Oops! Something went wrong while submitting the form.
Моделирование смесителя сыпучих материалов с помощью Altair EDEM, MotionSolve, PSIM и Activate
Смешивание сыпучих материалов часто используется в многих отраслях промышленности. Использование непрерывного перемешивания по сравнению с дискретным более популярно благодаря своей высокой эффективности. Обеспечение надежной работы смесительного оборудования непрерывного действия для сыпучих материалов является ключевым и важным фактором. Однако сложная динамическая нагрузка на электропривод смесителя и обеспечение бесперебойной работы в течение длительного периода времени достаточно трудоемкая задача. Традиционный подход к проектированию, который в значительной степени зависит от физического прототипирования, отнимает много времени и является дорогостоящим. Виртуальное прототипирование с помощью цифрового двойника позволяет инженерам разрабатывать продукцию с более высокой скоростью и с меньшими трудозатратами.
Рис.1. Моделирование цифрового двойника смесителя сыпучих материалов при помощи решений Altair EDEM, Altair Motion Solve, Altair PSIM и Altair Activate
Altair PSIM (подробнее) для моделирования системы силовой электроники, включая двигатель, инвертор, контур управления и другие электрические компоненты.
Цифровой двойник позволяет оценить сложное поведение системы, возникающее в результате взаимодействия электропривода и сил, создаваемых частицами сыпучего материала на валу, как показано на рисунке 2.
Рис.2. График отображающий динамическую нагрузку на вал смесителя, крутящий момент двигателя и частоту вращения вала
Настройка процесса моделирования состоит из пяти различных частей:
С помощью инструментов Altair CAD: Altair Inspire (подробнее) (или Altair Inspire Studio) создайте 3D-модель вала и корпуса смесителя (рис. 3). Сохраните каждую часть в виде файла *.STL.
Рис.3. CAD-модель вала и корпуса смесителя в Altair Inspire
Для моделирования процесса смешивания сыпучих материалов с помощью Altair EDEM:
Импортируем CAD-геометрию корпуса смесителя в Altair EDEM и зададим свойства материала.
В Simulator tab выберете Geometries > Add Geometry > Cylinder как показано на рис. 4.
Рис.4. Технические характеристики геометрии смесительной камеры в Altair EDEM
Используйте базу данных порошков для настройки сыпучих материалов, подлежащих обработке в смесителе непрерывного действия. В данном руководстве мы определим только один тип материала.
Создайте копию геометрии цилиндра с закрытыми концами, не забудьте присвоить ей виртуальный тип и добавить factory. Щелкните правой кнопкой мыши на factory, выберите изменить тип factory, чтобы изменить ее на static factory (статичное производство) (рис. 5).
В MotionView (препроцессора MotionSolve) пройдите следующие шаги для многотельной модели смесителя:
Укажите переменные величины приложенного крутящего момента, а также частоты вращения вала (рис. 6)
Рис. 6. Настройка переменных решателя в Altair MotionSolve
Извлеките частоту вращения вала смесителя, определив ее выражение как `WX({sys_Generic Continuous Mixer.Part_1.cm.idstring})`. Это будет включено в модель PSIM.
Импортируйте геометрию вала смесителя и настройте поворотное соединение (в разделе Add > Constraint (Добавить > Ограничение)) (рис. 7).
Рис. 7. Настройка кинематической модели в Altair MotionSolve
Присвойте валу крутящий момент, поступающий от модели PSIM, присвоив Tx значение Torque_out (в разделе Add > Force Entity (Добавить > Силу)), используя sv_3.VARVAL() (рис. 8).
Рис. 8. Задание крутящего момента
Сгруппируйте крутящий момент и частоту вращения в Control Input и SystemOutput соответственно. Они будут использоваться в качестве входных и выходных соединений в Altair Activate (подробнее).
Создайте сборку EDEM во вкладке Assembly (Сборка) (рис. 9).
Рис.9 Создание сборки EDEM в Altair MotionView
Импортируйте геометрию вала смесителя в EDEM через MotionView, включив сервер сопряжения (рис. 10).
Рис. 10 Подключение сервера для совместного моделирования Altair EDEM и Altair MotionSolve
Добавьте блоки PSIM и MotionSolve в разделе Palettes > Activate > CoSimulation и выберите соответствующие входные файлы (рис. 12).
Рис. 12. Настройка параметров моделирования в Altair PSIM и Altair MotionSolve в Altair Activate
Создайте целевой блок скорости и подключите его к входу rpm_ref для PSIM, затем подключите выход MotionSolve к оставшемуся входу (shaft_speed_in) блока PSIM (рис. 13)
Включите режим сопряжения (coupling mode) в EDEM (рис. 9).
Установите общее время моделирования в разделе Simulation Setup (Настройка моделирования) в Activate и нажать кнопку Start (рис. 14)
Задание времени моделирования в Altair Activate
Сопоставление временных шагов в EDEM - MotionView - Activate - PSIM обеспечит моделирование с высокой точностью, недостатком данного метода является увеличение времени обработки. Для ускорения процесса моделирования мы можем увеличить временной шаг, но это может повлиять на результаты. В таблице 1 приведены настройки временного шага для всех инструментов.
