Fixed-Displacement Motor (TL)

Гидромотор постоянного рабочего объема в сети теплопроводной жидкости.

fixed displacement motor tl

Описание

Блок Fixed-Displacement Motor (TL) представляет собой устройство, которое получает энергию от сети теплопроводной жидкости и передает ее в механическую вращательную систему. Рабочий объем гидромотора фиксируется на постоянном значении, которое задается с помощью параметра Displacement.

Порты A и B представляют входные отверстия гидромотора. Порты R и C представляют приводной вал и корпус гидромотора. Поток жидкости может иметь направление от порта A к порту B (прямой режим) или от порта B к порту A (обратный режим). Работа в режиме гидромотора происходит при падении давления в направлении потока. Режим работы насоса реализуется при увеличении давления в направлении потока.

Режимы работы

fixed displacement motor il 1

Блок имеет четыре режима работы. Режим работы зависит от перепада давления от порта A к порту B и угловой скорости :

Режим 1, прямой режим гидромотора: поток из порта A в порт B вызывает снижение давления от порта A до порта B и положительную угловую скорость вала.
Режим 2, обратный режим насоса: отрицательная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта B к порту A и поток от порта B к порту A.
Режим 3, обратный режим гидромотора: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от порта B к порту A и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 4, прямой режим насоса: положительная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта A до порта B и поток от порта A к порту B.

Постоянная времени гидромотора считается незначительной по сравнению с постоянной времени системы. Предполагается, что гидромотор достигает устойчивого состояния почти мгновенно и рассматривается как квазистационарный компонент.

Сохранение энергии

Механическая работа, выполняемая гидромотором, связана с обменом энергии. Уравнение сохранения энергии имеет вид:

где

и — потоки энергии в портах A и B соответственно;
— гидравлическая мощность гидромотора. Она является функцией разницы давления между портами гидромотора: .

Механическая мощность гидромотора определяется из крутящего момента и угловой скорости :

Расход и крутящий момент

Массовый расход гидромотора составляет:

где

— фактический массовый расход;
— идеальный массовый расход;
— массовый расход внутренней утечки.

Крутящий момент гидромотора составляет:

где

— фактический крутящий момент;
— идеальный крутящий момент;
— момент трения.

Идеальный расход и идеальный крутящий момент вычисляются как

где

— среднее значение плотности жидкости в портах теплопроводной жидкости A и B;
— значение параметра Displacement;
— угловая скорость вращения вала;
— падение давления от входа к выходу.

Аналитическая параметризация утечки и момента трения

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Analytical, то блок рассчитывает утечку и момент трения на основе номинальных значений скорости вращения вала, перепада давления механического и объемного КПД. Расход утечки, который зависит от перепада давления на гидромоторе, рассчитывается как:

где

;
— средняя плотность жидкости в портах;
— коэффициент Хагена-Пуазейля для расчета аналитических потерь:

где
- — значение параметра Displacement;
- — значение параметра Nominal shaft angular velocity;
- — значение параметра Volumetric efficiency at nominal conditions;
- — значение параметра Nominal pressure drop.

Момент трения, который зависит от угловой скорости вала, рассчитывается как:

где

— значение параметра No-load torque;
— коэффициент зависимости момента трения от давления при номинальном рабочем объеме, который определяется по значению параметра Mechanical efficiency at nominal conditions, :

где — момент трения в номинальных условиях:
— перепад давления между портами A и B;
— угловая скорость вала, или .

Табличные данные для параметризации

При использовании табличных данных для КПД или потерь гидромотора можно предоставить данные для одного или нескольких режимов работы. Знаки табличных данных определяют режим работы блока. Если данные предоставлены менее чем для четырех режимов работы, то блок рассчитывает дополнительные данные для другого режима (режимов), расширяя заданные данные в оставшиеся квадранты.

Табличные данные — параметризация объемного и механического КПД

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, то блок выполняет параметризацию по табличным данным для объемного и механического КПД.

Расход утечки составляет:

а момент трения составляет:

где

— численный параметр сглаживания для переходного режима от гидромотора к насосу;
— расход утечки в режиме насоса;
— расход утечки в режиме гидромотора;
— момент трения в режиме насоса;
— момент трения в режиме гидромотора.

Параметр сглаживания задается гиперболической функцией

где

— значение параметра Pressure drop threshold for motor-pump transition;
— значение параметра Angular velocity threshold for motor-pump transition.

Объемный расход рассчитывается на основе объемного КПД — величины, которая задается в табличной форме в области с помощью параметра блока Volumetric efficiency table, e_v(dp,w).

При работе в режиме гидромотора расход утечки составляет:

где — объемный КПД, полученный либо путем интерполяции или экстраполяции табличных данных.

Аналогично, при работе в режиме насоса расход утечки составляет:

Момент трения аналогичным образом рассчитывается из механического КПД — величины, которая задается в табличной форме в области с помощью параметра блока Mechanical efficiency table, e_m(dp,w).

При работе в режиме гидромотора момент трения составляет:

где — механический КПД, полученный путем интерполяции или экстраполяции табличных данных.

