Блок Spool with Slot Orifices (IL) представляет собой одномерное перемещение в гильзе золотника с прямоугольными прорезями. Значения количества , ширины и глубины прорезей должны обеспечивать отсутствие их пересечения.
В зависимости от значения параметра Edges geometry кромки золотника могут быть острыми или иметь скругление. Уравнения для расчета площади отверстия, расхода и гидродинамической силы отличаются для случая острых и скругленных кромок.
Результирующая сила, действующая на золотник, обусловлена силой давления и внешними силами. Предполагается, что давление в порту B действует на активную область, прилегающую к отверстию, и стремится открыть отверстие. Давление в порту A не действует непосредственно на золотник. Эти предположения дают силу давления, действующую на золотник. Эта сила может быть скорректирована с помощью гидродинамической силы. Для золотника с острыми кромками предполагается, что угол наклона струи постоянен. Если моделируется золотник со скругленными кромками, то угол наклона струи определен путем интерполяции экспериментальных результатов.
Перемещение и скорость штока поступают на порт R_A. В блоке нет ограничений на значение перемещения, но ограничения могут быть обеспечены присоединенным блоком, использующим концевые ограничители.
Площадь открытого отверстия — это переменная, связанная перемещением золотника.
Иногда полезно ограничить площадь отверстия минимальным (только для золотника с острыми кромками) и/или максимальным значением. Минимальная площадь может быть использована для моделирования утечки или специального отверстия, пропускающего поток, даже когда золотник находится в положении перекрытия. Максимальная площадь может быть использована для моделирования области потока, прилегающей к отверстию, когда клапан широко открыт.
Минимальная и максимальная площади отверстий определяются соответствующими значениями перекрытия (Underlap corresponding to maximum area, Underlap corresponding to minimum area). Значения по умолчанию означают отсутствие ограничений по площади. Нижнее предельное значение должно быть больше нуля.
Расход рассчитывается с учетом движения золотника.
Уравнения
Значение перекрытия определяется как
где
— перекрытие, соответствующее нулевому смещению, значение параметра Underlap corresponding to zero displacement;
— перемещение золотника, которое выводится в порт R_A.
Длина камеры определяется как
где — длина камеры при нулевом смещении, значение параметра Chamber length at zero displacement.
Объем камеры составляет
где
— диаметр золотника, значение параметра Spool diameter;
— диаметр штока значение параметра Rod diameter.
Золотник с острыми кромками
Если для параметра Edges geometry установлено значение Sharp, то предполагается, что кромки золотника острые.
На рисунке показан золотниковый клапан с прямоугольными отверстиями. Такие отверстия образуются, когда по окружности клапана имеются прорези.
Площадь открытого отверстия вычисляется как:
где
— количество прорезей, значение параметра Number of slots;
— ширина прорезей, значение параметра Width of a slot.
Гидравлический диаметр составляет:
Значение перекрытия ограничено между и меньшим из значений и , где — значение, при котором площадь открытого отверстия становится равной площади прямоугольных прорезей:
где — глубина прорезей, значение параметра Depth of a slot.
Значение минимального перекрытия обычно равно нулю, но может быть и больше, чтобы смоделировать расход утечки. Значение максимального перекрытия обычно очень велико (Inf), но может быть установлено гораздо меньшее значение, чтобы смоделировать дополнительное отверстие.
Коэффициент потока рассчитывается как
где
— перепад давления между портами;
— гидравлический диаметр;
— кинематическая вязкость;
— средняя плотность жидкости.
Средняя плотность рассчитывается при среднем давлении .
Коэффициент расхода рассчитывается как
где
— максимальный коэффициент расхода, значение параметра Maximum flow coefficient;
— критический коэффициент потока, значение параметра Critical flow number.
Для значение практически не изменяется. Для низких значение меняется линейно с изменением .
Разумным значением по умолчанию является 1000. Однако для отверстий со сложной (грубой) геометрией оно может быть меньше 50. Для очень гладкой геометрии оно может быть установлено на уровне 50000.
Средняя скорость жидкости составляет:
Объемный расход составляет:
где
— площадь открытого отверстия;
— плотность жидкости при атмосферном давлении.
Вклад в расход, обусловленный движением золотника, рассчитывается как
где
— скорость движения золотника;
— плотность жидкости при давлении .
Гидродинамическая сила, действующая на золотник, определяется путем оценки изменения импульса. Эта сила стремится закрыть клапан. Для установившегося потока жидкости гидродинамическая сила равна:
где — угол наклона струи, который для золотника с острыми кромками считается постоянным и задается в параметре Jet angle.
