Pressure-Compensated Pump (IL)

Насос постоянного давления переменного объема в изотермической гидравлической сети

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

Описание

Блок Компенсированный по давлению насос (IL) моделирует насос постоянного давления переменного объема в изотермической гидравлической сети. Перемещение насоса контролируется перепадом давления, _pcontrol, измеренным между портами X и Y. Когда это давление превышает Set pressure differential, перемещение жидкости регулируется в соответствии с Leakage and friction parameterization насоса. Функциональность переменной производительности происходит в Pressure regulation range между Maximum displacement, в _pset и Minimum displacement, в _pmax.

Жидкость может перемещаться от порта A к порту B, вызываемому прямым режимом или от порта B к порту A, называемому реверсивным режимом. Операция режима насоса происходит, когда происходит перепад давления в направлении потока. Операция моторного режима происходит, когда происходит перепад давления в направлении потока.

Вращению вала соответствует знак объема жидкости, движущейся через насос. Положительное перемещение жидкости соответствует положительному вращению вала в переднем режиме. Отрицательное перемещение жидкости соответствует отрицательной угловой скорости вала в прямом режиме.

Операции

Блок имеет восемь режимов работы. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A до порта B, Δp = p B - _p A; скорость вращения, ω = ω R _- ω C; и объемное перемещение жидкости, заданное перепадом давления. Рисунок выше отображает эти режимы на октанты диаграммы Δp - ω - D:

Режим 1, Прямой насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта A до порта B и поток от порта A до порта B.
Режим 2, Реверсивный мотор: Поток от порта B к порту A вызывает уменьшение давления с B до A и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 3, Реверсивный насос: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B до порта A и поток от B до A.
Режим 4, Прямое движение: Поток от порта A к B вызывает уменьшение давления с A до B и положительную угловую скорость вала.
Режим 5, Реверсивный мотор: Поток от порта B к порту A вызывает снижение давления с B до A и положительную угловую скорость вала.
Режим 6, Прямой насос: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от A до B и поток от A до B.
Режим 7, Прямое движение: Поток от порта A к B вызывает уменьшение давления с A до B и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 8, Реверсивный насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B до порта A и поток от B до A.

Блок имеет аналитическую, интерполяционную таблицу и параметры физического сигнала. При использовании табличных данных или входного сигнала для параметризации можно принять решение охарактеризовать операцию насоса на основе эффективности или потерь.

Пороговые параметры Pressure gain threshold for pump-motor transition, Angular velocity threshold for pump-motor transition и Displacement threshold for pump-motor transition идентифицируют области, где может происходить численно сглаженный переход потока между рабочими режимами насоса. Для порогов давления и скорости вращения выберите переходную область, которая обеспечивает некоторый запас для переходного периода, но которая достаточно мала относительно типового перепада давления насоса и скорости вращения, так что это не повлияет на результаты вычисления. Для порога перемещения выберите пороговое значение, которое меньше, чем типовой рабочий объем во время нормальной операции.

Аналитический Leakage and friction parameterization

Если вы задаете Leakage and friction parameterization Analyticalблок вычисляет утечки и трение из постоянных значений скорости вала, перепада давления и крутящего момента. Значение уровня утечек, которое коррелирует с перепадом давления на насосе, вычисляется как:

${\dot{m}}_{l e a k} = K ρ_{a v g} Δ p,$

где:

Δp _nom равно _p B - p A.
ρ _avg - средняя плотность жидкости.
K - коэффициент Хагена-Пуазейля для аналитических потерь,

$K = \frac{D_{n o m} ω_{n o m} (1 - η_{v, n o m})}{Δ p_{n o m}},$
где:
- D _nom - это Nominal displacement.
- ω _nom - это Nominal shaft angular velocity.
- η _nom - это Volumetric efficiency at nominal conditions.
- Δp _nom - это Nominal pressure gain.

Крутящий момент трения, который связан с перепадом давления насоса, вычисляется как:

$τ_{f r} = (τ_{0} + k | Δ p \frac{D}{D_{n o m}} |) \tanh (\frac{4 ω}{5 \times 10^{- 5} ω_{n o m}}),$

где:

τ 0 является No-load torque.
k - крутящий момент трения от коэффициента перепада давления при номинальном перемещении, который определяется из Mechanical efficiency at nominal conditions, _ηm,nom:

$k = \frac{τ_{f r, n o m} - τ_{0}}{Δ p_{n o m}} .$
_τfr,nom - крутящий момент трения в номинальных условиях:

$τ_{f r, n o m} = (\frac{1 - η_{m, n o m}}{η_{m, n o m}}) D_{n o m} Δ p_{n o m} .$
ω - относительная угловая скорость вала, или $ω_{R} - ω_{C}$ .

