Переменное отверстие между поршнем и распределительным диском
Насосы и двигатели
Распределительный диск является ключевым элементом аксиально-поршневых машин. Его цель - обеспечить связь между поршнями и портами насоса во время вращения ротора или блока цилиндров. Распределительный диск оборудован двумя слотами, имеющими форму полумесяца, один из которых соединяется с портом всасывания, другой соединен с выходным отверстием. Поршни перемещаются вдоль прорезей распределительного диска, таким образом, периодически соединяя поршневые полости с входным или выходным отверстиями машины.
Предыдущий рисунок показывает аксиально-поршневую с пятью поршнями, где:
Распределительный диск
Ротор
Поршень
Ведущий вал
Наклонный диск
Во время вращения ротора каждый поршень соединяется с одним из пазов портирования. Эти поршневые связи, смоделированные как отверстия переменного сечения, отражаются в схематической модели поршня, показанного на следующем рисунке.
Блок Porting Plate Variable Orifice является моделью отверстия переменного сечения, созданного между поршневой камерой и пазом на распределительном диске. Два блока Porting Plate Variable Orifice необходимы в модели поршня, чтобы симулировать связь с входным и выходным отверстием, соответственно.
Схема вычисления площади переменногоотверстия распределительного диска показана на следующем рисунке.
В модели принимается, что паз смещен углом переноса давления ψ от контрольной точки в направлении вращения отверстия. Обычно r / R ≤ ψ ≤ 3 · r / R , где r является радиусом отверстия и R, является радиусом разноски поршней. Маленький переходный паз треугольной формы помещается в начале большего паза, чтобы избежать внезапного скачка давления. Чтобы избежать непосредственного соединения зон всасывания и нагнетания, угол перехода паза, θ должен быть меньше ψ – r / R . Площадь переходного паза принята, чтобы быть линейно зависимой от угла поворота и охарактеризована его максимальной площадью. Существует шесть отличительных углов, задающих отношение между углом поворота γ и открытием отверстия, как перечислено в следующей таблице.
| Нет | Номенклатура | Значение | Описание |
|---|---|---|---|
| 1 | γ1 | ψ – θ – r / R | Открытие переходного паза запускается. |
| 2 | γ2 | ψ – r / R | Открытие большего паза запускается. Отверстие связывается с переходным пазом. |
| 3 | γ3 | ψ + r / R | Больший паз полное открытие запускается. |
| 4 | γ4 | ψ + r / R + 0.01 | Концы переходного паза. |
| 5 | γ5 | π – 2 · r / R | Больший паз полные вводные концы. |
| 6 | γ6 | π | Концы открытия большего паза. |
Отверстие переменного сечения полностью открыто в α 0 областей
ψ + r / R ≤ γ ≤ π – 2 · r / R
где γ является углом поворота.
Площадь отверстия вычисляется следующими уравнениями:
где
| A | Площадь постоянного отверстия |
| TR A | Максимальная площадь переходного паза |
| Утечка A | Закрытая область утечки отверстия |
После того, как область была определена, скорость потока жидкости через отверстие вычисляется следующими уравнениями:
где
| q | Скорость потока жидкости |
| p | Перепад давления |
| p A, p B | Абсолютные давления в распределительных коробках |
| CD | Коэффициент расхода потока |
| D H | Гидравлический диаметр отверстия |
| ρ | Плотность жидкости |
| ν | Жидкая кинематическая вязкость |
| p cr | Минимальное давление турбулентного течения |
| Re cr | Критическое число Рейнольдса |
Модель блока Porting Plate Variable Orifice является по существу базовым блоком, предназначенным для использования в различных поршневых машинах. Модель составляет режим течения путем вычисления числа Рейнольдса и сравнения его с его критическим значением. Никакие инерционные эффекты не рассматриваются в модели.
