Точное измерение давления – решающий фактор при разработке электрических масляных насосов
Человечество пытается сократить глобальный урон экологи из-за вредных выбросов в атмосферу. OEM-производители все чаще обращаются к электрификации, чтобы сократить потребление топлива и выбросы парниковых газов в атмосферу. Люди все чаще выбирают гибридные электромобили, питание которых обеспечивает компактный двигатель.
Но проблема двигателей уменьшенных размеров состоит в том, что вспомогательные системы с пониженным энергопотреблением значительно ухудшают управляемость и производительность. К счастью, эти сопутствующие потери можно сократить, заменив традиционные механические компоненты на блоки с электроприводом. Вот почему насосы с электрическим приводом быстро нашли свою нишу в серийное производство; особенно масляные и водяные.
Несмотря на очевидность преимуществ электрификации, технически ее сложно осуществить, в частности в случае с масляным насосом. Инженеры стремятся настроить циркуляцию масла не только при определенной скорости потока и давлении, но и в разумном соответствии с требованиями по двигателя.
Чтобы оптимизировать производительность, важно свести к минимуму потери на трение и накачку. Для этого нужно тщательно контролировать поступление масла в разные части системы, постоянно обеспечивая правильное давление.
Моделирование основано на точной информации о давлении масла и скорости потока в испытательном стенде Масляный насос с электрическим приводом состоит из трех подсистем: насоса, двигателя и электронного контроллера.
Поэтому основной задачей любой новой разработки является эффективная интеграция этих модулей ― чтобы уменьшить общий размер и вес, а также количество компонентов при одновременной оптимизации производительности. Основная функция масляного насоса ― подача определенного количества масла при оптимальном давлении. По этой причине его конструкция, основанная на цикличных процессах, начинается с "насосных механизмов". В большинстве случаев насос должен обеспечивать давление, превышающее 1-2 бар, часто до 10 бар.
Как и в большинстве разработок двигателей, для ускорения проектирования используется комбинация моделирования и реальных испытаний.
Цикл проектирования начинается с предварительной оценки объемной эффективности на основе экспериментальных результатов, собранных на аналогичных насосах и применениях. К ним относятся скорость насоса, температура масла, давление и расход.
Важно использовать для оценки точную информацию, поэтому сбор данных должен производить с применением высоконадежного, точного измерительного оборудования, которое сможет предоставить точные результаты в экстремальных условиях, возникающих в двигателе и вокруг него.
Для обеспечения точности и повторяемости важно измерять давление датчиками самого высокого качества. Они должны не только обеспечивать надежные показания в широком диапазоне давлений и температур, но и быть устойчивыми к воздействию вибрации.
На протяжении многих лет STS разрабатывает датчики давления, которые отвечают требованиям OEM-производителей и специализированных разработчиков двигателей.
Разработка электрического масляного насоса, который превосходит механические модели
На основе информации о требованиях к гидравлике при различных скоростях потока, давлениях подачи и температуре масла создается предварительный проект механизма. С помощью программы Matlab Simulink информация о поведении физической системы может быть рационализирована в одномерный код.
На этом этапе важно отметить, что для создания требуемого потока при указанном давлении должна быть выбрана скорость вращения, которая облегчает наилучшую компоновку двигателя и насоса, не создавая проблем с кавитацией или шумом: типичный диапазон скорости для непрерывной работы обычно между 1500 и 3500 об / мин. На следующем шаге можно создать несколько проектов с помощью LMS Imagine. Программное обеспечение Lab Amesim оптимизирует параметры конструкции, например, число зубьев и эксцентриситет, одновременно удовлетворяя всем граничным условиям давления, расхода и температуры.
После проработки геометрических особенностей и создания промежуточной конструкции дорабатывается общий крутящий момент для привода насоса в критических рабочих точках, который можно рассчитать следующим образом:
MH + MCL + Mμ
- MH – гидравлический крутящий момент для генерирования требуемого давления и расхода
- MCL – кулоновский вклад, возникающий при наличии сухих или смазанных контактов между скользящими частями
- Mμ – вязкий вклад из-за движения жидкости внутри зазоров.
По завершении проектирования создаются инженерные прототипы для реальной оценки на испытательном стенде двигателя.
Еще раз измеряют давление масла, скорость потока и температуру при различных скоростях двигателя и насоса, чтобы подтвердить результаты, полученные с помощью моделирования. Если результаты соответствуют спецификациям, программа разработки завершается и проект переходит в фазу индустриализации.
Для обеспечения оптимальной производительности и долговечности все измерения должны быть точно записаны. Но важность данных датчика давления, возможно, перевешивает остальные ― недостаточное давление в любой точке может привести к катастрофическому отказу, в то время как избыточное давление ведет к потерям энергии и проблемам с сальниками