Аналогично, при работе в режиме насоса момент трения составляет:

Табличные данные — параметризация объемных и механических потерь

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Tabulated data - volumetric and mechanical loss, то объемный расход утечки задается непосредственно в табличной форме в области :

Массовый расход утечки рассчитывается из объемного расхода:

Момент трения равен:

где и — объемные и механические потери, полученные путем интерполяции или экстраполяции табличных данных, заданных в параметрах Volumetric loss table, q_loss(dp,w) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w).

Параметризация через входной сигнал

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, то включены порты EV и EM. Внутренняя утечка и трение вала рассчитываются так же, как и при параметризации Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, за исключением того, что значения КПД и поступают непосредственно на порты EV и EM соответственно.

КПД — это положительные величины со значением между 0 и 1. Значения входных сигналов за пределами этих границ устанавливаются равными ближайшей границе (0 для входов меньше 0 и 1 для входов больше 1). Объемный и механический КПД варьируются между заданными пользователем минимальным и максимальным значениями. Любые значения ниже или выше этого диапазона будут принимать минимальное и максимальное заданные значения соответственно.

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Input signal - volumetric and mechanical losses, то включены порты LV и LM. На эти порты поступают значения потока утечки и момента трения в виде положительных скаляров.

Допущения и ограничения

Гидромотор рассматривается как квазистационарный компонент.
Эффекты инерции жидкости и перепады высоты игнорируются.
Стенки гидромотора считаются жесткими.
Внешние утечки игнорируются.

Порты

Ненаправленные

# R — механический порт
вращательная механика

Details

Угловая скорость вращения и крутящий момент вала.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — механический порт
вращательная механика

Details

Угловая скорость и крутящий момент корпуса.

Имя для программного использования

case_flange

# A — порт теплопроводной жидкости
теплопроводная жидкость

Details

Порт входа или выхода жидкости в гидромоторе.

Имя для программного использования

port_a

# B — порт теплопроводной жидкости
теплопроводная жидкость

Details

Порт входа или выхода жидкости в гидромоторе.

Имя для программного использования

port_b

Вход

# EV — объемный КПД
скаляр

Details

Объемный КПД, заданный в виде скаляра. Значение должно находиться в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical loss table, torque_loss(dp,w) значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# EM — механический КПД
скаляр

Details

Механический КПД гидромотора, заданный в виде скаляра. Значение должно находиться в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# LV — объемный расход утечки
скаляр

Details

Потери гидромотора, в м³/с, заданные в виде скаляра.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical loss table, torque_loss(dp,w) значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# LM — момент трения
скаляр

Details

Механические потери гидромотора, в Н⋅м, заданные в виде скаляра.

Зависимости

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Parameters

# Leakage and friction parameterization — метод расчета расхода утечки и момента трения
Analytical | Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies | Tabulated data - volumetric and mechanical losses | Input signal - volumetric and mechanical efficiencies | Input signal - volumetric and mechanical losses

Details

Параметризация характеристик утечки и трения гидромотора.

Analytical — расход утечки и момент трения рассчитываются по аналитическим уравнениям.
Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies — объемный и механический КПД рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure drop vector, dp и Shaft angular velocity vector, w и интерполируются на основе соответствующих двумерных таблиц Volumetric efficiency table, e_v(dp,w) и Mechanical efficiency table, e_m(dp,w).
Tabulated data - volumetric and mechanical loss — расход утечки и момент трения рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure drop vector, dp и Shaft angular velocity vector, w и интерполируются на основе соответствующих двумерных таблиц Volumetric loss table, q_loss(dp,w) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w).
Input signal - volumetric and mechanical efficiencies — объемный и механический КПД поступают в виде сигналов на порты EV и EM соответственно.
Input signal - volumetric and mechanical loss — расход утечки и момент трения поступают в виде сигналов на порты LV и LM соответственно.

Значения	`Analytical` \| `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies` \| `Tabulated data - volumetric and mechanical losses` \| `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies` \| `Input signal - volumetric and mechanical losses`
Значение по умолчанию	`Analytical`
Имя для программного использования	`leakage_and_friction_parameterization`

Details

Объем вытесненной жидкости при повороте вала на определенный угол. Блок сохраняет это значение на протяжении всей симуляции.

Значения	`l/rad` \| `l/rev` \| `gal/rad` \| `gal/rev` \| `igal/rad` \| `m^3/deg` \| `m^3/rad` \| `m^3/rev` \| `cm^3/rad` \| `cm^3/rev` \| `mm^3/rad` \| `km^3/rad` \| `ft^3/rad` \| `in^3/deg` \| `in^3/rad` \| `in^3/rev` \| `Nm/Pa/rad` \| `Nm/bar/rad` \| `lbf*ft/psi/rad`
Значение по умолчанию	`30.0 cm^3/rev`
Имя для программного использования	`displacement`

# Nominal shaft angular velocity — номинальная угловая скорость вала
rpm | deg/s | rad/s

Details

Угловая скорость вращающегося вала, соответствующая заданному объемному КПД. Это значение при стандартных условиях эксплуатации обычно приводятся в спецификации производителя. Блок использует этот параметр для расчета расхода утечек и крутящего момента трения.

Зависимости