Модель

Протестируйте описание буровой установки

Насос моделируется подсистемой Насоса Осевого Поршня. Движущая сила, вращающая насос, представлена источником скорости вращения. Потребление насоса соединяется с выходом низкого бустерного насоса давления 0,5 МПа. Выход насоса проходит через трубопровод, блок управления и отверстие переменного сечения, которое действует как загрузка. Чтобы протестировать ответ блока управления на переменную загрузку, площадь постоянного отверстия загрузки изменяется в процессе моделирования через блок Signal Builder.

Блок управления моделируется подсистемой Единицы Давления/Управления потоками. Обнаруживающая загрузку функция управления насосом использует отверстие, установленное на выходном пути к потоку насоса. Блок управления сохраняет перепад давления через это отверстие постоянным независимо от загрузки насоса путем корректировки смещения хомута, которое влияет на угол наклона наклонного диска насоса. Это помогает обеспечить желаемое скорость потока жидкости через отверстие, а также препятствовать тому, чтобы давление насоса превысило предварительно установленное значение.

Тестовые основные параметры буровой установки:

Pump maximum displacement                        7.8877e-6 m^3/rad
Cylinder block pitch radius                      0.04 m
Piston diameter                                  0.015 m
Number of pistons                                5
Maximum piston stroke                            0.06 m
Swash plate maximum angle                        35 deg (0.6109 rad)
Arm length between the control actuator
  and the swash plate pivoting point             0.055 m
Swash plate control actuator stroke              0.04 m
Diameter of the orifice at the bottom
  of the piston chamber                          0.007 m
Pump maximum rated speed                         2500 RPM
Maximum pressure                                 27 MPa
Rated flow rate                                  1.1e-3 m^3/s

Подсистема насоса осевого поршня

Насос под следствием имеет пять поршней. Его схематическое показывают ниже:

Рисунок 1: схематичный насос Осевого Поршня

где

Эти пять поршней моделируются в подсистеме Насоса Осевого Поршня:

Поршни идентичны и моделируются в их собственных идентичных подсистемах. Они все соединяются со следующими портами модели насоса:

Смещение хомута ограничивается жестким упором.

Поршневая подсистема

Поршневая модель состоит из блока Single-Acting Actuator (IL), соединенного механически с карданным валом через блок Swash Plate. Поршень также гидравлически соединяется с портами А и B через два Отверстия Пластины Клапана (IL) блоки. Порты А и B представляют потребление насоса и выходные отверстия, соответственно.

Поршень впитывает жидкость во время своей черты вверх и удаляет жидкость во время ее движения вниз. Два Отверстия Пластины Клапана (IL), блоки моделируют взаимодействие между фиксированным отверстием в нижней части поршневой камеры и двумя канавками, имеющими форму полумесяца на пластине клапана так, чтобы поршень был соединен с портом А во время своей черты вверх и портом B во время его движения вниз.

Следующий график показывает площади потока, сформированные взаимодействием между поршнем и двумя канавками, имеющими форму полумесяца на пластине клапана. Когда блок двигателя вращается, слайды отверстия поршневой камеры по канавке, чтобы открыть площадь потока и затем соскальзывает с канавки, чтобы закрыть площадь потока. Две канавки разделяются углом фазы 180 градусов так, чтобы оголовок поршня скользил по канавке, соединенной с потреблением (A) во время черты вверх и слайдов по канавке, соединенной с выбросом (B) во время движения вниз. Это приводит к альтернативно открытым площадям потока как показано в первом подграфике.

Поршни распространены равномерно вдоль круга тангажа блока двигателя, как показано в рисунке 1. Это делает угол между поршнями 360/5 = 72 градуса. Поэтому углы фазы Отверстия Пластины Клапана (IL) блоки каждого поршня возмещены от предыдущего поршня 72 градусами. Это приводит к равномерно распределенным и перекрывающимся открытым площадям потока для канавки потребления как показано во втором подграфике.

Наклон наклонного диска - то, что производит перемещение поршня, когда блок двигателя вращается. Блок Swash Plate соединяется с гидроприводом одностороннего действия (IL), чтобы привести в движение тот поршень. Подобно Отверстию Пластины Клапана (IL) блокируются, угол фазы блока Swash Plate каждого поршня возмещен от предыдущего поршня 72 градусами.

Больший угол наклона диска приводит к большему перемещению поршня, которое производит больший объем потока. Ход поршня должен быть достаточно длинным, чтобы позволить поршню перемещаться даже в максимальном угле наклона диска:

где m является радиусом тангажа, и градус является максимальным углом наклона диска. Это означает, что ход поршня должен быть больше 0,056 м и таким образом установлен в 0,06 м.

Поршневые исходные положения должны быть равны половине диапазона, если угол наклона диска является нулем. Это возмещено от половины диапазона в зависимости от угла фазы поршня, если начальный угол наклона диска является ненулевым. Начальный угол наклона диска зависит от начального положения привода управления. Поэтому исходное положение каждого поршня

где исходное положение привода управления наклонным диском, является рычагом привода управления наклонным диском и является углом фазы поршня в блоке двигателя. Это вычисление реализовано во вкладке Initialization маски подсистемы Насоса Осевого Поршня.

