Centrifugal Pump (IL)

Вращательное преобразование энергии в изотермической гидравлической сети

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

Описание

Блок Центробежный Насос (IL) моделирует вращательное преобразование энергии от вала в жидкость в изотермической гидравлической сети. Перепад давления и механический крутящий момент моделируются как функция от напоров и тормозных мощностей насоса, которые зависят от производительности насоса и определяются или аналитически, или путем линейной интерполяции табличных данных. Все составы основаны на законах подобия насоса, которые масштабируют эффективность насоса к отношению тока к опорным значениям скорости вращения насоса и диаметра рабочего колеса.

Нормальная операция насоса - это когда поток перемещается от порта A к порту B с перепадом давления от порта A к порту B. Порт C является механическим эталонным портом, сопоставленным с корпусом насоса, а порт R является механическим портом, сопоставленным с валом насоса. Вы можете задать направление нормального рабочего вала для вашей системы в параметре Mechanical orientation. Если моделирование приводит к угловой скорости, противоположной скорости вращения выбранного строения, скорость возвратного вала остается равной 0.

Блоки Центробежный насос

Расположение портов блока на типичном центробежном насосе показано ниже.

При номинальных условиях работы вход жидкости находится в порту A, а выход жидкости - в порту B. В то время как блок поддерживает противоположные потоки, поток от B до A находится вне нормальных условий работы насоса. Механическая ссылка насоса находится в порту C, и крутящий момент и скорость вращения вала передаются в порту R.

Параметризация Analytical: Емкость, руководитель и Приводная мощность

Коэффициент усиления давления над насосом вычисляется как функция от законов подобия насоса и ссылки перепада давления:

$p_{B} - p_{A} = Δ p_{r e f} {(\frac{ω}{ω_{r e f}})}^{2} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2},$

где:

Δp _ref является начальным коэффициентом усиления давления, который определяется из квадратичной подгонки перепада давления насоса между Maximum head at zero capacity, Nominal head и Maximum capacity at zero head.
ω - угловая скорость вала, ω R - _ω C.
ω _ref является Reference shaft speed.
$\frac{D}{D_{r e f}}$ - Impeller diameter scale factor, которое может быть изменено от значения по умолчанию 1, если ваши ссылки и диаметр рабочего колеса системы различаются. Этот блок не отражает изменения эффективности насоса из-за размера насоса.
ρ - плотность жидкости сети.

Крутящий момент на валу:

$τ = W_{b r a k e, r e f} \frac{ω^{2}}{ω_{r e f}^{3}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5} .$

Базовая мощность сопротивления, W _{тормоз,} определяется из линейной подгонки между Nominal brake power и Brake power at zero capacity.

Базовая емкость вычисляется как:

$q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} \frac{ω_{r e f}}{ω} {(\frac{D_{r e f}}{D})}^{3} .$

Можно выбрать, чтобы быть предупрежденным, когда блок скорости потока жидкости станет отрицательным или превысит максимальную мощность насоса, установив Check if operating beyond normal pump operation равной On.

1-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция емкости

Можно смоделировать эффективность насоса как 1-D функцию производительности, объемную скорость потока жидкости через насос. Коэффициент усиления давления над насосом основан на Reference head vector, ΔH _ref, которая является функцией эталонной производительности, _{q ref}:

$Δ p = ρ g Δ H_{r e f} (q_{r e f}) {(\frac{ω}{ω_{r e f}})}^{2} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2},$

где g - ускорение свободного падения.

Крутящий момент на валу основан на Reference brake power vector, W _ref, которая является функцией опорной емкости:

$τ = W_{r e f} (q_{r e f}) \frac{ω^{2}}{ω_{r e f}^{3}} (\frac{ρ}{ρ_{r e f}}) {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5},$

где _ρref - Reference density. Опорная емкость устанавливается как:

$q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} (\frac{ω_{r e f}}{ω}) {(\frac{D_{r e f}}{D})}^{3},$

который затем используется для интерполяции между Reference capacity vector, Reference head vector и Reference brake power vector.

Когда симуляция находится вне нормальных условий работы насоса, насос экстраполируется линейно и приводная мощность экстраполируется до ближайшей точки.

2-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция производительности и скорости вала

Можно смоделировать эффективность насоса как 2-D функцию объемных скоростей потока жидкости и скорости вращения. Перепад давления над насосом является функцией Head table, H(q,w), _ΔHref, которая является функцией ссылки производительности, _qref и скорости вала, ω:

$Δ p = ρ g Δ H_{r e f} (q_{r e f}, ω) {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2} .$

Крутящий момент на валу вычисляется как функция от Brake power table, Wb(q,w), _Wref, которая является функцией от емкости ссылки, _qref и скорости вала, ω:

$τ = \frac{W_{r e f} (q_{r e f}, ω)}{ω} (\frac{ρ}{ρ_{r e f}}) {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5} .$

Базовая емкость вычисляется как:

$q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} {(\frac{D_{r e f}}{D})}^{3} .$

Предопределенная параметризация

Доступна предварительная параметризация блока Centrifugal Pump (IL) с данными производителя. Эти данные позволяют моделировать определенный компонент поставщика.

