Центробежный насос (ИЖ)

Центробежный насос в сети изотермической жидкости.

Тип: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Turbomachinery.CentrifugalPump

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Pumps & Motors/Centrifugal Pump (IL)

Описание

Блок Центробежный насос (ИЖ) моделирует центробежный насос, передающий энергию от вала к жидкости в сети изотермической жидкости. Перепад давления и механический крутящий момент являются функциями напора насоса и эффективной мощности, которые зависят от производительности насоса. Насос можно параметризовать аналитически или путем линейной интерполяции табличных данных. Законы подобия насоса определяют основные физические принципы работы блока, которые масштабируют производительность насоса в зависимости от отношения текущих значений угловой скорости насоса и диаметра рабочего колеса к опорным значениям угловой скорости и диаметра соответственно.

По умолчанию, расход и перепад давления, создаваемые насосом, направлены так, что поток и градиент давления направлены от порта A к порту B. Порт C представляет собой корпус насоса, а порт R — вал насоса. Нормальное направление вращения вала можно указать в параметре Направление вращения. Если вал начинает вращаться в противоположном направлении, разница давлений на блоке падает до нуля.

Конфигурация портов

На рисунке показано расположение портов блока на типичном центробежном насосе.

centrifugal pump il 1

Аналитическая параметризация: производительность, напор и эффективная мощность

Если установить для параметра Параметризация насоса значение Подача, напор и мощность при эталонной угловой скорости вала, блок вычисляет прирост давления на насосе как функцию законов подобия насоса и разности заданных давлений:

где

— ускорение свободного падения;
— опорное значение напора, которое блок вычисляет путем квадратичной аппроксимации разницы давлений насоса между значениями параметров Максимальный напор при нулевой подаче, Номинальный напор и Максимальная подача при нулевом напоре;
— угловая скорость вала, ;
— значение параметра Эталонная угловая скорость вала;
— значение параметра Масштабный коэффициент диаметра рабочего колеса; этот блок не отражает изменения эффективности насоса в зависимости от его размера;
— плотность жидкости в сети.

Крутящий момент на валу равен

Опорная эффективная мощность рассчитывается как . Кривая КПД (efficiency) насоса имеет квадратичную форму, пик которой соответствует значению параметра Номинальная мощность, и она падает до нуля, когда производительность (расход) равна нулю или максимуму.

Блок вычисляет опорный расход следующим образом:

Параметризация одномерных табличных данных: напор и эффективная мощность как функции производительности

Если установить для параметра Параметризация насоса значение Табличная - зависимость напора и мощности от подачи при эталонной угловой скорости вала, прирост давления на насосе является функцией параметра Вектор эталонных значений напора, , который является функцией опорного значения расхода :

где — ускорение свободного падения.

Блок рассчитывает крутящий момент на валу на основе параметра Вектор эталонных значений мощности, , который является функцией опорного расхода:

где — значение параметра Эталонная плотность. Опорный расход равен

она используется блоком для интерполяции значений параметров Вектор эталонных значений подачи, Вектор эталонных значений напора и Вектор эталонных значений мощности в зависимости от .

Когда результаты моделирования выходят за пределы диапазона, заданного в таблицах, блок экстраполирует напор на основе среднего наклона кривых насоса и эффективной мощности до ближайшей точки.

Параметризация двумерных табличных данных: напор и эффективная мощность как функции производительности и угловой скорости вала

Если установить для параметра Параметризация насоса значение Табличная - зависимость напора и мощности от подачи и угловой скорости вала, прирост давления на насосе является функцией параметра Таблица напора, H(q,w), , который является функцией опорного расхода и угловой скорости вала :

Крутящий момент на валу является функцией параметра Таблица мощности, Wb(q,w), , который, в свою очередь, является функцией опорного расхода и угловой скорости вала :

Опорный расход равен

Недостающие данные

Если в вашей таблице есть неизвестные значения, используйте NaN вместо этих значений. Блок заполняет элементы NaN путем экстраполяции на основе среднего наклона кривых насоса. Не используйте искусственные числовые значения, поскольку они искажают поведение насоса при работе в этом диапазоне. При использовании неизвестных данных:

Элементы NaN в таблице должны располагаться последовательно;
Положения элементов NaN в таблице в параметрах Таблица напора, H(q,w) и Таблица мощности, Wb(q,w) должны совпадать;
Элементы NaN должны располагаться в левом нижнем углу таблицы, что соответствует наибольшей производительности и наименьшей угловой скорости вала.

