Fixed-Displacement Motor (TL)

Устройство преобразования гидравлической механической энергии

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Pumps & Motors

Описание

Блок Fixed-Displacement Motor (TL) представляет устройство, которое извлекает мощность гидравлической сети (изотермическая жидкость) и поставляет ее вращением в механическую сеть. Перемещение мотора фиксируется в постоянном значении, которое вы задаете через параметр Displacement.

Порты A и B представляют моторные входы. Порты R и C представляют приводной вал и случай. Во время нормального функционирования перепад давления от порта A до порта B вызывает положительную скорость потока жидкости от порта A до порта B и положительного вращения вала двигателя относительно моторного случая. Этот режим работы упомянут здесь как прямое движение.

Режимы работы

В общей сложности четыре режима работы возможны. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A до порта B (Δp) и на скорости вращения в порте R относительно порта C (ω). Карта Режимов работы сопоставляет режимы с октантами графика Δp-ω-D. Режимы помечены 1–4:

Режим 1: прямое движение — положительный перепад давления генерирует положительную угловую скорость вала.
Режим 2: реверсивный насос — отрицательная угловая скорость вала генерирует отрицательный перепад давления (показанный на рисунке как положительный перепад давления).
Режим 3: реверсивный мотор — отрицательный перепад давления генерирует отрицательную угловую скорость вала.
Режим 4: прямой насос — положительная угловая скорость вала генерирует положительный перепад давления (показанный на рисунке как отрицательный перепад давления).

Время отклика двигателя рассматривается незначительным по сравнению со временем отклика системы. Принято, что Мотор достигает устойчивого состояния почти мгновенно и описан как квазистационарный компонент.

Блок вариантов параметризации потерь

Модель электродвигателя вычисляет потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и происходит только между входным и выходным отверстиями мотора. Блок вычисляет уровень утечек и момент трения с помощью выбора пяти вариантов параметризации потерь. Вы выбираете для использования в блоке варианты параметризации и в Analytical or tabulated data случай, параметр Friction and leakage parameterization.

Параметризация потерь

Блок обеспечивает три варианта Simulink^®, чтобы выбрать из. Чтобы изменить активный вариант блока, щелкните правой кнопкой по блоку и выберите Simscape> Block choices. Доступные варианты:

Analytical or tabulated data — Получите механический и объемный КПД или потери от аналитических моделей на основе номинальных параметров или от табличных данных. Используйте параметр Friction and leakage parameterization, чтобы выбрать точный входной тип.
Input efficiencies — Обеспечьте механический и объемный КПД непосредственно через входные порты физического сигнала.
Input losses — Задайте механические и объемные потери непосредственно через входные порты физического сигнала. Механическая потеря задана как внутренний момент трения. Объемная потеря задана как уровень внутренних утечек.

Скорость потока жидкости и крутящий момент

Массовая скорость потока жидкости, сгенерированная в двигателе,

$\dot{m} = {\dot{m}}_{Идеал} + {\dot{m}}_{Утечка},$

где:

$\dot{m}$ фактическая массовая скорость потока жидкости.
${\dot{m}}_{Идеал}$ идеальная массовая скорость потока жидкости.
${\dot{m}}_{Утечка}$ внутренняя утечка mas скорость потока жидкости.

Крутящий момент на моторе

$τ = τ_{Идеал} - τ_{Трение},$

где:

τ является фактическим крутящим моментом.
_Идеал τ является идеальным крутящим моментом.
_Трение τ является моментом трения.

Идеальная скорость потока жидкости и идеальный крутящий момент

Идеальная массовая скорость потока жидкости

${\dot{m}}_{Идеал} = ρ D ω,$

и идеальный крутящий момент мотора

$τ_{Идеал} = D Δ p,$

где:

ρ является средним значением плотностей жидкости в тепловых жидких портах A и B.
D является параметром Displacement.
ω является угловой скоростью вала.
Δp является перепадом давления между входным и выходным отверстиями.

Уровень утечек и момент трения

Расчет внутренних утечек и момента трения кручения зависит от выбранного варианта блока. Если вариантом блока является Analytical or tabulated data, вычисления зависят также от установки параметра Leakage and friction parameterization. Существует пять возможных сочетаний вариантов блока и настроек параметризации.