Чтобы загрузить предопределенную параметризацию,

Щелкните гиперссылку «Выбрать предопределенную параметризацию» в описании диалогового окна Centrifugal Pump (IL) блока.
Выберите деталь из раскрывающегося меню и нажатия кнопки Update block with selected part.
Если вы измените какие-либо настройки параметра после загрузки параметризации, можно проверить изменения, нажав Compare block settings with selected part. Любое различие в настройках между блоком и предопределенной параметризацией будет отображаться в командном окне MATLAB.

Примечание

Предопределенные параметризации компонентов Simscape используют доступные источники данных для подачи значений параметров. Инженерные суждения и упрощающие допущения используются для заполнения недостающих данных. В результате следует ожидать отклонений между моделируемым и фактическим физическим поведением. Чтобы гарантировать необходимую точность, вы должны проверить моделируемое поведение на основе экспериментальных данных и уточнить модели компонента по мере необходимости.

Допущения и ограничения

Блок не учитывает динамическое давление в насосе. Расчетный напор обусловлен только статическим давлением.
Блок не учитывает падения давления на трение или переменных площадей потока.

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Точка входа жидкости в насос.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Точка выхода жидкости к насосу.

`R` - Вал
механический вращательный

Угловая скорость и крутящий момент вала.

`C` - Ссылка
механический вращательный

Скорость вращения и крутящий момент корпуса.

Параметры

расширить все

`Pump parameterization` - Параметризация напора и тормозной мощности
`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed` (по умолчанию) | `1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed` | `2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed`

Параметризация напора и тормозной мощности насоса.

Capacity, head, and brake power at reference shaft speed: Моделируйте перепад давления насоса и крутящий момент на валу с аналитической формулой.
1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed: Моделируйте напор и тормозную мощность на основе табличных данных о напоре и тормозной мощности при заданной производительности.
2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed: Моделируйте напор и тормозную мощность на основе табличных данных о напоре и тормозной мощности при заданной производительности и скорости вала.

`Nominal capacity` - Объемный расход насоса
`45 lpm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Номинальная объемная скорость потока жидкости насоса с ссылкой угловой скоростью вала.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Nominal head` - Напор насоса
`40 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Номинальный перепад давления насоса, нормированный гравитацией и плотностью жидкости, при исходной угловой скорости вала.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Nominal brake power` - степень насоса
`0.85 kW` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Номинальная механическая степень вала на ссылку скорости вращения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Maximum head at zero capacity` - Максимальный напор насоса без потока
`60 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальный напор насоса без потока на ссылку скорости вращения. Этот параметр используется, чтобы определить эталонный перепад давления над насосом в аналитической параметризации, чтобы соответствовать квадратичному уравнению для давления в сочетании с Nominal capacity, Nominal head и параметрами Maximum capacity at zero head.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Brake power at zero capacity` - Максимальная степень насоса без потока
`0.5 kW` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная степень насоса без потока на ссылку скорости вращения. Этот параметр используется, чтобы определить эталонный крутящий момент насоса в аналитической параметризации, чтобы соответствовать уравнению для эталонного крутящего момента трения, в сочетании с Nominal brake power.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Maximum capacity at zero head` - Максимальная скорость потока жидкости с нулевым напором
`80 lpm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальная нагрузка на жидкость с нулевым напором на ссылку скорости вращения. Этот параметр используется для определения эталонного перепада давления над насосом в аналитической параметризации, чтобы соответствовать квадратичному уравнению давления в сочетании с Nominal capacity, Nominal head и параметрами Maximum head at zero capacity.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

`Reference shaft speed` - Опорная угловая скорость вала для вычислений аффинного закона
`1770 rpm` | `3500 rpm` | положительная скалярная величина

Reference angular velocity для закона подобия вычислений. Значение по умолчанию зависит от настройки Pump parameterization.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization либо на:

Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.
1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed.

`Reference capacity vector` - Объемный расход
`[16.67, 30, 40, 53.33, 66.67, 83.33] lpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Вектор объемных скоростей потока жидкости для табличной параметризации головки насоса или приводной мощности. Этот параметр соответствует единице с параметрами Reference head vector и Reference brake power vector. Векторные элементы перечислены в порядке возрастания и должны быть больше 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed.

