Constante de flujo de válvula

Las servoválvulas y las válvulas proporcionales suelen tener un índice de flujo para una caída de presión determinada. A veces, la caída de presión se expresa como la caída de presión a través de dos puertos o mesetas de la válvula y, a veces, la caída de presión se expresa como la caída de presión a través de un solo puerto. Los libros de texto tienen métodos más detallados para calcular las constantes de flujo, pero generalmente implican conocer variables como el coeficiente de flujo del orificio y la densidad del fluido. Si bien podemos estimar la densidad del aceite con suficiente precisión, no sabemos exactamente cuál es el coeficiente de flujo de la válvula.

La constante de flujo de la válvula depende de cómo se mecanizan el carrete y el manguito del carrete. Por lo tanto, el único número disponible es el flujo nominal a la caída de presión nominal. Esta información generalmente la proporciona el fabricante de la válvula. La constante de flujo de la válvula generalmente se expresa como:

¿Cómo utiliza esta información?

La respuesta corta es, «ten mucho cuidado» porque estas unidades son raras y poco intuitivas. Por simplicidad, no los mostraré aquí. Prefiero unidades más intuitivas. Para la válvula NG10 de 100 l/min prefiero usar

flujo convertido a m3/seg o pulgada.3/seg porque la velocidad generalmente se expresa como distancia por segundo. Cuando trabajo con unidades métricas, prefiero usar unidades MKS básicas y convertir milímetros a metros para los cálculos y metros a milímetros para la visualización, ya que la velocidad generalmente se expresa en mm/seg. Mantener las unidades consistentes es una gran molestia.

Uso de constantes de flujo de válvula

Hay dos parámetros que son importantes para calcular el flujo. El primero es la caída de presión a través de los puertos. El segundo parámetro es la distancia a la que está abierta la ruta del flujo del puerto. Un factor de escala que representa la posición del carrete es una forma clara de expresar la apertura de la válvula. Como no conocemos la apertura máxima del carrete, es suficiente usar un valor de -1 a 1, donde -1 significa que la válvula está completamente abierta al puerto B para retracción y 1 significa completamente abierta al puerto A para extensión . Se utiliza un valor de cero para representar la posición neutral. Un valor de 0,5 significa medio abierto y extendido.yo uso el simbolo xses la posición del carrete. La posición del carrete varía con la señal de control de la entrada analógica y la respuesta de la válvula.

Si queremos evitar el uso de la constante de flujo de la válvula, podemos usar la siguiente ecuación:

Para evitar divisiones y raíces cuadradas, use la constante de flujo de la válvula:

Hasta ahora hemos supuesto que la válvula es lineal;Por lo tanto, la constante de flujo se puede multiplicar por la posición del carrete. Las servoválvulas de alta calidad proporcionan un comportamiento casi lineal y permiten esta simplificación, pero algunas válvulas no son lineales. En el caso no lineal, la constante de flujo de la válvula varía en función de la posición del carrete xs. Para complicar aún más las cosas, el flujo es una función no lineal de la posición del carrete. La ecuación de flujo debe cambiarse a:

Los fabricantes de válvulas no proporcionan fórmulas para el flujo de válvula no lineal. Esta fórmula debe derivarse empíricamente. Esto se puede lograr con el equipo y el conocimiento adecuados. Tuvimos cierto éxito al crear un modelo con 15 parámetros. Hay 10 zonas de ganancia, una compensación de válvula, tiempo muerto y otros parámetros relacionados con el tiempo de respuesta. La figura muestra los resultados de modelar una válvula pequeña con una banda muerta de alrededor del 20%. Esta válvula no es adecuada para servocontrol.

El gráfico muestra la respuesta a una señal de control de onda sinusoidal de barrido. Se obtiene un modelo que se asemeja mucho a la ubicación estimada con la ubicación real. Tenga en cuenta que la línea de posición estimada anula la línea de posición real. En teoría, un modelo de esta precisión podría permitir que el controlador de movimiento compense las imperfecciones de la válvula. El problema es que el carrete necesita moverse muy rápido para pasar de +20% a -20%. Las limitaciones físicas en la velocidad del carrete hacen que esto sea imposible.

Las válvulas no son fáciles de modelar porque se deben usar equipos hidráulicos, equipos de adquisición de datos y software. Por ejemplo, en nuestro caso, nuestra bomba hidráulica no tenía suficiente potencia para caracterizar válvulas a frecuencias muy superiores a 5 Hz. Los fabricantes de válvulas deben tener los recursos para simular sus válvulas. Lamentablemente, la hoja de especificaciones no brinda mejor información para alguien que quiere diseñar un servo hidráulico.

Uso de características de flujo de válvula en simulación

Las simulaciones hidráulicas a menudo se realizan para determinar los cambios en la velocidad, el flujo y la presión a lo largo del tiempo. La posición del carrete generalmente no es fija, varía con el tiempo y la señal de control. En nuestro caso, la posición del carrete en sí es una función. Suponiendo que la válvula es lineal, el resultado es una ecuación como esta:

Esta es la fórmula de flujo en función del tiempo. El símbolo u es el símbolo utilizado por los ingenieros de control para representar las señales de control. La señal de control en la ecuación anterior varía con el tiempo. En condiciones dinámicas, la caída de presión en el puerto de la válvula también variará con el tiempo. Muchas variables cambian simultáneamente en la simulación.

Este post es un «calentamiento» para lo que está por venir. Una discusión detallada de la ecuación VCCM (Control de válvula de movimiento del cilindro) requiere una comprensión de todos los parámetros que componen la ecuación VCCM. La mayoría de los parámetros usados ​​son obvios, pero la constante de flujo de la válvula no lo es. Siento que necesito explicar la constante de flujo de la válvula con más detalle antes de tratar con la ecuación VCCM y luego cómo usarla para calcular los tamaños de cilindros y válvulas.

Peter Nachtwey es Sistemas informáticos delta Y tiene más de 35 años de experiencia en el desarrollo de sistemas de control industrial para aplicaciones hidráulicas, eléctricas y neumáticas. Además de liderar los programas de ingeniería e I+D de Delta, ha realizado amplias contribuciones a la comprensión matemática de la teoría de control, en particular en los sistemas de potencia de fluidos.

error: Content is protected !!