Случай 1: аналитическое вычисление КПД

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical, уровень утечек

${\dot{m}}_{Утечка} = \frac{K_{HP} ρ_{В среднем} Δ p}{μ_{В среднем}},$

и момент трения

$τ_{Трение} = (τ_{0} + K_{TP} | Δ p | tanh \frac{4 ω}{(5 e - 5) ω_{Имя}}),$

где:

K _HP является коэффициентом Хагена-Пуазейля для ламинарных течений в трубе. Этот коэффициент вычисляется из заданных номинальных параметров.
μ является динамической вязкостью тепловой жидкости, взятой здесь в качестве среднего значения ее значений в тепловых жидких портах.
_TP K является заданным значением параметров блоков Friction torque vs pressure drop coefficient.
τ ₀ является заданным значением параметров блоков No-load torque.
_Имя ω является заданным значением параметров блоков Nominal shaft angular velocity.

Коэффициент Хагена-Пуазейля определяется из номинальных параметров компонента жидкости уравнением

$K_{HP} = \frac{D ω_{Имя} μ_{Имя} (\frac{1}{η_{v, Имя}} - 1)}{Δ p_{Имя}},$

где:

_Имя ω является заданным значением параметра Nominal shaft angular velocity. Это - скорость вращения, при которой задан номинальный объемный КПД.
_Имя μ является заданным значением параметров блоков Nominal Dynamic viscosity. Это - динамическая вязкость, при которой задан номинальный объемный КПД.
_Имя Δp является заданным значением параметров блоков Nominal pressure drop. Это - перепад давления, при котором задан номинальный объемный КПД.
η _{v, Имя} является заданным значением параметров блоков Volumetric efficiency at nominal conditions. Это - объемный КПД, соответствующий заданным номинальным условиям.

Случай 2: табличные данные КПД

${\dot{m}}_{Утечка} = {\dot{m}}_{Утечка, Двигатель} \frac{(1 + α)}{2} + {\dot{m}}_{Просочитесь, Насос} \frac{(1 - α)}{2},$

и момент трения

$τ_{Трение} = τ_{Трение, Двигатель} \frac{1 + α}{2} + τ_{Трение, Насос} \frac{1 - α}{2},$

где:

α является числовым параметром сглаживания для перехода режима мотор-насос.
${\dot{m}}_{Утечка, Двигатель}$ расход утечек в моторном режиме.
${\dot{m}}_{Просочитесь, Насос}$ уровень утечек в режиме насоса.
_Трение τ_{, Двигатель} является моментом трения в моторном режиме.
_Трение τ_{, Насос} является моментом трения в режиме насоса.

Параметр сглаживания α задан гиперболической функцией

$α = tanh (\frac{4 Δ p}{Δ p_{'Порог'}}) \cdot tanh (\frac{4 ω}{ω_{'Порог'}}),$

где:

_Порог Δp является заданным значением параметров блоков Pressure drop threshold for motor-pump transition.
_Порог ω является заданным значением параметров блоков Angular velocity threshold for motor-pump transition.

Уровень утечек вычисляется от объемного КПД, количество, которое задано в табличной форме по Δp –ɷ область через параметры блоков Volumetric efficiency table. При работе в моторном режиме (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ график, показанный в карте Режимов работы), уровень утечек:

${\dot{m}}_{Утечка, Двигатель} = (1 - η_{v}) \dot{m},$

то, где η _v является объемным КПД, получило или интерполяцией или экстраполяцией табличных данных. Точно так же при работе в режиме насоса (квадранты 2 и 4 Δp –ɷ график), уровень утечек:

${\dot{m}}_{Просочитесь, Насос} = - (1 - η_{v}) {\dot{m}}_{Идеал} .$

Момент трения так же вычисляется от механического КПД, количество, которое задано в табличной форме по Δp –ɷ область через параметры блоков Mechanical efficiency table. При работе в моторном режиме (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ график):

$τ_{Трение, Двигатель} = (1 - η_{m}) τ_{Идеал},$

то, где η _m является механическим КПД, получило или интерполяцией или экстраполяцией табличных данных. Точно так же при работе в режиме насоса (квадранты 2 и 4 Δp –ɷ график):

$τ_{Трение, Насос} = - (1 - η_{m}) τ .$

Случай 3: табличные данные потерь

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses, утечка (объемная) скорость потока жидкости задана непосредственно в табличной форме по Δp –ɷ область:

$q_{Утечка} = q_{Утечка} (Δ p, ω) .$

Массовая скорость потока жидкости из-за утечки вычисляется от объемного расхода:

${\dot{m}}_{Утечка} = ρ q_{Утечка} .$

Момент трения так же задан в табличной форме:

$τ_{Трение} = τ_{Трение} (Δ p, ω),$

где _Утечка q (Δp, ω) и _Трение τ (Δp, ω) является объемными и механическими потерями, полученными посредством интерполяции или экстраполяции табличных данных, заданных через параметры блоков Mechanical loss table и Volumetric loss table.

