Двигатель переменного смещения (IL)

Двигатель переменного смещения в системе изотермической жидкости

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Насосы и двигатели

Описание

Блок двигателя с переменным смещением (IL) моделирует двигатель со смещением переменного объема. Текучая среда может перемещаться из порта A в порт B, называемый прямым режимом, или из порта B в порт A, называемый обратным режимом. Работа в режиме двигателя происходит при падении давления в направлении потока. Работа в режиме насоса происходит при увеличении давления в направлении потока.

Вращение вала соответствует знаку объема текучей среды, движущейся через двигатель, который принимается как физический сигнал в отверстии D. Положительное перемещение текучей среды при D соответствует положительному вращению вала в прямом режиме. Отрицательное перемещение жидкости на D соответствует отрицательной угловой скорости вала в прямом режиме.

Режимы работы

Блок имеет восемь режимов работы. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A к порту B, Δp = pA - pB; угловая скорость, λ = λ R - λ C; и объемное смещение жидкости в порту D. На приведенном выше рисунке показаны эти режимы в соответствии с октантами диаграммы Δp-λ-D:

Режим 1, прямой двигатель: поток от порта A к порту B вызывает снижение давления от A до B и положительную угловую скорость вала.
Режим 2, обратный насос: отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B к порту A и потока от B к порту A.
Режим 3, обратный двигатель: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от B к A и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 4, прямой насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта A к порту B и потока от A к B.
Режим 5, обратный насос: положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B к порту A и потока от B к A.
Режим 6, прямой двигатель: поток от порта A к порту B вызывает снижение давления от A до B и положительную угловую скорость вала.
Режим 7, Насос прямого действия: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта A к порту B и потока от A к B.
Режим 8, обратный двигатель: поток от B к A вызывает снижение давления от B к A и положительную угловую скорость вала.

Блок двигателя имеет аналитические параметры, таблицу поиска и параметры физического сигнала. При использовании табличных данных или входного сигнала для параметризации можно выбрать характеристику работы двигателя на основе КПД или потерь.

Пороговые параметры Порог падения давления для перехода мотор-насос, Порог угловой скорости для перехода мотор-насос и Порог перемещения для перехода мотор-насос определяют области, в которых может происходить численно сглаженный переход потока между режимами работы мотора. Для пороговых значений давления и угловой скорости выберите переходную область, которая обеспечивает некоторый запас для переходного периода, но которая достаточно мала относительно типичного перепада давления двигателя и угловой скорости, чтобы она не влияла на результаты расчета. Для порога смещения выберите пороговое значение, которое меньше обычного объема смещения во время нормальной работы.

Аналитическая параметризация утечки и трения

Если параметризация утечки и трения задана как Analyticalблок вычисляет внутреннюю утечку и трение вала по постоянным номинальным значениям скорости вала, перепада давления, объемного смещения и крутящего момента. Расход потока утечки, который коррелирует с перепадом давления в двигателе, рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{} m˙leak=KρavgΔp,$

где:

Δpnom представляет собой pA - pB.
αavg - средняя плотность жидкости.
K - коэффициент Хагена-Пуазе для аналитических потерь,

$K \frac{=_{}_{} \frac{Dnomstartnom}{_{(}_{1ü v,}}}{ном_{- 1}})$ Δpnom,
где:
- Dnom - номинальное смещение.
- startnom - номинальная угловая скорость вала.
- λ nom - объемный КПД при номинальных условиях.
- Δpnom - номинальный перепад давления.

