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

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

Энергетический баланс

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

$ϕ_{A} + ϕ_{B} - P_{h y d r o} = 0,$

где:

Φ _A и Φ _B является энергетическими скоростями потока жидкости в портах A и B, соответственно.
_Гидро P является моторной гидравлической мощностью. Это - функция перепада давлений между моторными портами: $P_{h y d r o} = Δ p \frac{\dot{m}}{ρ}$

Моторная механическая энергия произведена от крутящего момента двигателя, τ и скорости вращения, ω:

$P_{m e c h} = T ω .$

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.

Leakage and friction parameterization

Можно параметрировать утечку и трение аналитически, с помощью сведенных в таблицу КПД или потерь, или входными КПД или ввести потери.

Аналитичный

Когда вы устанавливаете Leakage and Friction Parameterization на Analytical, уровень утечек

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

и момент трения

$τ_{Friction} = (τ_{0} + K_{TP} | Δ p | tanh \frac{4 ω}{(5 \cdot 10^{- 5}) ω_{Nom}}),$

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 моментом трения по сравнению с коэффициентом перепада давления в номинальном смещении, которое определяется из Mechanical efficiency at nominal conditions, _ηm:

$k = \frac{τ_{f r, n o m} - τ_{0}}{Δ p_{n o m}} .$
_τfric является моментом трения при номинальных условиях:

$τ_{f r, n o m} = (1 - η_{m, n o m}) D Δ p_{n o m} .$
τ ₀ является заданным значением параметра No-load torque.
_Имя ω является заданным значением параметра Nominal shaft angular velocity.
_Имя Δp является заданным значением параметра Nominal pressure drop. Это - перепад давления, при котором задан номинальный объемный КПД.

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.
η _{v, Имя} является заданным значением параметров блоков Volumetric efficiency at nominal conditions. Это - объемный КПД, соответствующий заданным номинальным условиям.

Сведенные в таблицу КПД

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, уровень утечек

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

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

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

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.
_Порог D 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–D область через параметры блоков Volumetric efficiency table. При работе в моторном режиме (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ–D 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–D 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–D область через параметры блоков Mechanical efficiency table. При работе в моторном режиме (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ–D 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–D график):

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

Сведенные в таблицу потери

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization 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.

Input efficiencies

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, расчет расхода утечки и момента трения кручения идентичен Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies установка. Объемные и механические интерполяционные таблицы КПД заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты EV и EM.

КПД являются положительными количествами со значением между 0 и 1. Входные значения за пределами этих границ установлены равные связанному самому близкому (0 для входных параметров, меньших, чем 0, 1 для входных параметров, больше, чем 1). Другими словами, сигналы КПД насыщаются в 0 и 1.

Введите потери

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, расчет расхода утечки и момента трения кручения идентичен Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies установка. Объемные и механические интерполяционные таблицы потерь заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты LV и LM.

Блок игнорирует знак входа. Блок устанавливает знаки автоматически от условий работы, установленных в процессе моделирования — более точно от Δp –ɷ квадрант, в котором компонент, оказывается, действует.

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

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical 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

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`LV` — Объемные потери, м^3/c
физический сигнал

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

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical losses.

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

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

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical losses.

Сохранение

развернуть все

`A` — Входное отверстие мотора
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения сопоставлен с моторным входом.

`B` — Выходное отверстие мотора
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения сопоставлен с моторным выходом.

`C` — Моторный случай
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным случаем.

`R` — Вал двигателя
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с вращательным валом двигателя.

Параметры

развернуть все

`Leakage and friction parameterization` — Параметризация уровня утечек и момента трения
`Analytical` (значение 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`

Метод, чтобы вычислить потери скорости потока и крутящего момента из-за внутренних утечек и трения. Когда вы выбираете Analytical, параметры блоков общедоступны из таблиц данных компонента. Когда вы выбираете Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies или Tabulated data - volumetric and mechanical losses, блок использует интерполяционные таблицы, чтобы сопоставить перепад давления, скорость вращения и смещение к КПД или потерям компонента.

Когда вы выбираете Input signal - volumetric and mechanical efficiencies или Input signal - volumetric and mechanical losses, блок выполняет расчет расхода утечки и момента трения кручения то же самое как Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies или Tabulated data - volumetric and mechanical losses настройки, соответственно, и блок включают порты физического сигнала, EV и EM. Вы используете эти порты, чтобы задать объемный и механический КПД.

`Displacement` — Объем жидкости перемещен на вращение вала
30 `cm^3/rev` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Объем жидкости перемещен на вращение вала. Блок обеспечивает это значение в течение симуляции.

`Nominal shaft angular velocity` — Угловая скорость вала для данного объемного КПД
188 `rpm` (значение по умолчанию) | скаляр

Угловая скорость вращения вала, которая соответствует данному объемному КПД. Эти значения обычно доступны в стандартных условиях работы в таблице данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить уровень утечек и момент трения.