Pressure-Compensated Pump (IL)

Насос постоянного давления с переменным рабочим объемом в сети изотермической жидкости.

Тип: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Turbomachinery.PressureCompensatedPump

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Pumps & Motors/Pressure-Compensated Pump (IL)

Описание

Блок Pressure-Compensated Pump (IL) моделирует насос с постоянным давлением и переменным рабочим объемом в сети изотермической жидкости. Изменение рабочего объема регулируется перепадом давления , измеряемым между портами X и Y. Когда это давление превышает Set pressure differential, изменение рабочего объема регулируется в соответствии с Leakage and friction parameterization. Изменение рабочего объема происходит для давлений из диапазона, заданного параметром Pressure regulation range, между Maximum displacement для и Minimum displacement для .

Поток жидкости может иметь направление от порта A к порту B (прямой режим) или от порта B к порту A (обратный режим). Работа в режиме насоса происходит при увеличении давления в направлении потока. Режим работы гидромотора реализуется при уменьшении давления в направлении потока.

Вращение вала соответствует знаку рабочего объема жидкости, проходящей через насос. Положительный рабочий объем соответствует положительному вращению вала в прямом режиме. Отрицательный рабочий объем соответствует отрицательной угловой скорости вала в прямом режиме.

Режимы работы приведены на схеме.

variable displacement pump il 1

Блок имеет восемь режимов работы. Режим работы зависит от перепада давления от порта A к порту B , угловой скорости и рабочего объема. На схеме выше эти режимы показаны как октанты диаграммы :

Режим 1, прямой режим насоса: положительная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта A до порта B и поток от порта A к порту B.
Режим 2, обратный режим гидромотора: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от порта B до порта A и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 3, обратный режим насоса: отрицательная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта B до порта A и поток от порта B к порту A.
Режим 4, прямой режим гидромотора: поток из порта A к порту B вызывает снижение давления от порта A до порта B и положительную угловую скорость вала.
Режим 5, обратный режим гидромотора: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от порта B до порта A и положительную угловую скорость вала.
Режим 6, прямой режим насоса: отрицательная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта A до порта B и поток от порта A к порту B.
Режим 7, прямой режим гидромотора: поток из порта A к порту B вызывает снижение давления от порта A до порта B и отрицательную угловую скорость вала.
Режим 8, обратный режим насоса: положительная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта B до порта A и поток от порта B к порту A.

Блок насоса имеет аналитическую параметризацию, табличную параметризацию и параметризацию через входные сигналы. При использовании табличных данных или входного сигнала для параметризации можно выбрать характеристику работы насоса на основе КПД или объемных и механических потерь.

В вариантах параметризации табличных данных и входного сигнала пороговые параметры Pressure gain threshold for pump-motor transition и Angular velocity threshold for pump-motor transition определяют области, в которых может происходить численно сглаженный переход потока между режимами работы насоса. Выберите область перехода, которая обеспечивает некоторый запас для переходного члена, но которая достаточно мала по отношению к давлению и угловой скорости, чтобы не влиять на результаты расчета. Для порогового значения рабочего объема выберите пороговое значение, которое меньше, чем типичный рабочий объем при нормальной работе.

Аналитическая параметризация утечки и момента трения

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Analytical, то блок рассчитывает утечку и момент трения на основе постоянных значений скорости вращения вала, перепада давления, механического и объемного КПД. Расход утечки, который зависит от перепада давления на насосе, рассчитывается как

где

;
— средняя плотность жидкости;
— коэффициент Хагена — Пуазёйля для расчета аналитических потерь:

где
- — значение параметра Nominal displacement;
- — значение параметра Nominal shaft angular velocity;
- — значение параметра Volumetric efficiency at nominal conditions;
- — значение параметра Nominal pressure gain.

Момент трения, который зависит от перепада давления в насосе, рассчитывается как

где

— значение параметра No-load torque;
— коэффициент зависимости момента трения от давления при номинальном рабочем объеме, который определяется на основе значения параметра Mechanical efficiency at nominal conditions, :

где — момент трения в номинальных условиях:
— угловая скорость вала, или .