Зависимость гидродинамической силы от перекрытия определяется следующим образом:
Сила в порту R_A рассчитывается с учетом силы в порту R_B, силы давления и гидродинамической силы как
Золотник с закругленными кромками
Если для параметра Edges geometry установлено значение Rounded, то предполагается, что кромки золотника скруглены и есть зазор по диаметру между золотником и гильзой, что является более реалистичной геометрической моделью.
Скругление кромок определяется следующими величинами:
радиус скругления , значение параметра Rounded corner radius;
диаметральный зазор , значение параметра Clearance on diameter.
Если значение перекрытия положительное , то поток рассчитывается как поток через отверстие, площадь которого составляет:
— количество прорезей, значение параметра Number of slots;
— ширина прорезей, значение параметра Width of a slot.
Гидравлический диаметр составляет:
Значение перекрытия ограничено сверху меньшим из значений и , где где — значение, при котором площадь открытого отверстия становится равной площади прямоугольных прорезей:
где — глубина прорезей, значение параметра Depth of a slot.
Значение максимального перекрытия обычно очень велико (Inf), но может быть установлено гораздо меньшее значение, чтобы смоделировать дополнительное отверстие.
Коэффициент потока рассчитывается как
где
— перепад давления между портами;
— гидравлический диаметр;
— кинематическая вязкость;
— средняя плотность жидкости.
Средняя плотность рассчитывается при среднем давлении .
Коэффициент расхода рассчитывается как
где
— максимальный коэффициент расхода, значение параметра Maximum flow coefficient;
— критический коэффициент потока, значение параметра Critical flow number.
Для значение практически не изменяется. Для низких значение меняется линейно с изменением .
Разумным значением по умолчанию является 1000. Однако для отверстий со сложной (грубой) геометрией оно может быть меньше 50. Для очень гладкой геометрии оно может быть установлено на уровне 50000.
Средняя скорость жидкости составляет:
Объемный расход составляет:
где
— площадь открытого отверстия;
— плотность жидкости при атмосферном давлении.
При отрицательном перекрытии объемный расход между золотником и гильзой может быть выражен как:
где — коэффициент непрерывности, обеспечивающий непрерывность потока.
Вклад в расход, обусловленный движением золотника, рассчитывается как
где
— скорость движения золотника;
— плотность жидкости при давлении .
Гидродинамическая сила, действующая на золотник, определяется путем оценки изменения импульса. Эта сила стремится закрыть клапан. Для установившегося потока жидкости гидродинамическая сила равна:
где — угол наклона струи.
Косинус угла наклона струи находится путем интерполяции экспериментальных результатов, показанных на рисунке ниже. Для этого используется линейная сплайн-интерполяция.
Зависимость гидродинамической силы от перекрытия определяется следующим образом:
Сила в порту R_A рассчитывается с учетом силы в порту R_B, силы давления и гидродинамической силы как
Порты
Ненаправленные
# A
—
порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость
Details
Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу отверстия.
Имя для программного использования
port_a
# B
—
порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость
Details
Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу отверстия.
В этой простой модели угол наклона струи предполагается постоянным. Для большинства приложений это значение можно оставить по умолчанию. Угол струи задается относительно оси клапана.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Edges geometry значение Sharp.
Единицы измерения
deg | rad | rev | mrad
Значение по умолчанию
69.0 deg
Имя для программного использования
jet_angle
Вычисляемый
Да
#Jet force coefficient —
коэффициент гидродинамической силы
Details
Коэффициент гидродинамической силы, который при значении 0 (по умолчанию) отключает гидродинамическую силу, а при значении 1 включает ее. Если имеются экспериментальные данные для этого коэффициента, то можно настроить модель под эти данные.
Максимальный коэффициент расхода влияет на характеристики расхода/перепада давления в отверстии. Для большинства применений это значение можно оставить по умолчанию.
Значение по умолчанию
0.7
Имя для программного использования
C_q_max
Вычисляемый
Да
#Critical flow number —
критический коэффициент потока
Details
Критический коэффициент потока влияет на характеристики расхода/перепада давления в отверстии. Для большинства применений это значение можно оставить по умолчанию.
Значение по умолчанию
100.0
Имя для программного использования
critical_flow_number
Вычисляемый
Да
Initial Conditions
#Initial rod displacement —
начальное смещение штока
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd
Details
Начальное смещение штока.
Единицы измерения
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd
Значение по умолчанию
0.0 mm
Имя для программного использования
rod_displacement_start
Вычисляемый
Да
Литература
McCloy D., Martin H. R., Control of fluid power: analysis and design, Chichester. – 1980.
Lebrun M., A model for a four-way spool valve applied to a pressure control system, J. Fluid Control. – 1987. – Т. 17. – №. 4. – С. 38-54.
Blackburn J. F., Reethof G., Shearer J. L., Fluid power control, (No Title). – 1960.