Подсистема Единицы Давления/Управления потоками

Цель блока управления состоит в том, чтобы реализовать две функции: загрузите ограничение обнаружения и давления. Обнаружение загрузки реализовано путем поддержания перепада давления набора через отверстие управления потоками. Отверстие управления потоками установлено в выходном потоке насоса. Следующий рисунок показывает схематический из блока управления, где порты А и B соединяются последовательно с выходом насоса.

Рисунок 2: Схематичная Единица давления/Управления потоками

Давление до и после отверстия управления потоками действует на поверхности стороны распределительного клапана с 3 путями и переключает золотник клапана пропорционально к перепаду давлений и установке двух сосредотачивающихся пружин. Связи клапана выбраны таким образом, что увеличение перепада давления через отверстие управления потоками открывает путь к распределительному клапану P-A и закрывает путь A-T. Привод управления располагается как дифференциал одно стержня гидравлический цилиндр со стержнем, соединенным с хомутом наклонного диска. Перемещение насоса увеличено, если стержень перемещается в положительное направление, показанное в схематическом. Из-за различия в площадях базового поршня двух сторон цилиндра, смещение увеличено, если обе полости цилиндра соединены ot насос и уменьшены, если емкость без стержня соединяется с баком. В результате увеличение перепада давления через отверстие управления потоками заставляет насос уменьшать свое смещение, пока это не возвращается к предварительно установленному значению.

Ограничивающая давление функция препятствует тому, чтобы давление выхода насоса превысило предварительно установленное значение. Это реализовано с регулятором давления и закрепленным отверстием на линии давления в нисходящем направлении отверстия управления потоками. Регулятор давления установлен в желаемое максимальное значение. Когда сборки давления насоса до этого значения, регулятор давления открывается, чтобы понизить давление и заставляет распределительный клапан увеличивать путь путь к уменьшению P-A A-T. Это переключает привод управления, чтобы уменьшить его смещение, пока давление не возвращается к предварительно установленному значению.

Модель блока управления показывают ниже:

Привод управления моделируется с блоком Double-Acting Actuator (IL). Отверстие управления потоками моделируется с блоком Spool Orifice (IL) с опцией геометрии прямоугольного отверстия. Площадь открытия этого отверстия выбрана, чтобы дать желаемый уровень номинального расхода 1.1e-3 м^3/c для обнаруживающей загрузку функции.

Комбинация блока Directional Valve (IL) С 3 путями и блока Pilot Valve Actuator (IL) представляет распределительный клапан в схематическом в рисунке 2. X и Y портов экспериментального клапана обнаруживают давление, действующее на две стороны распределительного клапана, и регулируют положение золотника блока Directional Valve (IL) С 3 путями. Сосредотачивающиеся пружины в блоке Pilot Valve Actuator (IL) возвращают золотник в нейтральное положение. Путь A-T блока Directional Valve (IL) С 3 путями установлен, чтобы быть полуоткрытым в нейтральном положении, чтобы обеспечить насос, чтобы увеличить его смещение в начале операции. Другие параметры, такие как пружинная жесткость, диапазон клапана, площади постоянного отверстия клапана, и т.д., настраиваются в модели для точности и устойчивости.

Перепад давления набора в регуляторе давления установлен в 25 МПа. Поскольку обнаруживающая загрузку функция обеспечивает перепад давлений на примерно 2 МПа через отверстие управления потоками, это заставляет ограничивающую давление функцию поддерживать максимальное давление 27 МПа в порте А блока управления.

Протестируйте операцию буровой установки

Загрузка тестовой буровой установки представлена блоком Spool Orifice (IL). Симуляция состоит из шести различных условий загрузки, достигнутых, меняя положение золотника отверстия загрузки к 2 мм, 5 мм, 7 мм, 3 мм, 1 мм и 4 мм. Привод управления первоначально увеличивает перемещение насоса, чтобы создать давление. Процесс обосновывается приблизительно в 0,35 с после того, как перепад давлений через отверстие управления потоками становится близко к 2 МПа, и уровень номинального расхода 1.1e-3 м^3/c достигается.

Во время следующих трех условий загрузки блок управления обеспечивает ту же производительность насоса несмотря на различное открытие отверстия загрузки.

В 1 с отверстие загрузки почти закрывается, заставляя давление насоса повыситься. Ограничивающая давление функция становится доминирующей, когда давление достигает 27 МПа. Блок управления возвращается к обнаруживающему загрузку режиму после того, как давление упадет ниже 27 МПа.

Результаты симуляции от осциллографов

Результаты симуляции от Simscape Logging

Этот график показывает скорость потока жидкости в насосе осевого поршня. Циклическая природа перемещения поршня видна в скорости потока жидкости в каждом поршне. Отрицательный фрагмент поршневого цикла скорости потока жидкости соответствует жидкости, чертившей в через пластину клапана A, и положительный фрагмент поршневого цикла скорости потока жидкости соответствует жидкости, удаляемой через пластину клапана B. Совместное воздействие этих пяти поршней приводит к полному поведению насоса, который производит положительную скорость потока жидкости приблизительно 1.1e-3 м^3/c через отверстие загрузки.

Этот график показывает обнаруживающее загрузку и ограничивающее давление управление. Насос обеспечивает свой уровень номинального расхода 1.1e-3 м^3/c, как раз когда загрузка варьируется. Однако когда давление выхода насоса повышается до своего максимального расчетного давления 27 МПа, ограничивающее давление управление уменьшает положение хомута, и скорость потока жидкости опускается ниже ее уровня номинального расхода.