Análise da influência de parâmetros geométricos em curvas características de válvulas de controle contínuo direcional

Abstract

Com a crescente necessidade do aumento da precisão e rapidez de resposta dos sistemas hidráulicos de controle de posição, a pesquisa aprofundada do comportamento isolado de componentes hidráulicos tem crescido fortemente haja vista que o conhecimento comportamental detalhado de cada componente pode auxiliar na compreensão de desvios de desempenho do sistema como um todo. A presente dissertação realiza estudos sobre o comportamento de válvulas de controle contínuo dire-cional, especificamente de válvulas de carretel, que são largamente utili-zadas em sistemas hidráulicos de controle de posição, como por exem-plo, no posicionamento do anel distribuidor em usinas hidrelétricas. O trabalho avalia a influência de alguns parâmetros da geometria interna das válvulas em seu comportamento hidráulico. Para isso, é desenvolvi-do um modelo do escoamento interno do fluido tendo como base a e-quação da vazão através de orifícios que, combinado à modelagem da geometria interna e aos modelos do coeficiente de descarga, reproduz o comportamento das pressões e vazamentos no interior da válvula. A modelagem, que contempla diferentes geometrias e tamanhos nominais de válvulas, é validada pelo confronto entre os dados experimentais obtidos através de ensaios padronizados pela Norma ISO 10.770-1 e os resultados das simulações teóricas. As conclusões obtidas permitem estabelecer uma visão geral da influência da folga radial, sobreposição, excentricidade, volume das câmaras e tempo de estabilização do ensaio sobre características comportamentais como comportamento das pres-sões, magnitude do vazamento interno, nível de histerese e posição do centro hidráulico.

With the growing need to increase accuracy and speed response of the hydraulic positioning control systems, the detailed research of the isolated behavior of hydraulic components has grown quite considering that the detailed behavioral knowledge of each component can help to understand the deviations in system performance. This thesis conducts a research on the behavior of directional continuous control valves, spe-cifically spool valves, which are widely used in hydraulic position con-trol systems, for example, in positioning control systems of the distribu-tor ring in hydroelectric power plants. The study evaluates the influence of internal geometric parameters such as radial clearance, overlap length in the hydraulic behavior of the directional control valves. A theoretical model based on the internal fluid flow through orifices is developed that, combining modeling of the internal geometry and discharge coeffi-cient models, reproduces both pressure and leakages inside the valve. The modeling which includes different geometries and valve nominal size is validated by comparison between experimental data obtained from standardized tests by ISO 10.770-1 Standard and simulation results obtained with theoretical model. The conclusions lead to establish a global view of the influence of radial clearance, overlap, eccentricity, chambers volume and pressure settling time in behavioral characteristics such as pressure behavior, internal leakage magnitude, hysteresis and hydraulic center position.