Насос с компенсацией давления (IL)

Насос постоянного давления с переменным рабочим объемом в изотермической жидкостной сети

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

Описание

Блок насоса с компенсацией давления (IL) моделирует насос с переменным рабочим объемом постоянного давления в изотермической жидкостной сети. Рабочий объем насоса контролируется с помощью дифференциального давления, _{измеряемого} между портами X и Y. Когда это давление превышает установленный перепад давления, рабочий объем жидкости регулируется в соответствии с параметрами утечки и трения насоса. Функциональные возможности переменного смещения находятся в диапазоне регулирования давления между максимальным смещением, в _{точке сточки}, и минимальным смещением, в _{точке pmax}.

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 перемещения объема жидкости через насос. 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 восемь режимов работы. Рабочий режим зависит от усиления давления от порта A к порту B, Δp = pB - pA; угловая скорость, λ = λ R - λ C; и объемное смещение жидкости, задаваемое перепадом давления. На приведенном выше рисунке эти режимы сопоставлены октантам диаграммы Δp-λ-D:

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.
Режим 5, обратный двигатель: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от B к A и положительную угловую скорость вала.
Режим 6, Насос прямого действия: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от A до B и потока от A до B.
Режим 7, прямой двигатель: поток от порта A к B вызывает снижение давления от A к B и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 8, обратный насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B к порту A и потока от B к A.

Блок 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, Порог угловой скорости для перехода насос-двигатель и Порог перемещения для перехода насос-двигатель идентифицируют 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. Для порога смещения выберите пороговое значение, которое меньше обычного объема смещения во время нормальной работы.

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. 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,

$K \frac{=_{}_{} Dnomstartnom (_{1 -} λ v}{,_{ном}})$ Δpnom,
где:
- Dnom - номинальное смещение.
- startnom - номинальная угловая скорость вала.
- λ nom - объемный КПД при номинальных условиях.
- Δpnom - номинальный коэффициент усиления давления.

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

$_{tifr} =_{(} ti0 + \frac{}{_{}} k 'ΔpDDnom |) \frac{}{{танх}^{(}_{4start5 \times}}$ 10 − 5startnom),

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:

$_{startfr,} nom \frac{= (_{1 -}}{{λ m}_{,}} {nomü m}_{,} {nom}_{)}$ DnomΔpnom.
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 восьми режимов работы, блок вычисляет данные дополнения для другого режима (режимов) путем расширения данных в оставшиеся октанты.

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

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

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:

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

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

Момент трения вала рассчитывается как:

$_{startfr} =_{} δloss (Δp, λ$ , D),

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

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:

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

Для уведомления о том, работает ли блок за пределами предоставленных табулированных данных, установите флажок Проверить, работает ли за пределами октантов поставляемых табулированных данных в значение 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.

Можно также 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.

Параметризация смещения

Линейная параметризация рабочего объема насоса:

$D \overset{}{=} p_{^ (}_{Dmin} -_{Dmax})$ + Dmax,

где нормированное давление, $\overset{}{p}$ ^, равно

$\overset{}{p}^\frac{_{=}_{pcontrol -}}{_{}_{psetpmax}}$ − pset,

где _pmax - сумма заданного перепада давления и диапазона регулирования давления.

Динамика смещения

Если моделируют динамику смещения, то в реакцию потока на смоделированное управляющее давление вводят запаздывание. pcontrol становится динамическим управляющим давлением, pdyn; в противном случае контроль представляет собой стационарное давление. Мгновенное изменение динамического управляющего давления вычисляется на основе постоянной Времени (Time),

${\overset{}{}}_{} \frac{_{}_{}}{p˙dyn=pcontrol−pdynτ} .$

По умолчанию для параметра Динамика смещения установлено значение Off.

Численно сглаженное давление

В крайних пределах диапазона управляющего давления можно поддерживать численную устойчивость при моделировании путем корректировки коэффициента сглаживания блока. Функция сглаживания применяется к каждому расчетному управляющему давлению, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних пределах этого диапазона.

Коэффициент сглаживания, s, применяется к нормированному давлению, $\overset{}{p}$ ^ :

${\overset{}{p}}_{^} \frac{сглаженный}{} = \frac{}{} \sqrt{{\overset{}{12}}_{}^{+} {\frac{}{12p}}^{^}} \frac{2}{} \sqrt{{+ \overset{(}{} s4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (p ^ − 1) 2 + (s4) 2,

и сглаженное давление составляет:

$_{psmoothed} {\overset{}{=}}_{p^}_{сглаженный} (_{pmax} -_{} pset$ ) + pset.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в насос или из насоса.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в насос или из насоса.

`X` - Эталонное давление Px, МПа
изотермическая жидкость

Регулируемое давление в единицах МПа, обозначенное Px. Контрольное давление Px-Py сравнивается с заданным перепадом давления для запуска или умеренной переменной подачи насоса.

`Y` - Эталонное давление Py, МПа
изотермическая жидкость

Регулируемое давление в единицах МПа, обозначенное Py. Контрольное давление Px-Py сравнивается с заданным перепадом давления для запуска или умеренной переменной подачи насоса.

`R` - Механический порт
механическое вращение

Угловая скорость и крутящий момент вращающегося вала.

`C` - Механический порт
механическое вращение

Угловая скорость и крутящий момент корпуса насоса.

`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

Потери насоса, связанные с расходом жидкости в ^м3/с, определяемые 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

Потери насоса, связанные с механической подачей энергии в N * m, определяемые как физический сигнал.

Зависимости

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

Параметры

развернуть все

Насос

`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, Шахта угловой скоростной вектор, w, и вектор Смещения, D параметры и интерполированы из 3D Объемной таблицы эффективности, e_v (разность потенциалов, w, D) и Механической таблицы эффективности, e_m (разность потенциалов, w, D) столы.
В Tabulated data - volumetric and mechanical losses параметризация, скорость потока жидкости утечки и крутящий момент трения вычислены от снабженного пользователями вектора выгоды Давления, разности потенциалов, Шахта угловой скоростной вектор, w, и вектор Смещения, D параметры и интерполированы из 3D Объемной таблицы потерь, q_loss (разность потенциалов, w, D) и Механической таблицы потерь, torque_loss (разность потенциалов, w, D) параметры.
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 крутящий момент трения принимаются как физические сигналы в портах LV и LM соответственно.