Насос с фиксированным рабочим объемом (IL)

Насос фиксированного вытеснения в системе изотермической жидкости

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Насосы и двигатели

Описание

Блок насоса с фиксированным рабочим объемом (IL) моделирует насос с постоянным рабочим объемом. Текучая среда может перемещаться из порта A в порт B, называемый прямым режимом, или из порта B в порт A, называемый обратным режимом. Работа в режиме насоса происходит при увеличении давления в направлении потока. Работа в режиме двигателя происходит при падении давления в направлении потока.

Вращение вала соответствует знаку объема жидкости. Объемное перемещение жидкости соответствует вращению положительного вала в прямом режиме. Отрицательное перемещение жидкости соответствует отрицательной угловой скорости вала в прямом режиме.

Режимы работы

Блок имеет четыре режима работы. Рабочий режим зависит от коэффициента усиления давления от порта A к порту B, Δp = pB - pA и угловой скорости

Режим 1, прямой насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления из порта A в порт B и перетекание из порта A в порт B.
Режим 2, обратный двигатель: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от B к A и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 3, обратный насос: отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B к порту A и потока от B к A.
Режим 4, прямой двигатель: поток от порта A к B вызывает снижение давления от A к B и положительную угловую скорость вала.

Блок насоса имеет аналитические параметры, таблицу поиска и параметры физического сигнала. При использовании табличных данных или входного сигнала для параметризации можно выбрать характеристику работы насоса на основе эффективности или потерь.

Пороговые параметры Порог усиления давления для перехода насос-двигатель и Порог угловой скорости для перехода насос-двигатель определяют области, где может происходить численно сглаженный переход потока между режимами работы насоса. Для порогов давления и угловой скорости выберите переходную область, которая обеспечивает некоторый запас для переходного периода, но которая достаточно мала относительно типичного усиления давления насоса и угловой скорости, чтобы она не влияла на результаты расчета.

Аналитическая параметризация утечки и трения

Если параметризация утечки и трения задана как Analyticalблок вычисляет утечку и трение на основе постоянных значений скорости вала, усиления давления и крутящего момента трения. Расход потока утечки, который коррелирует с перепадом давления в насосе, рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{} m˙leak=KρavgΔp,$

где:

Δpnom равен pB - pA.
αavg - средняя плотность жидкости.
K - коэффициент Хагена-Пуазе для аналитических потерь,

$К \frac{=_{} Дном (_{1 -} λ v}{,_{ном}})$ Δпном,
где:
- D - смещение.
- startnom - номинальная угловая скорость вала.
- λ v_{, nom} - объемный КПД при номинальных условиях.
- Δpnom - номинальный коэффициент усиления давления.

Крутящий момент трения, связанный с перепадом давления в насосе, рассчитывается следующим образом:

$_{tifr} =_{(} ti0 + k 'Δp |) \frac{}{{танх}^{(}_{4ü 5 \times}}$ 10 − 5λ ном),

где:

δ0 - крутящий момент холостого хода.
k - коэффициент фрикционного момента в сравнении с коэффициентом усиления давления при номинальном смещении, который определяется по механическому КПД при номинальных условиях,

$k \frac{=_{thefr,}_{ном}}{-_{}}$ τ0Δpnom.
_{startfr, nom} - момент трения при номинальных условиях:

$_{startfr,} nom \frac{= (_{1 -}}{{λ m}_{,}} nomü m,_{nom})$ DΔpnom.
λ - относительная угловая скорость вала, или $_{startR} -_{}$ startC.

Параметры табулированных данных

При использовании табличных данных для эффективности или потерь насоса можно предоставить данные для одного или нескольких режимов работы насоса. Признаки табулированных данных определяют режим работы блока. Когда данные предоставляются для менее чем четырех режимов работы, блок вычисляет дополняющие данные для другого режима (режимов) путем расширения данных в оставшиеся квадранты.

Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация

Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{m˙leak=m˙leak,pump} \frac{(1}{+} {\overset{)}{α2}}_{} \frac{+m˙leak,motor}{} (1$ − α2),

где:

${\overset{}{}}_{m˙leak, насос} =_{} {\overset{}{(1−ηυ)}}_{}$ m˙ideal
${\overset{}{}}_{} m˙leak,motor= (_{} λ v - \overset{1}{}$ ) m˙

и λ v - объемная эффективность, которая интерполируется из предоставленных пользователем табулированных данных. Переходный член, α, является

$α = \frac{tanh (}{_{}} 4ΔpΔpthreshold) \frac{}{\tanh_{(}}$ пороговое значение 4

где:

Δp - pB - pA.
prthreshold - пороговое значение коэффициента усиления давления для перехода насос-двигатель.
λ - λ R - λ C.
startthreshold - пороговое значение угловой скорости для перехода насос-двигатель.

Момент трения рассчитывается следующим образом:

$_{tifr} =_{thefr,} \frac{насос}{(} 1 +_{α2) +} \frac{startfr,}{}$ двигатель (1 − α2),

где:

$_{startfr,} насос = (_{1} -$ λ m)
$_{startfr,} мотор =_{} (groupm_{- 1)}$

(m) - механическая эффективность, которая интерполируется из табличных данных, предоставленных пользователем.

Tabulated data - volumetric and mechanical losses параметризация

Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{}_{m˙leak=ρavgqloss} (Δp, λ$ ),

где qloss интерполируется из таблицы объемных потерь, параметр q_loss (dp, w), который основан на предоставленных пользователем данных для перепада давления, угловой скорости вала и объемного перемещения жидкости.

Момент трения вала рассчитывается как:

$_{startfr} =_{} δloss (Δp,$ λ),

, где startloss интерполируется из таблицы механических потерь, параметр torque_loss (dp, w), который основан на предоставленных пользователем данных для перепада давления и угловой скорости вала.

Параметризация входного сигнала

При выборе Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, порты EV и EM включены. Внутренняя утечка и трение вала рассчитываются так же, как и Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies Параметризация, за исключением того, что в портах EV и EM, соответственно, принимаются (принимаются) непосредственно.

При выборе Input signal - volumetric and mechanical losses, порты LV и LM активизированы. Эти каналы принимают поток утечки и крутящий момент трения как положительные физические сигналы. Расход утечки рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{}_{}_{} m˙leak=ρavgqLVtanh \frac{(}{_{}} 4Δppthresh$ ),

где:

qLV - поток утечки, поступающий в порт LV.
pthresh - пороговое значение коэффициента усиления давления для параметра перехода насос-двигатель.

Момент трения рассчитывается следующим образом:

$_{thefr} =_{} \frac{theLMtanh}{(_{}}$ 4startstartthresh),

где

ΔLM - момент трения, полученный в порту LM.
startthresh - порог угловой скорости для параметра перехода насос-двигатель.

Объемная и механическая эффективность варьируется между заданным пользователем минимальным и максимальным значениями. Любые значения ниже или выше этого диапазона будут принимать минимальное и максимальное указанные значения соответственно.

Работа насоса

Расход насоса:

$\overset{}{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{m˙=m˙ideal−m˙leak},$

где ${\overset{}{}}_{}_{} m˙ideal=ρavgD⋅ω .$

Крутящий момент насоса:

$start=_{} {tiideal}_{+}$ startfr,

где $_{} τideal=D⋅Δp .$

Механическая мощность, подаваемая валом насоса, составляет:

$_{dwfmech} =$ startλ,

гидравлическая мощность насоса составляет:

$_{} \frac{\overset{}{}}{_{φhyd=Δpm˙ρavg}} .$

Если требуется узнать, работает ли блок за пределами предоставленных табулированных данных, можно установить флажок Проверить, работает ли за пределами квадрантов предоставленных табулированных данных, как Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error для остановки моделирования при возникновении этой ситуации. Для параметризации по входному сигналу объемных или механических потерь можно подать уведомление, если моделирование превышает режимы работы с параметром Check if operating beyond pump mode.