Допущения и ограничения

Если вал вращается в направлении, противоположном заданному механическому положению, разница давлений на блоке падает до нуля, и результаты могут быть неточными.
Блок не учитывает динамическое давление в насосе. Блок учитывает только напор насоса, обусловленный статическим давлением.

Порты

Ненаправленные

# A — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с входным сечением насоса.

Имя для программного использования

port_a

# B — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с выходным сечением насоса.

Имя для программного использования

port_b

# R — вал рабочего колеса
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с валом.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус насоса
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с корпусом.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

# Параметризация насоса — параметризация напора и эффективной мощности
Подача, напор и мощность при эталонной угловой скорости вала | Табличная - зависимость напора и мощности от подачи при эталонной угловой скорости вала | Табличная - зависимость напора и мощности от подачи и угловой скорости вала

Details

Параметризация напора и эффективной мощности насоса, заданная следующим образом:

Подача, напор и мощность при эталонной угловой скорости вала — параметризация прироста давления насоса и крутящего момента на валу с помощью аналитических методов;
Табличная - зависимость напора и мощности от подачи при эталонной угловой скорости вала — параметризация напора и эффективной мощности на основе табличных данных напора и эффективной мощности при заданной производительности;
Табличная - зависимость напора и мощности от подачи и угловой скорости вала — параметризация напора и эффективной мощности на основе табличных данных напора и эффективной мощности при заданной производительности и угловой скорости вала.

Значения	`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed` \| `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`
Значение по умолчанию	`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed`
Имя для программного использования	`paramerization`
Вычисляемый	Нет

# Номинальная подача — объемный расход насоса
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Номинальный объемный расход насоса при заданной угловой скорости вала.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация насоса значение Подача, напор и мощность при эталонной угловой скорости вала.

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`45.0 l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_nominal`
Вычисляемый	Да

# Номинальный напор — напор насоса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Номинальный перепад давления насоса, нормированный относительно силы тяжести и плотности жидкости, при заданной угловой скорости вала.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`40.0 m`
Имя для программного использования	`nominal_head`
Вычисляемый	Да

# Номинальная мощность — мощность насоса
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Номинальная механическая мощность на валу при заданной угловой скорости.

Зависимости

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`0.85 kW`
Имя для программного использования	`nominal_mechanical_power`
Вычисляемый	Да

# Максимальный напор при нулевой подаче — максимальный напор насоса при отсутствии расхода
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Максимальный напор насоса при отсутствии расхода при заданной угловой скорости. Этот параметр определяет опорный перепад давления на насосе, который блок использует для аппроксимации квадратного уравнения для давления в дополнение к параметрам Номинальная подача, Номинальный напор и Максимальная подача при нулевом напоре.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`60.0 m`
Имя для программного использования	`max_head_at_zero_Vdot`
Вычисляемый	Да

# Максимальная подача при нулевом напоре — максимальный расход при нулевом напоре
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Максимальный объемный расход, создаваемый насосом при нулевом напоре при заданной угловой скорости. Этот параметр определяет опорный перепад давления на насосе, который блок использует для аппроксимации квадратного уравнения для давления в дополнение к параметрам Номинальная подача, Номинальный напор и Максимальный напор при нулевой подаче.

Зависимости

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`80.0 l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_max_at_zero_head`
Вычисляемый	Да

Details

Опорная угловая скорость для расчетов по закону подобия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация насоса значение Подача, напор и мощность при эталонной угловой скорости вала или Табличная - зависимость напора и мощности от подачи при эталонной угловой скорости вала.

