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

Блок имеет четыре режима работы. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A до порта B, Δp = p _B – p _A и скорость вращения, ω = ω _R – ω _C:

Режим 1, Прямое движение: Положительная угловая скорость вала вызывает уменьшение давления от порта A до порта B, и теките из порта A к порту B.
Режим 2, Реверсивный насос: Теките из порта B к причинам порта A увеличение давления от B до A и отрицательной угловой скорости вала.
Режим 3, Реверсивный мотор: Отрицательная угловая скорость вала вызывает уменьшение давления от порта B до порта A, и теките из B к A.
Режим 4, Прямой насос: Теките из порта A к причинам B увеличение давления от A до B и отрицательной угловой скорости вала.

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

Варианты блока и параметризации потерь

Модель электродвигателя вычисляет потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и находится между отверстиями входа и выхода мотора 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.

Энергетический баланс

Механизированный труд, сделанный насосом, сопоставлен с энергетическим обменом. Управляющее энергетическое уравнение баланса:

$ϕ_{A} + ϕ_{B} - P_{m e c h} = 0,$

где:

Φ _A и Φ _B является энергетическими скоростями потока жидкости в портах A и B, соответственно.
_{Механик} P является механической энергией, произведенной должный закрутить, τ, и скорость вращения насоса, ω: $P_{m e c h} = τ ω .$

Гидравлическая мощность насоса является функцией перепада давлений между портами насоса:

$P_{h y d r o} = Δ p \frac{\dot{m}}{ρ}$

Скорость потока жидкости и крутящий момент

Массовый расход жидкости, сгенерированный в двигателе,

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

где:

$\dot{m}$ фактический массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{Ideal}$ идеальный массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{Leak}$ внутренняя утечка mas скорость потока жидкости.

Крутящий момент на моторе

$τ = τ_{Ideal} - τ_{Friction},$

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

Идеальный массовый расход жидкости

${\dot{m}}_{Ideal} = ρ D ω,$

и идеальный крутящий момент мотора

$τ_{Ideal} = D Δ p,$

где:

ρ является средним значением плотности жидкости в тепловых гидравлических 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

${\dot{m}}_{Leak} = \frac{K_{HP} ρ_{Avg} Δ p}{μ_{Avg}},$

и момент трения

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

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 гидравлических 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

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

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

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

и момент трения

$τ_{Friction} = τ_{Friction,Motor} \frac{1 + α}{2} + τ_{Friction,Pump} \frac{1 - α}{2},$

где:

α является числовым параметром сглаживания для перехода режима мотор-насос.
${\dot{m}}_{Leak,Motor}$ расход утечек в моторном режиме.
${\dot{m}}_{Leak,Pump}$ 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

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

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:

${\dot{m}}_{Leak,Motor} = (1 - η_{v}) \dot{m},$

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:

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

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):

$τ_{Friction,Motor} = (1 - η_{m}) τ_{Ideal},$

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):

$τ_{Friction,Pump} = - (1 - η_{m}) τ .$

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:

$q_{Leak} = q_{Leak} (Δ p, ω) .$

Массовый расход жидкости из-за утечек вычисляется из объемного расхода:

${\dot{m}}_{Leak} = ρ q_{Leak} .$

Момент трения так же задан в табличной форме:

$τ_{Friction} = τ_{Friction} (Δ p, ω),$

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.

Допущения и ограничения

Двигатель обработан как квазиустойчивый компонент.
Эффекты инерции и изменения высоты жидкости игнорируются.
Стенки мотора жесткие.
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 гидравлический порт, представляющий выход мотора.

`C` — Моторный случай
вращательное механическое устройство

Механический вращательный порт, представляющий корпус мотора.

`R` — Вал двигателя
вращательное механическое устройство

Механический вращательный порт, представляющий вращение вала мотора.

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, используемая для вычисления расхода утечек и крутящего 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.