Крутящий момент, связанный с перепадом давления в двигателе, рассчитывается следующим образом:

$_{tifr} =_{(} ti0 + \frac{}{_{}} k 'ΔpDDnom |) \frac{}{{танх}^{(}_{4start5 \times}}$ 10 − 5startnom),

где:

δ0 - крутящий момент холостого хода.
k - коэффициент фрикционного момента в сравнении с коэффициентом усиления давления при номинальном смещении, который определяется по механическому КПД при номинальных условиях ,

$k \frac{=_{thefr,}_{ном}}{-_{}}$ τ0Δpnom.
_{startfr, nom} - момент трения при номинальных условиях:

$_{startfr,} ном = (_{1 -} λ m,_{} ном)_{}$ DnomΔpnom.
Δp - перепад давления между портами A и B.
λ - относительная угловая скорость вала, или $_{startR} -_{}$ startC.

Параметры табулированных данных

При использовании табличных данных об эффективности или потерях двигателя можно предоставить данные для одного или нескольких режимов работы двигателя. Признаки табулированных данных определяют режим работы блока. Когда данные предоставляются для менее чем восьми режимов работы, блок вычисляет данные дополнения для другого режима (режимов) путем расширения данных в оставшиеся октанты.

Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация

Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{m˙leak=m˙leak,motor} \frac{(1}{+} {\overset{)}{α2}}_{} \frac{+m˙leak,pump}{} (1$ − α2),

где:

${\overset{}{}}_{} m˙leak,pump= (_{} в - {\overset{1}{}}_{)}$ m˙ideal
${\overset{}{}}_{} m˙leak,motor= (1_{-} \overset{λ v}{}$ ) m˙

и λ v - объемная эффективность, которая интерполируется из предоставленных пользователем табулированных данных. Переходный член, α, является

$α = \frac{tanh (}{_{}} 4ΔpΔpthreshold) \frac{}{\tanh_{(}} 4 \frac{}{_{}}$

где:

Δp - pA - pB.
Δpreshold - пороговое значение перепада давления для перехода мотор-насос.
λ - λ R - λ C.
startthreshold - порог угловой скорости для перехода мотор-насос.

Крутящий момент рассчитывается следующим образом:

$_{tifr} =_{thefr,} \frac{насос}{(} 1 +_{α2) +} \frac{startfr,}{}$ двигатель (1 − α2),

где:

$_{startfr,} насос =_{} (λ м$ − 1)
$_{startfr,} двигатель = (_{1} -_{}$

(m) - механическая эффективность, которая интерполируется из табличных данных, предоставленных пользователем.

Tabulated data - volumetric and mechanical losses параметризация

Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{}_{m˙leak=ρavgqloss} (Δp, λ,$ D),

где qloss интерполируется из таблицы объемных потерь, параметр q_loss (dp, w, D), который основан на предоставленных пользователем данных для падения давления, угловой скорости вала и объемного перемещения жидкости.

Момент трения вала рассчитывается как:

$_{startfr} =_{} δloss (Δp, λ$ , D),

, где startloss интерполируется из таблицы механических потерь, параметр torque_loss (dp, w, D), который основан на предоставленных пользователем данных для перепада давления, угловой скорости вала и объемного перемещения жидкости.

Параметризация входного сигнала

Если параметризация утечки и трения имеет значениеInput signal - volumetric and mechanical efficiencies, порты EV и EM включены. Внутренняя утечка и трение вала рассчитываются так же, как и Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies Параметризация, за исключением того, что в портах EV и EM, соответственно, принимаются (принимаются) непосредственно.

Если параметризация утечки и трения имеет значениеInput signal - volumetric and mechanical losses, порты LV и LM активизированы. Эти каналы принимают поток утечки и крутящий момент трения как положительные физические сигналы. Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{}_{} m˙leak=ρavgqLVtanh \frac{(}{_{}} 4Δppthresh$ ),

где:

qLV - поток утечки, поступающий в порт LV.
pthresh - пороговое значение перепада давления для параметра перехода мотор-насос.

Момент трения рассчитывается следующим образом:

$_{thefr} =_{} \frac{theLMtanh}{(_{}}$ 4startstartthresh),

где

ΔLM - момент трения, полученный в порту LM.
startthresh - порог угловой скорости для параметра перехода мотор-насос.