Единицы измерения	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
Значение по умолчанию	`1770.0 rpm`
Имена для программного использования	`w_nominal`, `w_reference_1D`
Вычисляемый	Да

# Минимальный пороговый уровень скорости вращения вала в виде доли от эталонного значения — пороговое значение для минимальной угловой скорости вала

Details

Пороговое значение для минимальной скорости вращения вала в виде доли от опорной угловой скорости вала. Блок использует это значение, чтобы предотвратить обнуление скорости вращения вала и возникновение ошибки деления на ноль в выражении для .

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`w_threshold_factor`
Вычисляемый	Да

# Масштабный коэффициент диаметра рабочего колеса — отношение диаметра модели к опорному диаметру

Details

Отношение диаметра модели к опорному диаметру для расчетов по закону подобия. Измените это значение, если существует разница между опорным и системным диаметрами рабочего колеса, например, при проверке масштабирования насоса. Для системных насосов меньшего диаметра, чем эталонный насос, используйте значение меньше единицы. Для системных насосов большего диаметра, чем эталонный насос, используйте значение больше единицы. Блок не отражает изменения КПД насоса в зависимости от его размера.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`diameter_ratio`
Вычисляемый	Да

# Направление вращения — направление вращения вала
Положительная угловая скорость порта R относительно порта C соответствует нормальной работе насоса | Отрицательная угловая скорость порта R относительно порта C соответствует нормальной работе насоса

Details

Направление вращения вала для создания потока от порта A к порту B.

Значения	`Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation` \| `Negative angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation`
Значение по умолчанию	`Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation`
Имя для программного использования	`orientation`
Вычисляемый	Нет

# Проверьте, не выходит ли работа насоса за рамки нормального режима — опция уведомления о выходе блока за пределы рабочих параметров
Ничего | Ошибка

Details

Опция уведомления о выходе блока за пределы нормальных параметров работы насоса. Эта ситуация возникает, когда расход через насос отрицательный или превышает максимальную производительность насоса.

Зависимости

Значения	`None` \| `Error`
Значение по умолчанию	`None`
Имя для программного использования	`Vdot_assert_action`
Вычисляемый	Нет

# Вектор эталонных значений подачи — объемный расход
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Вектор объемных расходов для табличной параметризации напора насоса или эффективной мощности. Элементы этого вектора соответствуют один к одному элементам параметров Вектор эталонных значений напора и Вектор эталонных значений мощности. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. Отрицательная производительность — это ненормальное рабочее состояние, которое может возникнуть в определенных ситуациях.

Зависимости

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`[16.67, 30.0, 40.0, 53.33, 66.67, 83.33] l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_vector_1D`
Вычисляемый	Да

# Вектор эталонных значений напора — вектор напора насоса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Вектор значений напора насоса для одномерной табличной параметризации напора насоса и эффективной мощности. Этот параметр соответствует один к одному элементам параметра Вектор эталонных значений подачи. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. В ненормальных условиях эксплуатации в конце вектора возможен отрицательный напор или падение давления.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`[50.0, 47.5, 45.0, 40.0, 35.0, 25.0] m`
Имя для программного использования	`head_vector_1D`
Вычисляемый	Да

# Вектор эталонных значений мощности — вектор эффективной мощности насоса
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Вектор значений эффективной мощности насоса для одномерной табличной параметризации напора насоса и эффективной мощности. Этот параметр соответствует один к одному элементам параметра Вектор эталонных значений подачи. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. В ненормальных условиях эксплуатации в конце вектора возможна отрицательная эффективная мощность.

Зависимости

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`[0.6, 0.75, 0.85, 0.93, 0.98, 0.99] kW`
Имя для программного использования	`mechanical_power_vector_1D`
Вычисляемый	Да

# Эталонная плотность — плотность жидкости для заданных данных о производительности насоса
kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

Details

Опорная плотность жидкости. Обычно это значение указывается в справочном документе или техническом описании. Этот параметр масштабирует производительность насоса для различных жидкостей.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация насоса значение Табличная - зависимость напора и мощности от подачи при эталонной угловой скорости вала или`Табличная - зависимость напора и мощности от подачи и угловой скорости вала`.

