитывается как

где — значение параметра Maximum opening pressure differential.

Нормализованное давление обратного клапана составляет

где

— значение параметра Cracking pressure differential;
— параметр обратного клапана Maximum opening pressure differential.

Когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении в линейной параметризации, можно поддерживать численную устойчивость в моделировании, регулируя параметр Smoothing factor. Если параметр Smoothing factor ненулевой, блок плавно поддерживает управляющее давление между и .

Табличная параметризация площади

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data - Area vs. pressure, то блок использует те же уравнения, что и для линейной параметризации, но использует заданные табличные данные. Табличные данные представляют собой значения площади в зависимости от заданного управляющего давления, где . Первый элемент параметра Pressure differential vector — это управляющее давление, при котором предохранительный клапан начинает открываться. Последний элемент определяет управляющее давление, при котором клапан полностью открыт.

Табличная параметризация расхода

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure, то уравнения объемного расхода используют перечисленные ниже величины:

— моделируемая средняя плотность потока предохранительного клапана;
— коэффициент расхода через предохранительный клапан;
— перепад давления на предохранительном клапане во время потока;
— критический перепад давления на предохранительном клапане во время потока;
— моделируемое управляющее давление;
— внутренняя полученная таблица значений управляющих давлений;
— заданный перепад давления;
— значение параметра Critical Reynolds number;
— значение параметра Discharge coefficient;
— кинематическая вязкость;
— внутренняя полученная таблица значений коэффициентов расхода в зависимости от площади клапана;
— вектор опорных объемных расходов;
, , — пилотное давление, противодавление и давление нагрузки для параметра Reference volumetric flow rate vector соответственно.

Блок рассчитывает массовый расход для предохранительного клапана таким образом, чтобы

где

;
;
.

Жидкость течет из порта нагрузки L в порт противодавления B. Блок экстраполирует значение до ближайшей точки после вычисления как

где . Блок рассчитывает управляющее давление как

и вектор опорного управляющего давления в виде

где

атм;
атм;
.

Блок получает значение , которое представляет собой перепад давления для потока жидкости на указанной опорной кривой. Блок вычисляет как

В таблице показано, как блок управляет зонами открытия предохранительного и обратного клапана в зависимости от значения параметра Opening parameterization.

Opening parameterization Предохранительный клапан Обратный клапан

Linear - Area vs. pressure

counterbalance valve il 3

counterbalance valve il 4

Tabulated data - Area vs. pressure

counterbalance valve il 5

counterbalance valve il 6

Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure

counterbalance valve il 8

counterbalance valve il 7

Допущения и ограничения

Блок работает только в конфигурации с внутренним сливом и внешним пилотным управлением, без вентиляции.
Когда вы устанавливаете для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure, блок использует значения объемного расхода в зависимости от перепада давления на предохранительном клапане для построения эталонных кривых. В блоке предполагается, что пилотный порт и порт противодавления открыты для атмосферного давления.

Порты

Ненаправленные

# L — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с нагрузкой.

Имя для программного использования

load_port

# P — порт давления изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с пилотным давлением.

Имя для программного использования

pilot_port

# B — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с противодавлением клапана.

Имя для программного использования

back_port

Параметры

Model Parameterization

# Opening parameterization — метод расчета открытия клапана
Linear - Area vs. pressure | Tabulated data - Area vs. pressure | Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure

Details

Метод расчета открытия клапана. При выборе Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Area vs. pressure блок связывает площадь открытия с управляющим давлением. При выборе Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure блок использует эталонную кривую расхода и перепада давления для предохранительного и обратного клапана уравновешивающего клапана, для которых давление на порту противодавления и пилотном порту соответствует 1 атм на эталонной кривой для предохранительного клапана.

Значения	`Linear - Area vs. pressure` \| `Tabulated data - Area vs. pressure` \| `Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure`
Значение по умолчанию	`Linear - Area vs. pressure`
Имя для программного использования	`opening_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Set pressure differential — начальное давление сжатия пружины
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Разность давлений для подъема предохранительного клапана. Используйте этот параметр для настройки заданного давления, указанного в спецификации.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`5.0 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_set`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening pressure differential — максимальное давление предохранительного клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Максимальное давление предохранительного клапана.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`6.0 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_max`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening area — максимальная площадь открытия предохранительного клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Максимальная открытая площадь предохранительного клапана.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.0001 m^2`
Имя для программного использования	`max_area`
Вычисляемый	Да

# Leakage area — площадь зазора клапана в полностью закрытом положении
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая площадь меньше этого значения приравнивается к заданной площади утечки. Этот параметр способствует устойчивости численного решения, поддерживая непрерывность потока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`1.0e-10 m^2`
Имя для программного использования	`leakage_area`
Вычисляемый	Да

# Pilot ratio — пилотное соотношение площадей

Details

Отношение площади действия пилотного давления к площади действия нагрузки.

