Устройство преобразования механической энергии в гидравлическую
Simscape / Жидкости / Гидравлика (Изотермическая) / Насосы и Двигатели
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.
Модель насоса вычисляет потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и находится 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 Simulink® варианты, 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.
Объемный расход, генерируемый насосом
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
где:
τ является сетевым ведущим крутящим моментом.
Идеал τ является идеальным ведущим крутящим моментом.
Трение τ является моментом трения.
Идеальный объемный расход
и идеальный приводной крутящий момент
где:
D является заданным значением параметров блоков Displacement.
ω является мгновенной угловой скоростью вращения вала.
Δp является мгновенным перепадом давления от входа до выхода.
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
и момент трения
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
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
и момент трения
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
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
в режиме насоса и посредством уравнения
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
в режиме насоса и посредством уравнения
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
Analytical or tabulated data и параметр Leakage and friction parameterization устанавливается на Tabulated data — volumetric and mechanical losses, уравнение уровня утечек
и уравнение момента трения
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.
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.
Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузки на валу мотора от инерции, трения и сил упругости незначительны.
Fixed-Displacement Motor | Variable-Displacement Pump | Variable-Displacement Motor | Fixed-Displacement Pump (TL) | Fixed-Displacement Motor (TL)