Табличные данные

При использовании табличных данных для КПД или потерь насоса можно предоставить данные для одного или нескольких рабочих режимов насоса. Знаки табличных данных определяют режим работы блока. Когда данные предоставляются для менее чем восьми рабочих режимов, блок вычисляет дополнительные данные для другого режима (ов) путем расширения данных в оставшиеся октанты.

The Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация

Значение уровня утечек определяется как:

${\dot{m}}_{l e a k} = {\dot{m}}_{l e a k, p u m p} (\frac{1 + α}{2}) + {\dot{m}}_{l e a k, m o t o r} (\frac{1 - α}{2}),$

где:

${\dot{m}}_{l e a k, p u m p} = (1 - η_{υ}) {\dot{m}}_{i d e a l}$
${\dot{m}}_{l e a k, m o t o r} = (η_{v} - 1) \dot{m}$

и η v - объемный КПД, который интерполируется из предоставленных пользователем табличных данных. Переходный термин, α, является

$α = \tanh (\frac{4 Δ p}{Δ p_{t h r e s h o l d}}) \tanh (\frac{4 ω}{ω_{t h r e s h o l d}}) \tanh (\frac{4 D}{D_{t h r e s h o l d}}),$

где:

Δp p B - _p A.
p _порог является Pressure gain threshold for pump-motor transition.
ω представляет ω R - _ω C.
ω _порог является Angular velocity threshold for pump-motor transition.

Крутящий момент трения вычисляется как:

$τ_{f r} = τ_{f r, p u m p} (\frac{1 + α}{2}) + τ_{f r, m o t o r} (\frac{1 - α}{2}),$

где:

$τ_{f r, p u m p} = (1 - η_{m}) τ$
$τ_{f r, m o t o r} = (η_{m} - 1) τ_{i d e a l}$

и η m - механическая эффективность, который интерполируется из предоставленных пользователем табличных данных.

The Tabulated data - volumetric and mechanical losses параметризация

Значение уровня утечек определяется как:

${\dot{m}}_{l e a k} = ρ_{a v g} q_{l o s s} (Δ p, ω, D),$

где _потеря q интерполирована из параметра Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D), который основан на предоставленных пользователем данных для перепада давления, угловой скорости вала и объемного перемещения жидкости.

Крутящий момент трения на валу вычисляется как:

$τ_{f r} = τ_{l o s s} (Δ p, ω, D),$

где _потеря τ интерполирована из параметра Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D), который основан на предоставленных пользователем данных для перепада давления, угловой скорости вала и объемного перемещения жидкости.

Параметризация входного сигнала

Когда вы выбираете Input signal - volumetric and mechanical efficienciesпорты EV и EM включены. Внутренние утечки и трение на валу вычисляются так же, как и Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, за исключением того, что η v и _η m получены непосредственно в портах EV и EM, соответственно.

Когда вы выбираете Input signal - volumetric and mechanical lossesпорты LV и LM включены. Эти порты получают поток утечек и крутящий момент трения как положительные физические сигналы. Значение уровня утечек определяется как:

${\dot{m}}_{l e a k} = ρ_{a v g} q_{L V} \tanh (\frac{4 Δ p}{p_{t h r e s h}}),$

где:

q _НН является потоком утечек, принимаемым в порту LV.
p _порог является параметром Pressure gain threshold for pump-motor transition.

Крутящий момент трения вычисляется как:

$τ_{f r} = τ_{L M} \tanh (\frac{4 ω}{ω_{t h r e s h}}),$

где

τ _LM является крутящим моментом трения, принимаемым портом LM .
ω _порог является параметром Angular velocity threshold for pump-motor transition.

Объемный и механический КПД варьируются между заданными пользователем минимальным и максимальным значениями. Любые значения ниже или выше, чем эта область значений, будут иметь минимальное и максимальное заданные значения, соответственно.

