Уравновешивающий клапан (ИЖ)

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 Уравновешивающий клапан (ИЖ) 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 Пилотное соотношение, , таким образом, что

и параметром Отношение обратного давления, , 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 Установленная разность давлений:

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 Параметризация открытия установлено значение Линейная - площадь и давление, то площадь открытия клапана составляет

Нормализованное управляющее давление рассчитывается как

где — значение параметра Максимальная разность давлений для открытия.

Нормализованное давление обратного клапана составляет

где

— значение параметра Разность давлений для открытия клапана;
— параметр обратного клапана Максимальная разность давлений для открытия.

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

Табличная параметризация площади

Если для параметра Параметризация открытия установлено значение Табличная - площадь и давление, 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 Вектор разностей давлений — 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 Параметризация открытия установлено значение Табличная - объемный расход и давление, 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 Критическое число Рейнольдса;
— значение параметра Коэффициент расхода;
— 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 Вектор объемного расхода 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 Параметризация открытия.

Параметризация открытия Предохранительный клапан Обратный клапан

Линейная - площадь и давление

counterbalance valve il 3

counterbalance valve il 4

Табличная - площадь и давление

counterbalance valve il 5

counterbalance valve il 6

Табличная - объемный расход и давление

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 Параметризация открытия значение Табличная - объемный расход и давление, 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

Параметризация

# Параметризация открытия — метод расчета открытия клапана
Линейная - площадь и давление | Табличная - площадь и давление | Табличная - объемный расход и давление

Details

Метод расчета открытия клапана. При выборе Линейная - площадь и давление или Табличная - площадь и давление блок связывает площадь открытия с управляющим давлением. При выборе Табличная - объемный расход и давление 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

# Установленная разность давлений — 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 Параметризация открытия значение Линейная - площадь и давление или Табличная - объемный расход и давление.

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

# Максимальная разность давлений для открытия — 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 Параметризация открытия значение Линейная - площадь и давление.

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

# Максимальная площадь открытия — 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

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

# Площадь утечки — 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

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

# Пилотное соотношение — 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

# Отношение обратного давления — 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

# Динамика открытия — учитывать ли реакцию потока на открытие клапана

Details

Нужно ли учитывать переходные эффекты в системе жидкости, вызванные открытием клапана. Установка флажка Динамика открытия аппроксимирует условия открытия путем введения запаздывания первого порядка в реакцию потока. Параметр Постоянная времени открытия 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

# Коэффициент расхода — 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

# Критическое число Рейнольдса — 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

# Коэффициент сглаживания — 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

# Постоянная времени открытия — 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 Динамика открытия.

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

# Вектор разности давлений — 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 Параметризация открытия значение Табличная - площадь и давление или Табличная - объемный расход и давление.

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

# Вектор площади открытия — 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 Вектор разности давлений.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация открытия значение Табличная - площадь и давление.

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

# Вектор разностей давлений — 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 Вектор объемного расхода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация открытия значение Табличная - объемный расход и давление.

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

# Вектор объемного расхода — 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 Вектор разностей давлений.

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

Обратный клапан

# Разность давлений для открытия клапана — 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

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

# Максимальная разность давлений для открытия — 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

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

# Максимальная площадь открытия — 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

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

# Вектор разностей давлений — 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 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

# Вектор площади открытия — 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 Вектор разностей давлений.

Зависимости

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

# Вектор объемного расхода — 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 Вектор разностей давлений.

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