Табличная параметризация

При использовании табличных данных для КПД или потерь насоса можно предоставить данные для одного или нескольких режимов работы. Знаки табличных данных определяют режим работы блока. Если данные предоставлены менее чем для восьми режимов работы, то блок рассчитывает дополнительные данные для другого режима (режимов), расширяя заданные данные в оставшиеся октанты.

Табличные данные — параметризация объемного и механического коэффициентов полезного действия

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, то блок выполняет параметризацию по табличным данным для объемного и механического КПД.

Расход утечки составляет

где

;
;
— объемный КПД, который интерполируется на основе табличных данных, предоставленных пользователем;
— переходный член, представляет собой

где
- ;
- — значение параметра Pressure gain threshold for pump-motor transition;
- ;
- — значение параметра Angular velocity threshold for pump-motor transition.

Момент трения равен

где

;
;
— механический КПД, который интерполируется на основе предоставленных пользователем табличных данных.

Табличные данные — параметризация объемных и механических потерь

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Tabulated data - volumetric and mechanical losses, то блок выполняет параметризацию по табличным данным для объемных и механических потерь.

Расход утечки составляет

где — интерполяция на основе параметра Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D), который основан на данных, предоставленных пользователем, о перепаде давления, угловой скорости вала и рабочем объеме жидкости.

Момент трения вала равен

где — интерполяция на основе параметра Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D), который основан на данных, предоставленных пользователем, о перепаде давления, угловой скорости вала и рабочем объеме жидкости.

Параметризация через входной сигнал

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, то включены порты EV и EM. Внутренняя утечка и трение вала рассчитываются так же, как и при параметризации Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, за исключением того, что значения и поступают непосредственно на порты EV и EM соответственно.

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Input signal - volumetric and mechanical losses, то включены порты LV и LM. На эти порты поступают значения потока утечки и момента трения в виде положительных скаляров. Расход утечки рассчитывается как

где

— объемный расход утечки, полученный на порту LV;
— значение параметра Pressure gain threshold for pump-motor transition.

Момент трения рассчитывается как

где

— момент трения, полученный в порту LM;
— значение параметра Angular velocity threshold for pump-motor transition.

Объемный и механический КПД варьируются между заданными пользователем минимальным и максимальным значениями. Любые значения ниже или выше этого диапазона будут принимать минимальное и максимальное заданные значения соответственно.

Работа насоса

Расход насоса составляет

где .

Крутящий момент насоса составляет

где .

Механическая мощность, развиваемая валом насоса, составляет

Гидравлическая мощность насоса составляет

Если нужно узнать, работает ли блок за пределами предоставленных табличных данных, то можно установить для параметра Check if operating beyond the range of supplied tabulated data значение Error, чтобы остановить моделирование в этом случае. При параметризации по входному сигналу для объемных или механических потерь можно получать уведомления о выходе моделирования за пределы рабочих режимов мотора с помощью параметра Check if operating beyond pump mode.

Также можно контролировать функциональность насоса. Установите для параметра Check if pressures are less than pump minimum pressure значение Error, чтобы остановить моделирование, когда давление на выходе будет ниже минимального заданного значения.

Параметризация изменения рабочего объема

Линейная параметризация изменения рабочего объема насоса имеет вид:

где нормализованное давление представляет собой

где — это сумма значений параметров Set pressure differential и Pressure regulation range.

Динамика изменения рабочего объема

Если моделируется динамика изменения рабочего объема, то в реакцию потока на смоделированное управляющее давление вносится запаздывание. Давление становится динамическим управляющим давлением , в противном случае — это давление в установившемся режиме. Мгновенное изменение динамического управляющего давления рассчитывается на основе постоянной времени Time constant, :

По умолчанию флажок Displacement dynamics снят, и динамика изменения рабочего объема не моделируется.

Численно сглаженное давление

Можно сохранить численную устойчивость в моделировании, настроив параметр Smoothing factor. Если для параметра Smoothing factor установлено ненулевое значение, то блок обеспечивает плавное изменение давления между значениями и .

Порты