Также можно контролировать функциональные возможности насоса. Установите Проверить, что давление меньше минимального давления насоса, на Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error для остановки моделирования при возникновении этой ситуации.

Предопределенная параметризация

Доступна предварительная параметризация блока насоса с фиксированным рабочим объемом (IL) с данными изготовителя. Эти данные позволяют моделировать определенный компонент поставщика.

Чтобы загрузить предопределенную параметризацию,

Щелкните гиперссылку «Select a defined parameterization» в описании диалогового окна «Fixed-Displacement Pump (IL)».
Выберите элемент в раскрывающемся меню и нажмите кнопку «Обновить блок с выбранным элементом».
При изменении каких-либо параметров после загрузки параметризации можно проверить изменения, щелкнув Сравнить параметры блока с выбранной деталью (Compare block settings with selected party. any difference in settings of the block and defined parameterization with the MATLAB command window).

Примечание

Предопределенные параметризации компонентов Simscape используют доступные источники данных для предоставления значений параметров. Для заполнения недостающих данных используются инженерные суждения и упрощающие допущения. В результате следует ожидать отклонения между моделируемым и фактическим физическим поведением. Для обеспечения требуемой точности необходимо проверить смоделированное поведение на соответствие экспериментальным данным и при необходимости уточнить модели компонентов.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие для жидкости к насосу.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие для жидкости к насосу.

`R` - Механический порт
механическое вращение

Угловая скорость и крутящий момент вращающегося вала.

`C` - Механический порт
механическое вращение

Угловая скорость и крутящий момент корпуса насоса.

Вход

развернуть все

`EV` - Объемная эффективность
физический сигнал

Эффективность насоса для вытеснения жидкости, определяемая как физический сигнал. Значение должно быть в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`EM` - Механическая эффективность
физический сигнал

Эффективность насоса для механической подачи энергии, определяемая как физический сигнал. Значение должно быть в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

`LV` - Расход утечки, `m^3/s`
физический сигнал

Объемные потери насоса в м ^ 3/с, указанные как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

`LM` - момент трения, `N*m`
физический сигнал

Механические потери насоса в Н * м, указанные как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Утечка и трение значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Параметры

развернуть все

`Leakage and friction parameterization` - Метод расчета расхода утечки и момента трения
`Analytical` (по умолчанию) | `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies` | `Tabulated data - volumetric and mechanical losses` | `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies` | `Input signal - volumetric and mechanical losses`

Параметризация характеристик утечки и трения насоса.

В Analytical параметризацию, скорость потока утечки и крутящий момент трения рассчитывают по аналитическим уравнениям.
В Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, объемные и механические полезные действия вычислены от снабженного пользователями вектора выгоды Давления, разности потенциалов и Шахты угловой скоростной вектор, w параметры и интерполированы из 2-й зависимой Объемной таблицы эффективности, e_v (разность потенциалов, w) и Механической таблицы эффективности, e_m (разность потенциалов, w) столы.
В Tabulated data - volumetric and mechanical loss параметризация, скорость потока жидкости утечки и крутящий момент трения вычислены от снабженного пользователями вектора выгоды Давления, разности потенциалов и Шахты угловой скоростной вектор, w параметры и интерполированы из 2-й зависимой Объемной таблицы потерь, q_loss (разность потенциалов, w) и Механической таблицы потерь, torque_loss (разность потенциалов, w) столы.
В Input signal - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, объемная и механическая эффективность принимаются как физические сигналы на портах EV и EM соответственно.
В Input signal - volumetric and mechanical loss параметризация, скорость потока утечки и трение крутящего момента принимаются как физические сигналы на портах LV и LM соответственно.

`Displacement` - Перемещение жидкости фиксированного объема
`30 cm^3/rev` (по умолчанию) | скаляр

Количество жидкости, перемещаемой валом, вращающимся в номинальных или обычных рабочих условиях.