Связи A и B являются гидравлическими портами, сопоставленными с входом и выходом отверстия. Связь G является портом физического сигнала, сопоставленным с входным сигналом для угла блока двигателя. Входной сигнал в порте G обработан как угол в радианах, поэтому важно, чтобы входной сигнал, представляющий угловое смещение, остался в рамках диапазона от 0 до 2π. Порт Connect G к выходному порту блока Angle Sensor, чтобы удовлетворить это требование.
Скорость потока жидкости рассматривается положительной, если она течет от А к B. В исходном положении отверстие принято смещенным на угол передачи давления из паза. Когда блок вращается в положительном направлении, отверстие начинает открываться. Чтобы настроить начальное положение отверстия относительно паза, используйте параметр Phase angle.
Модель рассчитывает вязкое трение в контакте поршень - диск.
Никакие инерционные эффекты не рассматриваются.
Угловые смещения диска принимаются малыми.
Соединение между поршнем и пластиной постоянно обеспечивает контакт поршня с диском.
Радиус круга тангажа, где поршни расположены. Параметр должен быть больше нуля. Значением по умолчанию является 0.05 m.
Диаметр отверстия в нижней части поршневой камеры. Параметр должен быть больше нуля. Значением по умолчанию является 0.005 m.
Угол, введенный между пазом и отверстием, чтобы избежать резкого скачка давления и уменьшения перетечек. Этим углом является отмеченный ψ в расчетной схеме выше. Углом, как ожидают, будет в области значений r / R ≤ ψ ≤ 3 · r / R
, где r является радиусом отверстия и R, является радиусом разноски поршней. Значением по умолчанию является 0.06 рад.
Это наборы параметров начальное угловое положение отверстия относительно паза. Значение по умолчанию 0, что означает, что отверстие смещено на угол передачи давления из паза.
Угол, охватывающий небольшой переходный паз треугольной формы помещенный перед большим пазом, чтобы избежать внезапного скачка давления, как показано в расчетной схеме выше. Чтобы избежать непосредственного соединения зон всасывания и нагнетания, угол перехода паза, θ должен быть меньше ψ – r / R
. Значением по умолчанию является 0.01 рад.
Максимальная площадь поперечного сечения переходного паза. Площадь паза принимается линейно зависящей от угла поворота и достигает своего максимума, когда отверстие приближается к большему пазу. Значением по умолчанию является 1e-6 m.
Полуэмпирический параметр для емкостной характеристики отверстия. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия, и обычно указывается в табличных данных производителя или учебниках. Значением по умолчанию является 0.6.
Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Переход от ламинарного к турбулентному режиму принят, чтобы произойти, когда число Рейнольдса достигает этого значения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Можно найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках по гидравлике. Значением по умолчанию является 12, который соответствует круглому отверстию в тонком материале с резким краем.
Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии. Основная цель параметра состоит в том, чтобы обеспечить вычислительную целостность схемы путем препятствования фрагменту системы то, чтобы быть изолированным после того, как клапан будет полностью закрыт. Значение параметров должно быть больше 0. Значением по умолчанию является 1e-9 м^2.
Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:
Fluid density
Fluid kinematic viscosity
Используйте блок Hydraulic Fluid или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы определить свойства жидкости.
Блок имеет следующие порты:
AГидравлический порт сопоставлен с входом отверстия.
BГидравлический порт сопоставлен с выходом отверстия.
GВходной порт физического сигнала, который передает угловое положение отверстия с блоком. Сигнал применился к порту, обработан как угол, в радианах, и должен быть в области значений между 0 и 2π.
Гидравлический Насос Осевого Поршня с Обнаруживающим Загрузку и Ограничивающим Давление примером Управления моделирует тестовую буровую установку, спроектированную, чтобы исследовать взаимодействие между насосом осевого поршня и типичным блоком управления, одновременно выполняя обнаруживающие загрузку и ограничивающие давление функции. Чтобы гарантировать требуемую точность, модель насоса должна составлять такие функции как взаимодействие между поршнями, наклонным диском и распределительным диском, который заставляет создавать подробную модель насоса.