Значение по умолчанию	`3.0`
Имя для программного использования	`pilot_ratio`
Вычисляемый	Да

# Back pressure ratio — соотношения площадей противодавления

Details

Отношение площади действия противодавления к площади действия нагрузки.

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

# Opening dynamics — учитывать ли реакцию потока на открытие клапана

Details

Нужно ли учитывать переходные эффекты в системе жидкости, вызванные открытием клапана. Установка флажка Opening dynamics аппроксимирует условия открытия путем введения запаздывания первого порядка в реакцию потока. Параметр Opening time constant также влияет на моделируемую динамику открытия.

Если этот флажок установлен, то он применяется к предохранительному клапану, а не обратному клапану уравновешивающего клапана.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`opening_dynamics`
Вычисляемый	Нет

# Discharge coefficient — коэффициент расхода

Details

Поправочный коэффициент, учитывающий потери на разряжение в теоретических потоках.

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

# Critical Reynolds number — верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока

Details

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через клапан.

Значение по умолчанию	`150.0`
Имя для программного использования	`Re_critical`
Вычисляемый	Да

# Smoothing factor — числовой коэффициент сглаживания

Details

Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавность открытия за счет поправки в характеристике клапана в почти открытом и почти закрытом положениях. Установите ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

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

# Opening time constant — постоянная времени открытия клапана
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Константа, определяющая время, необходимое жидкости для достижения устойчивого состояния при открытии или закрытии клапана из одного положения в другое. Этот параметр влияет на моделирование динамики открытия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите флажок Opening dynamics.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.1 s`
Имя для программного использования	`tau`
Вычисляемый	Да

# Pressure differential vector — перепад давления для работы обратного клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Вектор перепадов давления для обратного клапана.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Area vs. pressure или Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`[5.0, 5.2, 5.4, 5.6, 5.8, 6.0] MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_vector`
Вычисляемый	Да

# Opening area vector — вектор значений площади открытия обратного клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Вектор значений площади открытия обратного клапана. Значения в этом векторе соответствуют элементам вектора из параметра Pressure differential vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`[1.0e-10, 2.0e-5, 4.0e-5, 6.0e-5, 8.0e-5, 0.0001] m^2`
Имя для программного использования	`valve_area_vector`
Вычисляемый	Да

# Reference pressure differential vector — перепад давления в предохранительном клапане
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Вектор значений перепадов давления в предохранительном клапане. Значения в этом векторе соответствуют элементам вектора из параметра Reference volumetric flow rate vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`[5.0, 5.2, 5.4, 5.6, 5.8, 6.0] MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_reference_vector`
Вычисляемый	Да

# Reference volumetric flow rate vector — объемный расход через предохранительный клапан
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Вектор значений объемных расходов через предохранительный клапан. Значения в этом векторе соответствуют элементам вектора из параметра Reference pressure differential vector.

Зависимости

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`[6.4e-9, 0.0013, 0.0027, 0.0041, 0.0055, 0.007] m^3/s`
Имя для программного использования	`Vdot_reference_vector`
Вычисляемый	Да

Check Valve

# Cracking pressure differential — давление срабатывания обратного клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Перепад давления, при котором срабатывает обратный клапан.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.01 MPa`
Имя для программного использования	`p_crack_check_valve`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening pressure differential — максимальное давление в клапане
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Максимальное давление в клапане. Этот параметр ограничивает давление на выходе из клапана, чтобы сохранить физические значения во время моделирования.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.1 MPa`
Имя для программного использования	`p_max_check_valve`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening area — максимальная открытая площадь
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Максимальная открытая площадь обратного клапана в линии нагрузки. Внутри блока обратный клапан расположен параллельно с предохранительным клапаном.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.0001 m^2`
Имя для программного использования	`max_area_check_valve`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений перепадов давления для обратного клапана.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`[0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1] MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_check_valve_vector`
Вычисляемый	Да

# Opening area vector — площадь открытия обратного клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Вектор площадей открытия обратного клапана. Значения в этом векторе соответствуют элементам вектора из параметра Pressure differential vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Area vs. pressure.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`[1.0e-10, 1.0e-5, 2.0e-5, 3.0e-5, 4.0e-5, 5.0e-5, 6.0e-5, 7.5e-5, 8.5e-5, 0.0001] m^2`
Имя для программного использования	`valve_area_check_valve`
Вычисляемый	Да

# Volumetric flow rate vector — объемный расход через обратный клапан
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Вектор значений объемных расходов через обратный клапан. Значения в этом векторе соответствуют элементам вектора из параметра Pressure differential vector.

Зависимости

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`[3.58e-7, 4.4999999999999996e-5, 0.00011, 0.000191, 0.00028399999999999996, 0.00039000000000000005, 0.000505, 0.00063, 0.000764, 0.0009050000000000001] m^3/s`
Имя для программного использования	`Vdot_check_valve_vector`
Вычисляемый	Да