Операция насоса

Скорость потока жидкости насоса:

$\dot{m} = {\dot{m}}_{i d e a l} - {\dot{m}}_{l e a k},$

где ${\dot{m}}_{i d e a l} = ρ_{a v g} D \cdot ω .$

Крутящий момент насоса:

$τ = τ_{i d e a l} + τ_{f r},$

где $τ_{i d e a l} = D \cdot Δ p .$

Механическая степень, обеспечиваемая валом насоса:

$φ_{m e c h} = τ ω,$

и гидравлическая степень насоса:

$φ_{h y d} = \frac{Δ p \dot{m}}{ρ_{a v g}} .$

Чтобы получить уведомление, работает ли блок за пределами предоставленных табличных данных, установите Check if operating beyond the octants of supplied tabulated data равным Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error чтобы остановить симуляцию, когда это происходит. Для параметризации по входному сигналу для объемных или механических потерь, можно уведомить, если симуляция превосходит рабочие режимы с Check if operating beyond pump mode параметром.

Можно также контролировать функциональность насоса. Установите Check if pressures are less than pump minimum pressure значение Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error чтобы остановить симуляцию, когда это происходит.

Параметризация смещения

Линейная параметризация перемещения насоса:

$D = \hat{p} (D_{\min} - D_{\max}) + D_{\max},$

где нормированное давление, $\hat{p}$ является

$\hat{p} = \frac{p_{c o n t r o l} - p_{s e t}}{p_{\max} - p_{s e t}},$

где _pmax - сумма Set pressure differential и Pressure regulation range.

Динамика переноса

Если моделируется динамика смещения, в ответ потока на смоделированное управляющее давление вводится задержка. p _{управление} становится динамическим давлением управления, _{p dyn}; в противном случае _{p управление} является установившимся давлением. Текущее изменение динамического давления управления вычисляется на основе Time constant, τ:

${\dot{p}}_{d y n} = \frac{p_{c o n t r o l} - p_{d y n}}{τ} .$

По умолчанию Displacement dynamics задано значение Off.

Численно-сглаженное давление

В крайних значениях области значений управляющего давления можно поддерживать числовую робастность в симуляции, настраивая блочное Smoothing factor. Сглаживающая функция применяется к каждому вычисленному управляющему давлению, но в основном влияет на симуляцию в крайних точках этой области значений.

Smoothing factor, s, применяется к нормированному давлению, $\hat{p}$ :

${\hat{p}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{p}}_{}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(\hat{p} - 1)}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}},$

и сглаженное давление составляет:

$p_{s m o o t h e d} = {\hat{p}}_{s m o o t h e d} (p_{\max} - p_{s e t}) + p_{s e t} .$

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в насос или из него.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в насос или из него.

`X` - ссылка давления P x, МПа
изотермическая жидкость

Управление давлением в единицах МПа, обозначаемое P х. Давление управления, _P x - P y, сравнивается с Set pressure differential запуска или умеренного переменного перемещения насоса.

`Y` - ссылка давления P y, МПа
изотермическая жидкость

Управление давлением в единицах МПа, обозначаемое P y. Давление управления, _P x - P y, сравнивается с Set pressure differential запуска или умеренного переменного перемещения насоса.

`R` - Механический порт
механический вращательный

Вращающаяся угловая скорость вала и крутящий момент.

`C` - Механический порт
механический вращательный

Исходная скорость вращения и крутящий момент корпуса насоса.

`EV` - Объемный КПД
физический сигнал

Эффективность насоса для объема жидкости, заданный как физический сигнал. Значение должно быть от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization равным Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`EM` - Механическая эффективность
физический сигнал

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

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization равным Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

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

Потери насоса, связанные с перемещением жидкости в м³/ s, заданный как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization равным Input signal - volumetric and mechanical losses.

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

Потери насоса, связанные с механической подачей энергии в Н * м, задаются как физический сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization равным Input signal - volumetric and mechanical losses.

Параметры

расширить все

Насос

`Leakage and friction parameterization` - Метод вычисления расхода утечек и крутящего 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 утечек и характеристик трения насоса.

В Analytical параметризация, уровень утечек и крутящий момент трения вычисляются аналитическими уравнениями.
В Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, объемный КПД и механический КПД вычислены от снабженного пользователями Pressure gain vector, dp, Shaft angular velocity vector, w, и Displacement vector, D параметры и интерполированы от 3D Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) и Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D) таблицы.
В Tabulated data - volumetric and mechanical losses параметризация, уровень утечек и момент трения вычислены от снабженного пользователями Pressure gain vector, dp, Shaft angular velocity vector, w, и Displacement vector, D параметры и интерполированы от 3D Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D) параметры.
В Input signal - volumetric and mechanical efficiencies параметризация, объемные и механический КПД принимаются как физические сигналы в портах EV и EM, соответственно.
В Input signal - volumetric and mechanical loss параметризация, уровень утечек и крутящий момент трения принимаются как физические сигналы в портах LV и LM, соответственно.