Fixed-Displacement Pump

Устройство преобразования механической энергии в гидравлическую

  • Библиотека:
  • Simscape / Жидкости / Гидравлика (Изотермическая) / Насосы и Двигатели

Описание

Блок Fixed-Displacement Pump представляет устройство, которое извлекает мощность из сети вращательного механического устройства и поставляет ее гидравлической системе (изотермическая жидкость). Перемещение насоса фиксируется в постоянном значении, которое вы задаете через параметр Displacement.

Порты T и P представляют входные отверстия насоса. Порт S представляет вал насоса. Во время нормального функционирования перепад давления от порта T до порта P положителен, если скорость вращения в порте S положительна также. Этот режим работы упомянут здесь как прямой насос.

Режимы работы

В общей сложности четыре режима работы возможны. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта T до порта P (Δp) и на скорости вращения в порте S (ω). Карта Режимов работы сопоставляет режимы с квадрантами графика Δp-ω. Режимы помечены 1–4:

  • Режим 1: прямой насос — положительная угловая скорость вала генерирует положительный перепад давления.

  • Режим 2: реверсивный мотор — отрицательный перепад давления (показанный на рисунке как положительный перепад давления) генерирует отрицательную угловую скорость вала.

  • Режим 3: реверсивный насос — отрицательная угловая скорость вала генерирует отрицательный перепад давления.

  • Режим 4: прямое движение — положительный перепад давления (показанный на рисунке как отрицательный перепад давления) генерирует положительную угловую скорость вала.

Время отклика насоса рассматривается незначительным по сравнению со временем отклика системы. Насос принят, чтобы достигнуть устойчивого состояния почти мгновенно и обработан как квазиустойчивый компонент.

Блок вариантов параметризации потерь

Модель насоса вычисляет потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и происходит между входным отверстием насоса и выходом только. 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

Объемный расход, генерируемый насосом

q=qИдеал+qУтечка,

где:

  • q является объемным расходом.

  • Идеал q является идеальным объемным расходом.

  • Утечка q является расходом внутренних объемных утечек.

Приводной крутящий момент, необходимый для работы насоса

τ=τИдеал+τТрение,

где:

  • τ является сетевым ведущим крутящим моментом.

  • Идеал τ является идеальным ведущим крутящим моментом.

  • Трение τ является моментом трения.

Идеальная скорость потока жидкости и идеальный крутящий момент

Идеальный объемный расход

qИдеал=Dω,

и идеальный приводной крутящий момент

τИдеал=DΔp,

где:

  • D является заданным значением параметров блоков Displacement.

  • ω является мгновенной угловой скоростью вращения вала.

  • Δp является мгновенным перепадом давления от входа до выхода.

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

qУтечка=KHPΔp,

и момент трения

τТрение=(τ0+KTP|Δp|)tanh(4ωω'Порог' ),

где:

  • K HP является коэффициентом Хагена-Пуазейля для ламинарных течений в трубе. Этот коэффициент вычисляется из заданных номинальных параметров.

  • TP K является заданным значением параметров блоков Friction torque vs pressure gain coefficient.

  • τ 0 является заданным значением параметров блоков No-load torque.

  • Порог ω является пороговой угловой скоростью для перехода режима мотор-насос. Пороговая угловая скорость является внутренним параметром из набора заданных значений параметров блоков Nominal shaft angular velocity.

Коэффициент Хагена-Пуазейля определяется из номинальных параметров компонента жидкости уравнением

KHP=νИмяρvρИмяωИмяDMax ΔpИмя(1ηv, Имя),

где:

  • Имя ν является заданным значением параметров блоков Nominal kinematic viscosity. Это - кинематическая вязкость, при которой задан номинальный объемный КПД.

  • Имя ρ является заданным значением параметров блоков Nominal fluid density. Это - плотность, в которой задан номинальный объемный КПД.

  • Имя ω является заданным значением параметров блоков Nominal shaft angular velocity. Это - скорость вращения, при которой задан номинальный объемный КПД.

  • ρ является фактической плотностью жидкости в присоединенной гидравлической системе (изотермическая жидкость). Эта плотность может отличаться от заданного значения параметров блоков Nominal fluid density.

  • v является кинематической вязкостью жидкости, сопоставленной с гидросистемой.

  • Имя Δp является заданным значением параметров блоков Nominal pressure gain. 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

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

qУтечка=qПросочитесь, Насос(1+α)2+qУтечка, Двигатель(1α)2,

и момент трения

τТрение=τТрение, Насос1+α2+τТрение, Двигатель1α2,

где:

  • α является числовым параметром сглаживания для перехода насоса насоса.

  • Утечка q, Насос является уровнем утечек в режиме насоса.

  • Утечка q, Двигатель является расходом утечек в моторном режиме.

  • Трение τ, Насос является моментом трения в режиме насоса.

  • Трение τ, Двигатель является моментом трения в моторном режиме.

