Двунаправленный жидкостный насос переменного рабочего объема
Simscape/Жидкости/Термическая жидкость/Насосы и двигатели

Блок насоса переменного рабочего объема представляет собой устройство, которое извлекает энергию из механической вращающейся сети и подает ее в тепловую жидкостную сеть. Рабочий объем насоса изменяется во время моделирования в соответствии с вводом физического сигнала, указанным в порту D.
Порты A и B представляют входы насоса. Порты R и C представляют вал привода двигателя и корпус. При нормальной работе коэффициент усиления давления от порта A к порту B является положительным, если угловая скорость в порту R относительно порта C также является положительной. Этот режим работы называется в данном случае передним насосом.
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 в порту D. На приведенном выше рисунке показаны эти режимы в соответствии с октантами 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.
Время срабатывания насоса считается ничтожно малым по сравнению со временем срабатывания системы. Предполагается, что насос достигает стационарного состояния почти мгновенно и обрабатывается как квазиустановившийся компонент.
Модель насоса учитывает потери мощности из-за утечки и трения. Утечка является внутренней и происходит только между входом насоса и выходом. Блок вычисляет скорость потока утечки и крутящий момент трения, используя пять параметров потерь. Параметризация выбирается с помощью вариантов блоков и, в Analytical or tabulated data случай, параметр параметризации трения и утечки.
Параметризации потерь

Блок предоставляет три варианта Simulink ® для выбора из. Чтобы изменить активный вариант блока, щелкните его правой кнопкой мыши и выберите «Simscape» > «Варианты блока». Доступны следующие варианты:
Analytical or tabulated data - Получение механической и объемной эффективности или потерь из аналитических моделей на основе номинальных параметров или на основе табулированных данных. Используйте параметр параметризации трения и утечки, чтобы выбрать точный тип ввода.
Input efficiencies - Обеспечивает механическую и объемную эффективность непосредственно через порты ввода физических сигналов.
Input losses - Обеспечивают механические и объемные потери непосредственно через порты ввода физического сигнала. Механические потери определяются как момент внутреннего трения. Объемные потери определяются как внутренний расход утечки.
Механическая работа, выполняемая насосом, связана с обменом энергией. Уравнение энергетического баланса:
Pmech = 0,
где:
ФА и ФВ - расход энергии в портах А и В соответственно.
Pmech - механическая энергия, произведенная должный закрутить, τ, и насос угловая скорость, ω:
Гидравлическая мощность насоса является функцией разности давлений между отверстиями насоса:
Массовый расход, генерируемый насосом, составляет
где:
- фактический массовый расход.
- идеальный массовый расход.
- внутренний расход жидкости для утечки.
Крутящий момент, необходимый для питания насоса, составляет
δ Трение,
где:
start- фактический вращающий момент.
theИдеальный - идеальный приводной крутящий момент.
«Трение» - это крутящий момент трения.
Идеальным массовым расходом является
и идеальным генерируемым крутящим моментом является
DSatΔp,
где:
start- средняя плотность жидкости в тепловых жидкостных портах A и B.
DSat - это сглаженное смещение, вычисленное так, чтобы удалить численные разрывы между отрицательным и положительным смещениями.
λ - угловая скорость вала.
Δp - перепад давления от входа к выходу.
Смещение насыщения определяется как:
где:
D - смещение, указанное в физическом сигнальном порте D.
Значение DThreshold является заданным значением порога перемещения для параметра блока перехода мотор-насос.
Расчет расхода внутренней утечки и крутящего момента трения зависит от выбранного варианта блока. Если вариант блока является Analytical or tabulated data, расчеты также зависят от настройки параметров «Утечка» и «Трение». Существует пять возможных перестановок варианта блока и настроек параметризации.
Вариант 1: Расчет аналитической эффективности

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Analytical, расход утечки составляет
и крутящий момент трения
− 5),
где:
KHP - коэффициент Хагена-Пуасейля для ламинарных трубных потоков. Этот коэффициент вычисляется по указанным номинальным параметрам.
λ - динамическая вязкость термической жидкости, принимаемая здесь в качестве среднего значения ее значений в отверстиях термической жидкости.
k - коэффициент фрикционного момента в сравнении с коэффициентом усиления давления при номинальном смещении, который определяется по механическому КПД при номинальных условиях ,
τ0Δpnom.
startfr, nom - момент трения при номинальных условиях:
DnomΔpnom.
ΔpNom - заданное значение параметра Блок номинального перепада давления. Это перепад давления, при котором определяется номинальный объемный КПД.
DNom - заданное значение параметра блока «Номинальное смещение».
start0 - заданное значение параметра блока крутящего момента без нагрузки.
startNom - заданное значение параметра блока Номинальная угловая скорость вала.
Коэффициент Хагена-Пуасейля определяется по номинальным параметрам жидкости и компонента через уравнение
где:
startNom - заданное значение параметра Номинальная угловая скорость вала. Это угловая скорость, при которой определяется номинальная объемная эффективность.
мкНом - заданное значение параметра блока «Номинальная динамическая вязкость». Это динамическая вязкость, при которой определяется номинальная объемная эффективность.
λ v, Nom - заданное значение параметра блока Объемная эффективность при номинальных условиях. Это объемная эффективность, соответствующая указанным номинальным условиям.
Случай 2: Табличные данные по эффективности