Объемная и механическая эффективность варьируется между заданным пользователем минимальным и максимальным значениями. Любые значения ниже или выше этого диапазона будут принимать минимальное и максимальное указанные значения соответственно.

Работа двигателя

Расход двигателя составляет:

$\overset{}{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{m˙=m˙ideal+m˙leak},$

где ${\overset{}{}}_{}_{} m˙ideal=ρavgD⋅ω .$

Крутящий момент двигателя:

$start=_{} {tiideal}_{-}$ startfr,

где $_{} τideal=D⋅Δp .$

Механическая мощность, выделяемая валом двигателя, составляет:

$_{dwfmech} =$ startλ,

гидравлическая мощность двигателя составляет:

$_{} \frac{\overset{}{}}{_{φhyd=Δpm˙ρavg}} .$

Чтобы получить уведомление о том, работает ли блок за пределами предоставленных табулированных данных, можно установить флажок Проверить, работает ли за пределами октантов предоставленных табулированных данных, как Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error для остановки моделирования при возникновении этой ситуации. При использовании входного сигнала для объемных или механических потерь можно получить уведомление о превышении моделями моделирования рабочих режимов с параметром Check if operating beyond motor mode.

Можно также контролировать функциональные возможности двигателя. Установите в положение Проверить, что давление меньше минимального давления двигателя Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error для остановки моделирования при возникновении этой ситуации.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие для жидкости к двигателю.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие для жидкости к двигателю.

`R` - Механический порт
механическое вращение

Угловая скорость и крутящий момент вращающегося вала.

`C` - Механический порт
механическое вращение

Опорная угловая скорость и крутящий момент корпуса двигателя.

Вход

развернуть все

`D` - Объемное смещение, `m^3/rad`
физический сигнал

Объемное смещение двигателя, в м ^ 3/рад, указанное как физический сигнал.

`EV` - Объемная эффективность
физический сигнал

КПД двигателя для перемещения жидкости, определяемый как физический сигнал. Значение должно быть в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`EM` - Механическая эффективность
физический сигнал

Эффективность двигателя для механического извлечения энергии, определяемая как физический сигнал. Значение должно быть в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

`LV` - Расход утечки, `m^3/s`
физический сигнал

Объемные потери двигателя, в м ^ 3/с, указанные как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

`LM` - момент трения, `N*m`
физический сигнал

Механические потери двигателя в Н * м, указанные как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Параметры

развернуть все

`Leakage and friction parameterization` - Метод расчета расхода утечки и момента трения
`Analytical` (по умолчанию) | `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies` | `Tabulated data - volumetric and mechanical losses` | `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies` | `Input signal - volumetric and mechanical losses`

Параметризация характеристик утечки и трения двигателя.

В Analytical параметризацию, скорость потока утечки и крутящий момент трения рассчитывают по аналитическим уравнениям.
В Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, скорость потока жидкости утечки и трение крутящего момента вычислены от снабженного пользователями вектора Спада давления, разности потенциалов, Шахта угловой скоростной вектор, w, и вектор Смещения, D параметры и интерполированы из 3D зависимой Объемной таблицы эффективности, e_v (разность потенциалов, w, D) и Механической таблицы эффективности, e_m (разность потенциалов, w, D) столы.
В Tabulated data - volumetric and mechanical loss параметризация, скорость потока утечки и трение крутящего момента рассчитываются из предоставленного пользователем вектора падения давления, dp; Вектор угловой скорости вала, w; и вектор Смещения, D параметры и интерполированный из 3D зависимой Объемной таблицы потерь, q_loss (разность потенциалов, w, D) и Механической таблицы потерь, torque_loss (разность потенциалов, w, D) столы.
В Input signal - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, объемная и механическая эффективность принимаются как физические сигналы на портах EV и EM соответственно.
В Input signal - volumetric and mechanical loss параметризация, скорость потока утечки и крутящий момент трения принимаются как физические сигналы в портах LV и LM соответственно.