Параметр сглаживания α задан гиперболической функцией

α=tanh(4ΔpΔp'Порог' )·tanh(4ωω'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.

Расход утечек вычисляется из табличных данных КПД уравнением

qПросочитесь, Насос=(1ηv)qИдеал,

в режиме насоса и посредством уравнения

qУтечка, Двигатель=(1ηv)q,

в моторном режиме, где:

  • η v является объемным КПД, полученным посредством интерполяции или экстраполяции данных о параметре Volumetric efficiency table, e_v(dp,w).

Точно так же момент трения вычисляется от табличных данных КПД до уравнения

τТрение, Насос=(1ηm)τ,

в режиме насоса и посредством уравнения

τТрение, Двигатель=(1ηm)τИдеал,

в моторном режиме, где:

  • η m является механическим КПД, полученным посредством интерполяции или экстраполяции данных о параметре Mechanical efficiency table, e_m(dp,w).

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, уравнение уровня утечек

qУтечка=qУтечка(Δp,ω).

и уравнение момента трения

τТрение=τТрение(Δp,ω),

где Утечка q (Δp, ω) и Трение τ (Δp, ω) является объемными и механическими потерями, полученными посредством интерполяции или экстраполяции Volumetric loss table, q_loss(dp,w) и данных о параметре Mechanical loss table, torque_loss (dp,w).

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.

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.

Характеристическая кривая визуализации

Если вариант блока установлен в Analytical or tabulated data, можно построить набор кривых производительности, эффективности и потерь от данных моделирования и параметров компонента. Используйте контекстно-зависимое меню блока, чтобы построить характеристические кривые. Щелкните правой кнопкой по блоку, чтобы открыть меню и выбрать Fluids> Plot characteristic. Тестовая обвязка открывается инструкциями относительно того, как сгенерировать кривые. Смотрите Насос и Моторные Характеристические Кривые.

Предположения

  • Сжимаемость жидкости незначительна.

  • Нагрузки на валу мотора от инерции, трения и сил упругости незначительны.

Порты

Входной параметр

развернуть все

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.

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.

Входной порт физического сигнала за объемную потерю, заданную как уровень внутренних утечек между входными отверстиями насоса.

Зависимости

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

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

Зависимости

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

Сохранение

развернуть все

Гидравлический порт (изотермическая жидкость), представляющий выход насоса.

Гидравлический порт (изотермическая жидкость), представляющий вход насоса.

Порт сохранения вращательного механического устройства, представляющий вал насоса.

Параметры

развернуть все

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

Вариант 1: Analytical or tabulated data

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

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 и скорость вращения к КПД или потерям компонента. Табличные опции включают:

  • Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies

  • Tabulated data — volumetric and mechanical losses

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data.

Скорость вращения вращающегося вала, в котором известен номинальный 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.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Перепад давления от входа до выхода, при котором известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, расход внутренних утечек.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Кинематическая вязкость гидравлической жидкости, при которой известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, расход внутренних утечек.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Плотность гидравлической жидкости, при которой известен номинальный объемный КПД компонента. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, расход внутренних утечек.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Объемный КПД, заданный как отношение фактического объемного расхода к идеальному, при заданных номинальных условиях. Номинальные параметры обычно публикуются для стандартных условий работы в таблицах данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить, с помощью простой линейной функции, расход внутренних утечек.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Крутящий момент, требуемый для преодоления трения и начала вращения механического вала. Этот крутящий момент является сглаживавшим независимым от загрузки компонентом общего момента трения.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Analytical.

Коэффициент пропорциональности между моментом трения на механическом вале и перепадом давления от входа до выхода.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

Режим предупреждения моделирования при недопустимых давлениях в портах компонента. Выберите Warning чтобы уведомить, когда давление падает ниже минимально заданного значения. Предупреждение может быть полезным в моделях, где давление может упасть ниже давления насыщенного пара гидравлической жидкости, провоцируя начало кавитации.

Нижняя граница области допустимых значений давления. Предупреждение будет выдано, если давление упадет ниже заданного значения.

Зависимости

Этот параметр включен, когда параметр Check if lower side pressure violating minimum valid condition устанавливается на Warning.

M- вектор элемента перепадов давления, при которых можно задать табличные данные КПД. Размер вектора, M, должен быть больше или равным двум. Векторные элементы должны быть расположенными неравными интервалами. Однако они должны монотонно увеличиться в значении слева направо.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

N- вектор элемента угловых скоростей вала, для которых можно задать табличные данные КПД. Размер вектора, N, должен быть больше или равным двум. Векторные элементы должны быть расположенными неравными интервалами. Однако они должны монотонно увеличиться в значении слева направо.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

M-by-N матрица с объемными КПД в заданных давлениях жидкости и угловых скоростях вала. КПД должны лежать в области значений 0-1. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Pressure gain vector for efficiencies, dp.

  • N является количеством векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for efficiencies, w.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

M-by-N матрица с механическим КПД, соответствующим заданным давлениям жидкости и угловым скоростям вала. КПД должны лежать в области значений 0-1. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Pressure gain vector for efficiencies, dp.