Случай 4: входные параметры физического сигнала КПД

Если активным вариантом блока является Input efficiencies, расчет расхода утечки и момента трения кручения как описано для табличных данных КПД (случай 2). Объемные и механические интерполяционные таблицы КПД заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты EV и EM.

КПД заданы как положительные количества со значением между нулем и один. Входные значения за пределами этих границ установлены равные связанному самому близкому (нуль для входных параметров, меньших, чем нуль, один для входных параметров, больше, чем один). Другими словами, сигналы КПД насыщаются в нуле и один.

Случай 5: входные параметры физического сигнала потерь

Если вариантом блока является Input losses, расчет расхода утечки и момента трения кручения как описано для табличных данных потерь (случай 3). Объемные и механические интерполяционные таблицы потерь заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты LV и LM.

Знаки входных параметров проигнорированы. Блок устанавливает знаки автоматически от условий работы, установленных в процессе моделирования — более точно от Δp –ɷ квадрант, в котором компонент, оказывается, действует. Другими словами, ли вход положителен, или отрицательный не важно блоку.

Предположения и ограничения

Двигатель обработан как квазиустойчивый компонент.
Эффекты инерции жидкости и вертикального изменения проигнорированы.
Моторная стена тверда.
Внешняя утечка проигнорирована.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`EV` — Объемный КПД, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для объемного КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в значении параметров Maximum volumetric efficiency и нижнюю границу в значении параметров Minimum volumetric efficiency.

Зависимости

Этот порт осушен только, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

`EM` — Механический КПД, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для механического КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в значении параметров Maximum mechanical efficiency и нижнюю границу в значении параметров Minimum mechanical efficiency.

Зависимости

Этот порт осушен только, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

`LV` — Объемные потери, `m^3/s`
физический сигнал

Входной порт физического сигнала объемных потерь, определяющий расход внутренних утечек между входными отверстиями мотора.

Зависимости

Этот порт осушен только, когда вариант блока установлен в Input losses.

`LM` — Механические потери, `N*m`
физический сигнал

Входной порт физического сигнала за механическую потерю, заданную как момент трения на вращающемся вале двигателя.

Зависимости

Этот порт осушен только, когда вариант блока установлен в Input losses.

Сохранение

развернуть все

`A` — Входное отверстие мотора
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения, представляющий моторный вход.

`B` — Выходное отверстие мотора
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения, представляющий моторный выход.

`C` — Моторный случай
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства, представляющий моторный случай.

`R` — Вал двигателя
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства, представляющий вращательный вал двигателя.

Параметры

развернуть все

Отсоединенные параметры блоков зависят от активного варианта блока. Смотрите Варианты Блока и Параметризацию Потерь.

Вариант 1: `Analytical or tabulated data`

`Displacement` Объем жидкости, перемещаемый заединичный угол поворота вала
`30 cm^3/rev` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема/угла

Объем жидкости, перемещаемый заединичный угол поворота вала. Перемещение фиксируется на этом значении во время симуляции. Заданное значение должно быть больше нуля.

`Leakage and friction parameterization` — Параметризация использовалась для расчета уровня утечек и момента трения
`Analytical` (значение по умолчанию) | `Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies` | `Tabulated data — volumetric and mechanical losses`

Параметризация использовалась для расчета потерь скорости потока и крутящего момента из-за внутренних утечек и трения. Analytical параметризация использует номинальные параметры, общедоступные из таблиц данных компонента. Недостающие табличные опции используют интерполяционные таблицы, чтобы сопоставить перепад давления, скорость вращения и смещение к КПД или потерям компонента.

`Nominal shaft angular velocity` — Угловая скорость вала, для которой можно задать объемный КПД
`188 rad/s` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями угла/времени

Угловая скорость вращения вала, в которой известен объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простых линейных функций, уровня утечек и момента трения.