Единицы измерения	`kg/m^3` \| `g/m^3` \| `g/cm^3` \| `g/mm^3` \| `lbm/ft^3` \| `lbm/gal` \| `lbm/in^3`
Значение по умолчанию	`998.21 kg/m^3`
Имена для программного использования	`rho_reference_1D`, `rho_reference_2D`
Вычисляемый	Да

# Вектор значений подачи, q — вектор объемных расходов
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Вектор объемных расходов для табличной параметризации напора насоса. Этот вектор образует независимую ось с параметром Угловая скорость вала, w для двумерных параметров Таблица напора, H(q,w) и Таблица мощности, Wb(q,w). Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. Отрицательная производительность — это ненормальное рабочее состояние, которое может возникнуть в определенных ситуациях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация насоса значение Табличная - зависимость напора и мощности от подачи и угловой скорости вала.

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`[16.67, 23.33, 30.0, 40.0, 53.33, 60.0] l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_vector_2D`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений угловых скоростей вращения вала для табличной параметризации напора насоса. Этот вектор образует независимую ось с параметром Вектор значений подачи, q для двумерных параметров Таблица напора, H(q,w) и Таблица мощности, Wb(q,w). Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания и должны быть больше 0.

Зависимости

Единицы измерения	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
Значение по умолчанию	`[2450.0, 2800.0, 3150.0, 3500.0] rpm`
Имя для программного использования	`w_vector_2D`
Вычисляемый	Да

# Таблица напора, H(q,w) — матрица напора насоса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Матрица размером значений напора насоса при заданном объемном расходе и угловой скорости. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. В ненормальных условиях эксплуатации в нижней части таблицы возможен отрицательный напор или падение давления. Блок использует линейную интерполяцию между элементами таблицы. и — размеры соответствующих векторов:

— количество элементов в параметре Вектор значений подачи, q;
— количество элементов в параметре Угловая скорость вала, w. Все строки должны быть расположены в строго возрастающем порядке.

Элементы NaN в таблице должны располагаться последовательно;
Положения элементов NaN в таблице в параметрах Таблица напора, H(q,w) и Таблица мощности, Wb(q,w) должны совпадать;
Элементы NaN должны располагаться в левом нижнем углу таблицы, что соответствует наибольшей производительности и наименьшей угловой скорости вала.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`[25.0 32.7 42.5 50.0; 24.0 31.7 41.0 49.0; 22.7 30.5 39.0 47.5; 20.0 28.0 36.0 45.0; 15.7 24.0 32.0 40.0; 12.5 21.0 29.5 37.5] m`
Имя для программного использования	`head_matrix_2D`
Вычисляемый	Да

# Таблица мощности, Wb(q,w) — матрица эффективной мощности насоса
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Матрица размером значений эффективной мощности насоса при заданном объемном расходе и угловой скорости. В нормальных условиях эксплуатации элементы этого параметра неотрицательны, но блок допускает отрицательные значения. Блок использует линейную интерполяцию между элементами таблицы. и — размеры соответствующих векторов:

— количество элементов в параметре Вектор значений подачи, q;
— количество элементов в параметре Угловая скорость вала, w. Все строки должны быть расположены в строго возрастающем порядке.

Элементы NaN в таблице должны располагаться последовательно;
Положения элементов NaN в таблице в параметрах Таблица напора, H(q,w) и Таблица мощности, Wb(q,w) должны совпадать;
Элементы NaN должны располагаться в левом нижнем углу таблицы, что соответствует наибольшей производительности и наименьшей угловой скорости вала.

Зависимости

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`[0.28 0.38 0.5 0.6; 0.31 0.41 0.55 0.68; 0.33 0.44 0.6 0.75; 0.36 0.48 0.65 0.83; 0.38 0.53 0.72 0.93; 0.39 0.55 0.75 0.97] kW`
Имя для программного использования	`mechanical_power_matrix_2D`
Вычисляемый	Да