`Reference head vector` - Вектор значений напора насоса для табличной параметризации данных
`[50, 47.5, 45, 40, 35, 25] m` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Вектор значений напора насоса для 1-D табличной параметризации напора и тормозной мощности насоса. Этот параметр соответствует единице к единице с параметром Reference capacity vector. Векторные элементы должны быть перечислены в порядке убывания и должны быть больше или равны 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed.

`Reference brake power vector` - Вектор значений приводной мощности насоса для табличной параметризации табличных данных
`[.6, .75, .85, .93, .98, .99] kW` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Вектор значений приводной мощности насоса для 1-D табличной параметризации напора и тормозной мощности насоса. Этот параметр соответствует параметру Reference capacity vector. Векторные элементы должны быть больше 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed.

`Capacity vector, q` - Вектор объемного смещения для табличной параметризации табличных данных
`[16.67, 23.33, 30, 40, 53.33, 60] lpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Вектор объемных скоростей потока жидкости для табличной параметризации головки насоса. Этот вектор образует независимую ось с параметром Shaft speed vector, w для параметров 2-D Head table, H (q,w) и Brake power table, Wb(q,w). Векторные элементы должны быть перечислены в порядке возрастания и должны быть больше или равны 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed.

`Shaft speed vector, w` - Вектор угловых скоростей для табличной параметризации данных
`[2450, 2800, 3150, 3500] rpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Вектор значений угловой скорости вала для табличной параметризации головки насоса. Этот вектор образует независимую ось с параметром Capacity vector, q для параметров 2-D Head table, H (q,w) и Brake power table, Wb(q,w). Векторные элементы должны быть перечислены в порядке возрастания и должны быть больше 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed.

`Head table, H(q,w)` - Напор насоса для табличной параметризации табличных данных
`[25, 32.7, 42.5, 50; 24, 31.7, 41, 49; 22.7, 30.5, 39, 47.5; 20, 28, 36, 45; 15.7, 24, 32, 40; 12.5, 21, 29.5, 37.5] m` (по умолчанию) | M -by - N матрица

M -by - N матрица значений напора насоса при заданных объемном расходе и скорости вращения. Все элементы таблицы должны быть больше или равны 0. Линейная интерполяция используется между элементами таблицы. M и N являются размерами соответствующих векторов:

M - количество векторных элементов в параметре Capacity vector, q. Все столбцы массива должны быть в строго порядке убывания. Для примера H (1,1) должно быть самым большим значением в столбце, а H (M,1) должно быть самым маленьким.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft speed vector, w. Все строки должны быть в строго порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed.

`Brake power table, Wb(q,w)` - приводная мощность насоса для табличной параметризации данных
`[.28, .38, .5, .6; .31, .41, .55, .68; .33, .44, .6, .75; .36, .48, .65, .83; .38, .53, .72, .93; .39, .55, .75, .97] kW` (по умолчанию) | M -by - N матрица

M -by - N матрица значений приводной мощности насоса при заданных объемном расходе и скорости вращения. Все значения должны быть больше 0. Линейная интерполяция используется между элементами таблицы. M и N являются размерами соответствующих векторов:

M - количество векторных элементов в параметре Capacity vector, q.
N - количество векторных элементов в параметре Shaft speed vector, w. Все строки должны быть в строго порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed.

`Impeller diameter scale factor` - Отношение диаметра модели к эталонному диаметру для вычислений закона подобия
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение диаметра модели к эталонному диаметру для закона подобия вычислений. Измените это значение, если существует различие между диаметрами рабочего колеса вашей ссылки и системы, например, при тестировании масштабирования насоса. Для системных насосов, меньших, чем эталонный насос, используйте значение менее 1. Для системных насосов, больших, чем эталонный насос, используйте терку с значением, превышающим 1. Этот блок не отражает изменения эффективности насоса из-за размера насоса.

`Mechanical orientation` - Направление вращения вала по нормали
`Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation` (по умолчанию) | `Negative angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation`

Направление вращения вала для потока из порта A в B. Этот параметр идентифицирует положительное и обратное вращение вала R относительно C.

`Reference density` - Плотность жидкости, для которой представлены данные по эффективности насоса
`998 kg/m^3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения массы/объема

Плотность жидкости, указанная в ссылке или табличной эффективности. Этот параметр используется для масштабирования эффективности насоса между различными жидкостями.