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Tabulated data — volumetric and mechanical efficiencies, расход утечки составляет
− α) 2,
и крутящий момент трения
Motor1 − α2,
где:
α - численный параметр сглаживания для перехода мотор-насос.
- расход утечки в режиме двигателя.
- расход утечки в режиме насоса.
«Трение», «Двигатель» - момент трения в режиме двигателя.
«Трение», «Насос» - момент трения в режиме насоса.
Параметр сглаживания α задаётся гиперболической функцией
4DDThreshold),
где:
ΔpThreshold - заданное значение порога усиления давления для параметра блока перехода насос-двигатель.
startThreshold - заданное значение порога Угловой скорости для параметра блока перекачки насос-двигатель.
DThreshold - заданное значение порога угловой скорости для параметра блока перехода мотор-насос.
Расход утечки вычисляется из объемной эффективности, величины, которая задается в табличной форме по Δp-ɷ-D области с помощью блочного параметра таблицы объемной эффективности. При работе в режиме насоса (квадранты 1 и 3 графика Δp-ɷ-D, показанного на рисунке «Режимы работы») расход утечки составляет:
m˙Ideal,
где λ v - объемная эффективность, полученная либо интерполяцией, либо экстраполяцией табулированных данных. Аналогично, при работе в режиме двигателя (квадранты 2 и 4 таблицы Δp-ɷ-D) расход утечки составляет:
m˙.
Крутящий момент трения аналогичным образом вычисляется на основе механической эффективности, величины, которая задается в табличной форме в области Δp-ɷ-D с помощью параметра блока таблицы механической эффективности. При работе в режиме насоса (квадранты 1 и 3 графика Δp-ɷ-D):
где λ m - механическая эффективность, полученная либо интерполяцией, либо экстраполяцией табулированных данных. Аналогично, при работе в двигательном режиме (квадранты 2 и 4 диаграммы Δp-ɷ-D):
Случай 3: Табличные данные о потерях

Если активным вариантом блока является Analytical or tabulated data и параметризация утечки и трения имеет значение Tabulated data — volumetric and mechanical losses, расход утечки (объемный) определяется непосредственно в табличной форме по Δp-ɷ-D области:
DSat).
Массовый расход из-за утечки рассчитывается из объемного расхода:
Фрикционный момент точно так же указан в таблице:
DSat),
где qУтечка (Δp, λ) и (Δp, λ) - объемные и механические потери, полученные путем интерполяции или экстраполяции табулированных данных, заданных с помощью таблицы объемных потерь и параметров блока таблицы механических потерь.
Вариант 4: Физические сигнальные входы эффективности

Если активным вариантом блока является Input efficienciesрасчеты расхода утечки и крутящего момента трения являются такими, как описано для табличных данных эффективности (случай 2). Таблицы объемной и механической эффективности поиска заменяются физическими входами сигналов, которые задаются через порты EV и EM.
КПД определяются как положительные величины со значением от нуля до единицы. Входные значения за пределами этих границ устанавливаются равными ближайшей границе (ноль для входов меньше нуля, один для входов больше единицы). Другими словами, сигналы эффективности насыщаются на нуле и единице.
Случай 5: Физические сигнальные входы с потерями

Если вариант блока является Input lossesрасчеты расхода утечки и крутящего момента трения являются такими, как описано для табличных данных о потерях (случай 3). Таблицы объемных и механических потерь заменяются физическими входами сигналов, которые задаются через порты LV и LM.
Знаки входных данных игнорируются. Блок устанавливает знаки автоматически из рабочих условий, установленных при моделировании - точнее, из квадранта Δp-ɷ, в котором работает компонент. Другими словами, то, является ли ввод положительным или отрицательным, не имеет отношения к блоку.
Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузка на вал двигателя из-за инерции, трения и сил пружины ничтожна.
Центробежный насос (TL) | Двигатель с фиксированным смещением (TL) | Насос переменного рабочего объема (TL)