Variable-Displacement Pump (IL)

Насос переменного объема в изотермической гидравлической сети

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

Описание

Блок Насос Переменной Производительности (IL) моделирует насос с рабочим объемом переменного объема. 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, который принимается как физический сигнал в порту D. Положительное перемещение жидкости в D соответствует положительному вращению вала в переднем режиме. Отрицательное перемещение жидкости в D соответствует отрицательной угловой скорости вала в переднем 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 в порту D. 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 насоса 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 внутренние утечки и трение на валу из постоянных номинальных значений скорости вала, перепада давления, объемного перемещения и объемного КПД. 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 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.
Δp _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 быть уведомленным, если блок работает за пределами предоставленных табличных данных, можно задать Check if operating beyond the octants of supplied tabulated data Warning чтобы получить предупреждение, если это происходит, или Error чтобы остановить симуляцию, когда это происходит. при использовании входных сигналов для объемных или механических потерь можно уведомить, превышает ли симуляция рабочие режимы с параметром Check if operating beyond pump mode.

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.

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входа или выхода жидкости в насос.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входа или выхода жидкости в насос.

`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.

Вход

расширить все

`D` - Объемное перемещение, `m^3/rad`
физический сигнал

Объемное перемещение насоса, в м ^ 3/рад, задается в виде физического сигнала.

`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 степени, 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

Объемные потери насоса, в м ^ 3/с, заданные в виде физического сигнала.

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

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

Зависимости

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

Параметры

расширить все

`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 и механический КПД вычисляются из пользовательских параметров Pressure gain vector, dp, Shaft angular velocity vector, w и Displacement vector, D и интерполируются из 3-D зависимых таблиц Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) и Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D).
В Tabulated data - volumetric and mechanical loss параметризацию, уровень утечек и крутящий момент трения вычисляются из предоставленных пользователем Pressure gain vector, dp; Shaft angular velocity vector, w; и Displacement vector, D параметры и интерполяция из 3-D зависимых Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D) таблиц.
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.