`Check if operating beyond normal pump operation` - Уведомлять ли о невыполнении спецификаций вращения вала
`Warning` (по умолчанию) | `None` | `Error`

Нужно ли уведомлять, работает ли блок вне нормальной функциональности насоса. Выберите Warning должно быть уведомлено, когда скорость потока жидкости через насос меньше 0 или выше максимальной производительности насоса. Выберите Error чтобы остановить симуляцию, когда скорость потока жидкости через насос меньше 0 или выше максимальной производительности насоса.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Pump parameterization равным Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

Примеры моделей

Система смазки

Упрощенный вариант смазочной системы, питаемой центробежным насосом. Система состоит из пяти главных модулей: Модуль Насоса, Очистите Модуль, Коллектор Теплообменника, Коллектор Сопла и Блок управления. И насос, и откачивающий модуль построены вокруг центробежного насоса. Модуль откачки собирает жидкость, вытесняемую соплами, и перекачивает ее обратно в резервуар насосного модуля. Модуль управления генерирует команды для обхода либо теплообменника, представленного в виде локального сопротивления, либо блока сопел. В реальной системе эти команды генерируются датчиками температуры, установленными в полостях смазки.

См. также

Центробежный насос (TL) | Насос постоянной производительности (IL) | Компенсированный по давлению насос (IL) | Насос переменной производительности (IL)

Документация

Centrifugal Pump (IL)

Описание

Параметризация Analytical: Емкость, руководитель и Приводная мощность

1-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция емкости

2-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция производительности и скорости вала

Предопределенная параметризация

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

R - Вал механический вращательный

C - Ссылка механический вращательный

Параметры

Nominal capacity - Объемный расход насоса 45 lpm (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Nominal head - Напор насоса 40 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Nominal brake power - степень насоса 0.85 kW (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Maximum head at zero capacity - Максимальный напор насоса без потока 60 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Brake power at zero capacity - Максимальная степень насоса без потока 0.5 kW (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Maximum capacity at zero head - Максимальная скорость потока жидкости с нулевым напором 80 lpm (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Reference shaft speed - Опорная угловая скорость вала для вычислений аффинного закона 1770 rpm | 3500 rpm | положительная скалярная величина

Зависимости

Reference capacity vector - Объемный расход [16.67, 30, 40, 53.33, 66.67, 83.33] lpm (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Зависимости

Reference head vector - Вектор значений напора насоса для табличной параметризации данных [50, 47.5, 45, 40, 35, 25] m (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Зависимости

Reference brake power vector - Вектор значений приводной мощности насоса для табличной параметризации табличных данных [.6, .75, .85, .93, .98, .99] kW (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Зависимости

Capacity vector, q - Вектор объемного смещения для табличной параметризации табличных данных [16.67, 23.33, 30, 40, 53.33, 60] lpm (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Зависимости

Shaft speed vector, w - Вектор угловых скоростей для табличной параметризации данных [2450, 2800, 3150, 3500] rpm (по умолчанию) | вектор 1- n байта

Зависимости

Зависимости

Зависимости

Impeller diameter scale factor - Отношение диаметра модели к эталонному диаметру для вычислений закона подобия 1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Check if operating beyond normal pump operation - Уведомлять ли о невыполнении спецификаций вращения вала Warning (по умолчанию) | None | Error

Зависимости

Примеры моделей

Система смазки

См. также

Темы

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`R` - Вал
механический вращательный

`C` - Ссылка
механический вращательный

`Nominal capacity` - Объемный расход насоса
`45 lpm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal head` - Напор насоса
`40 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal brake power` - степень насоса
`0.85 kW` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Maximum head at zero capacity` - Максимальный напор насоса без потока
`60 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Brake power at zero capacity` - Максимальная степень насоса без потока
`0.5 kW` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Maximum capacity at zero head` - Максимальная скорость потока жидкости с нулевым напором
`80 lpm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Reference shaft speed` - Опорная угловая скорость вала для вычислений аффинного закона
`1770 rpm` | `3500 rpm` | положительная скалярная величина

`Reference capacity vector` - Объемный расход
`[16.67, 30, 40, 53.33, 66.67, 83.33] lpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

`Reference head vector` - Вектор значений напора насоса для табличной параметризации данных
`[50, 47.5, 45, 40, 35, 25] m` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

`Reference brake power vector` - Вектор значений приводной мощности насоса для табличной параметризации табличных данных
`[.6, .75, .85, .93, .98, .99] kW` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

`Capacity vector, q` - Вектор объемного смещения для табличной параметризации табличных данных
`[16.67, 23.33, 30, 40, 53.33, 60] lpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

`Shaft speed vector, w` - Вектор угловых скоростей для табличной параметризации данных
`[2450, 2800, 3150, 3500] rpm` (по умолчанию) | вектор 1- n байта

`Impeller diameter scale factor` - Отношение диаметра модели к эталонному диаметру для вычислений закона подобия
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Check if operating beyond normal pump operation` - Уведомлять ли о невыполнении спецификаций вращения вала
`Warning` (по умолчанию) | `None` | `Error`