Документация Engee

Spool with Slot Orifices (IL)

Золотниковый клапан с прямоугольными отверстиями.

spool with slot orifices il

Описание

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.

spool with slot orifices il 1

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.

spool with slot orifices il 2

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.

spool with annular orifice il 3

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.

Имя для программного использования

port_b

# R_B — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствующий штоку.

Имя для программного использования

rod_flange_b

# R_A — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствующий штоку.

Имя для программного использования

rod_flange_a

Параметры

Параметры

# Number of slots — количество прорезей

Details

Количество прямоугольных прорезей в золотнике.

Значение по умолчанию

8

Имя для программного использования

slot_count

Вычисляемый

Да

# Edges geometry — геометрия кромок золотника
Sharp | Rounded

Details

Выберете тип геометрии кромок золотника:

  • Sharp — острые кромки.

  • Rounded — скругленные кромки.

Значения

Sharp | Rounded

Значение по умолчанию

Sharp

Имя для программного использования

edges_geometry

Вычисляемый

Нет

# Spool diameter — диаметр золотника
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Диаметр золотника должен быть больше диаметра штока .

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

10.0 mm

Имя для программного использования

spool_diameter

Вычисляемый

Да

# Rod diameter — диаметр штока
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Диаметр штока .

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

5.0 mm

Имя для программного использования

rod_diameter

Вычисляемый

Да

# Width of a slot — ширина прорезей
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Ширина прямоугольных прорезей в золотнике.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

2.0 mm

Имя для программного использования

slot_width

Вычисляемый

Да

# Depth of a slot — глубина прорезей
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Глубина прямоугольных прорезей в золотнике.

Должно выполняться условие: .

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

2.0 mm

Имя для программного использования

slot_depth

Вычисляемый

Да

# Chamber length at zero displacement — длина камеры при нулевом смещении
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Длина камеры при нулевом смещении (в пределах вычисленного объема камеры).

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.0 mm

Имя для программного использования

chamber_length_offset

Вычисляемый

Да

Underlap Definition

# Underlap corresponding to zero displacement — перекрытие, соответствующее нулевому смещению
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Перекрытие, соответствующее нулевому смещению.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.0 mm

Имя для программного использования

offset

Вычисляемый

Да

# Underlap corresponding to minimum area — перекрытие, соответствующее минимальной площади
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Перекрытие, соответствующее минимальной площади отверстия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Edges geometry значение Sharp.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.0 mm

Имя для программного использования

orifice_opening_at_min_area

Вычисляемый

Да

# Underlap corresponding to maximum area — перекрытие, соответствующее максимальной площади
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Перекрытие, соответствующее максимальной площади отверстия.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

Inf mm

Имя для программного использования

orifice_opening_at_max_area

Вычисляемый

Да

Leakages on the Spool

# Rounded corner radius — радиус скругления угла
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Радиус скругления угла кромок золотника.

Должно выполняться условие: .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Edges geometry значение Rounded.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.005 mm

Имя для программного использования

edge_radius

Вычисляемый

Да

# Clearance on diameter — диаметральный зазор
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

Зазор по диаметру между золотником и гильзой.

Должно выполняться условие: .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Edges geometry значение Rounded.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.003 mm

Имя для программного использования

clearance

Вычисляемый

Да

Jet Force Evaluation

# Jet angle — угол наклона струи
deg | rad | rev | mrad

Details

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.

Значение по умолчанию

0.0

Имя для программного использования

jet_force_coefficient

Вычисляемый

Да

Flow Coefficient Law

# Maximum flow coefficient — максимальный коэффициент расхода

Details

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

  1. McCloy D., Martin H. R., Control of fluid power: analysis and design, Chichester. – 1980.

  2. 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.

  3. Blackburn J. F., Reethof G., Shearer J. L., Fluid power control, (No Title). – 1960.