  • N является количеством векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for efficiencies, w.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

Перепад давления от входа до выхода, ниже которого компонент начинает переходить между нагнетанием и моторными режимами. Гиперболический Tanh функционируйте преобразовывает уровень утечек и момент трения, таким образом, что переход непрерывен и сглажен.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies или когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

Угловая скорость вала, ниже которой компонент начинает переходить между нагнетанием и моторными режимами. Гиперболический Tanh функционируйте преобразовывает уровень утечек и момент трения, таким образом, что переход непрерывен и сглажен.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies или когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies.

Режим предупреждения моделирования для условий работы вне области значений табличных данных. Выберите Warning чтобы уведомить, когда давление жидкости или угловая скорость вала выходят за пределы заданных табличных данных. Предупреждение не заставляет симуляцию останавливаться.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies или Tabulated data — volumetric and mechanical losses.

M- вектор элемента перепадов давления, при которых можно задать табличные данные потерь. Размер вектора, M, должен быть больше или равным двум. Векторные элементы должны быть расположенными неравными интервалами. Однако они должны монотонно увеличиться в значении слева направо.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses.

N- вектор элемента угловых скоростей вала, для которых можно задать данные потерь компонента. Размер вектора, N, должен быть больше или равным двум. Векторные элементы должны быть расположенными неравными интервалами. Однако они должны монотонно увеличиться в значении слева направо.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses.

M-by-N матрица объемных потерь в заданных давлениях жидкости и угловых скоростях вала. Объемные потери заданы здесь как расход внутренних объемных утечек между портом А и портом B. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Pressure gain vector for losses, dp.

  • N является количеством векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for losses, w.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses.

M-by-N матрица с механическими потерями в заданных давлениях жидкости и угловых скоростях вала. Механические потери заданы здесь как момент трения из-за изоляций и внутренних компонентов. M и N являются размерами заданных векторов интерполяционной таблицы:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Pressure gain vector for losses, dp.

  • N является количеством векторных элементов в параметре Shaft angular velocity vector for losses, w.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses.

Вариант 2: Input efficiencies

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

Перепад давления от входа до выхода, ниже которого компонент начинается к переходу между режимами мотора и насоса. Гиперболический Tanh функционируйте преобразовывает уровень утечек и момент трения, таким образом, что переход непрерывен и сглажен.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Угловая скорость вала, ниже которой компонент начинается к переходу между режимами мотора и насоса. Гиперболический Tanh функционируйте преобразовывает уровень утечек и момент трения, таким образом, что переход непрерывен и сглажен.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Наименьшее допустимое значение объемного КПД. Вход от порта EV физического сигнала достигает заданного значения. Если входной сигнал падает ниже минимального объемного КПД, объемный КПД устанавливается на это значение.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Наибольшее допустимое значение объемного КПД. Вход от порта EV физического сигнала достигает заданного значения. Если входной сигнал повышается максимальное значение объемного КПД, объемный КПД устанавливается на это значение.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Наименьшее допустимое значение механического КПД. Вход от порта EM физического сигнала достигает заданного значения. Если входной сигнал падает ниже минимального механического КПД, механический КПД устанавливается на это значение.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Самое большое позволенное значение механического КПД. Вход от порта EM физического сигнала достигает заданного значения. Если входной сигнал повышается выше максимального механического КПД, механический КПД установлен в максимальный механический КПД.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input efficiencies.

Режим предупреждения моделирования при недопустимых давлениях в портах компонента. Выберите Warning чтобы уведомить, когда давление падает ниже минимально заданного значения. Предупреждение может быть полезным в моделях, где давление может упасть ниже давления насыщенного пара гидравлической жидкости, провоцируя начало кавитации.

Нижняя граница области допустимых значений давления. Предупреждение будет выдано, если давление упадет ниже заданного значения.

Зависимости

Этот параметр включен, когда параметр Check if lower side pressure violating minimum valid condition устанавливается на Warning.

Вариант 3: Введите потери

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

Режим предупреждения моделирования для условий работы вне насосного режима. Предупреждение выдано если переходы насоса к моторному режиму. Выберите Warning чтобы уведомить, когда этот переход происходит. Предупреждение не заставляет симуляцию останавливаться.

Зависимости

Этот параметр включен, когда вариант блока установлен в Input losses.

Режим предупреждения моделирования при недопустимых давлениях в портах компонента. Выберите Warning чтобы уведомить, когда давление падает ниже минимально заданного значения. Предупреждение может быть полезным в моделях, где давление может упасть ниже давления насыщенного пара гидравлической жидкости, провоцируя начало кавитации.

Нижняя граница области допустимых значений давления. Предупреждение будет выдано, если давление упадет ниже заданного значения.

Зависимости

Этот параметр включен, когда параметр Check if lower side pressure violating minimum valid condition устанавливается на Warning.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Представленный в R2006b

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте