Документация Engee

Fixed-Displacement Pump (IL)

Насос постоянного рабочего объема в сети изотермической жидкости.

fixed displacement pump il

Описание

Блок Fixed-Displacement Pump (IL) моделирует насос постоянного рабочего объема. 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 возникает при падении давления в направлении потока.

fixed displacement pump il 1

Блок имеет четыре режима работы. Режим работы зависит от перепада давления от порта A к порту B и угловой скорости :

  • Режим 1, прямой режим насоса: положительная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта A до порта B и поток от порта A до порта B.

  • Режим 2, обратный режим гидромотора: поток от порта B к порту A вызывает снижение давления от порта B к порту A и отрицательную угловую скорость вала.

  • Режим 3, обратный режим насоса: отрицательная угловая скорость вала вызывает повышение давления от порта B к порту A и поток от порта B к порту A.

  • Режим 4, прямой режим гидромотора: поток из порта A в порт B вызывает снижение давления от порта A до порта B и положительную угловую скорость вала.

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.

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.

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 номинальных значений скорости вращения вала, усиления давления и механического и объемного КПД. Расход утечки, который зависит от перепада давления на насосе, рассчитывается как:

где

  • ;

  • — средняя плотность жидкости;

  • — коэффициент Хагена-Пуазейля для расчета аналитических потерь:

    где

    • — значение параметра Displacement;

    • — значение параметра Nominal shaft angular velocity;

    • — значение параметра Volumetric efficiency at nominal conditions;

    • — значение параметра Nominal pressure gain.

Момент трения, который связан с перепадом давления насоса, рассчитывается следующим образом:

где

  • — значение параметра No-load torque;

  • — коэффициент зависимости момента трения от давления при номинальном рабочем объеме, который определяется по значению параметра Mechanical efficiency at nominal conditions, :

    где — момент трения в номинальных условиях:

  • — угловая скорость вала, или .

Табличные данные для параметризации

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 четырех режимов работы, то блок рассчитывает дополнительные данные для другого режима (режимов), расширяя заданные данные в оставшиеся квадранты.

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 loss, 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).

Момент трения вала равен

где — интерполяция из параметра Mechanical loss table, torque_loss(dp,w), который основан на данных, предоставленных пользователем, для перепада давления и угловой скорости вала.

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 outside of motor 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.

Порты

Ненаправленные

# A — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Порт входа или выхода жидкости в насосе.

Имя для программного использования

port_a

# B — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Порт входа или выхода жидкости в насосе.

Имя для программного использования

port_b

# R — механический порт
вращательная механика

Details

Угловая скорость вращения и крутящий момент вала.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — механический порт
вращательная механика

Details

Угловая скорость и крутящий момент корпуса.

Имя для программного использования

case_flange

Вход

# EV — объемный КПД
скаляр

Details

Объемный КПД, заданный в виде скаляра. Значение должно находиться в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Типы данных

Float64
Поддержка комплексных чисел

Нет

# EM — механический КПД
скаляр

Details

Механический КПД насоса, заданный в виде скаляра. Значение должно находиться в диапазоне от 0 до 1.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Типы данных

Float64
Поддержка комплексных чисел

Нет

# LV — объемный расход утечки
скаляр

Details

Объемные потери насоса в м3/с, заданные в виде скаляра.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Типы данных

Float64
Поддержка комплексных чисел

Нет

# LM — момент трения
скаляр

Details

Механические потери насоса в Н⋅м, заданный в виде скаляра.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Типы данных

Float64
Поддержка комплексных чисел

Нет

Параметры

Parameters

# Leakage and friction parameterization — метод расчета расхода утечки и момента трения
Analytical | Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies | Tabulated data - volumetric and mechanical losses | Input signal - volumetric and mechanical efficiencies | Input signal - volumetric and mechanical losses

Details

Параметризация характеристик утечки и трения гидромотора.

  • Analytical — расход утечки и момент трения рассчитываются по аналитическим уравнениям.

  • Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies — объемный и механический КПД рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure gain vector, dp и Shaft angular velocity vector, w и интерполируются на основе соответствующих двумерных таблиц Volumetric efficiency table, e_v(dp,w) и Mechanical efficiency table, e_m(dp,w).

  • Tabulated data - volumetric and mechanical loss — расход утечки и момент трения рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure gain vector, dp и Shaft angular velocity vector, w и интерполируются на основе соответствующих двумерных таблиц Volumetric loss table, q_loss(dp,w) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w).

  • Input signal - volumetric and mechanical efficiencies — объемный и механический КПД поступают в виде сигналов на порты EV и EM соответственно.

  • Input signal - volumetric and mechanical loss — расход утечки и момент трения поступают в виде сигналов на порты LV и LM соответственно.

Значение по умолчанию

Analytical
Имя для программного использования

leakage_and_friction_parameterization_pump

# Displacement — рабочий объем
l/rad | l/rev | gal/rad | gal/rev | igal/rad | m^3/deg | m^3/rad | m^3/rev | cm^3/rad | cm^3/rev | mm^3/rad | km^3/rad | ft^3/rad | in^3/deg | in^3/rad | in^3/rev | N*m/Pa/rad | N*m/bar/rad | lbf*ft/psi/rad

Details

Количество жидкости, вытесненной вращающимся валом при номинальных или типичных условиях эксплуатации.

Значение по умолчанию

30.0 cm^3/rev
Имя для программного использования

displacement

# Nominal shaft angular velocity — номинальная угловая скорость вала
rpm | deg/s | rad/s

Details

Угловая скорость вала при номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.

Значение по умолчанию

1800.0 rpm
Имя для программного использования

w_nominal

# Nominal pressure gain — номинальное увеличение давления между входом и выходом жидкости
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Увеличение давления между входом и выходом насоса при номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.

Значение по умолчанию

10.0 MPa
Имя для программного использования

p_nominal

# Volumetric efficiency at nominal conditions — объемный КПД

Details

Отношение фактического расхода к идеальному расходу при номинальных условиях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.

Значение по умолчанию

0.92
Имя для программного использования

nominal_volumetric_efficiency

# Mechanical efficiency at nominal conditions — механический КПД при номинальных условиях

Details

Отношение фактического крутящего момента к идеальному крутящему моменту, создаваемому в номинальных условиях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.

Значение по умолчанию

0.88
Имя для программного использования

nominal_mechanical_efficiency

# No-load torque — момент трения покоя
N*m | mN*m | lbt*ft

Details

Минимальное значение крутящего момента для преодоления трения уплотнения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.

Значение по умолчанию

0.0 N*m
Имя для программного использования

no_load_torque

# Pressure gain vector, dp — вектор значений увеличения давления для табличной параметризации
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Вектор значений увеличения давления для табличной параметризации утечек и трения крутящего момента. Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

[0.1, 1.0, 2.0] MPa
Имя для программного использования

delta_p_vector_efficiency

# Shaft angular velocity vector, w — вектор значений угловой скорости для табличной параметризации
rpm | deg/s | rad/s

Details

Вектор данных угловой скорости для табличной параметризации утечки и момента трения. Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

[250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 3000.0, 4000.0] rpm
Имя для программного использования

w_vector_efficiency

# Volumetric efficiency table, e_v(dp,w) — таблица объемного КПД

Details

Матрица на объемных КПД при заданном увеличении давления жидкости и угловой скорости вращения вала. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.

Значения и — это размеры соответствующих векторов:

  • — количество элементов в векторе увеличения давления Pressure gain vector, dp.

  • — количество элементов в векторе угловой скорости Shaft angular velocity vector, w.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

[0.816 0.908 0.954 0.977 0.981 0.984; 0.325 0.663 0.831 0.916 0.925 0.946; 0.137 0.568 0.78 0.892 0.893 0.910]
Имя для программного использования

volumetric_efficiency_matrix

# Mechanical efficiency table, e_m(dp,w) — таблица механического КПД

Details

Матрица на механических КПД при заданном увеличении давления жидкости и угловой скорости вращения вала. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы. Значения и — это размеры соответствующих векторов:

  • — количество элементов в векторе увеличения давления Pressure gain vector, dp.

  • — количество элементов в векторе угловой скорости Shaft angular velocity vector, w.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

[0.996 0.996 0.996 0.996 0.996 0.996; 0.988 0.989 0.989 0.989 0.989 0.990; 0.981 0.981 0.982 0.982 0.983 0.984]
Имя для программного использования

mechanical_efficiency_matrix

# Pressure gain vector, dp — вектор значений увеличения давления для табличной параметризации
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Вектор значений увеличения давления для табличной параметризации утечек и трения крутящего момента. Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

[0.1, 1.0, 2.0] MPa
Имя для программного использования

delta_p_vector_loss

# Shaft angular velocity vector, w — вектор значений угловой скорости для табличной параметризации
rpm | deg/s | rad/s

Details

Вектор данных угловой скорости для табличной параметризации утечки и момента трения. Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

[250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 3000.0, 4000.0] rpm
Имя для программного использования

w_vector_loss

# Volumetric loss table, q_loss(dp,w) — объемные потери для табличной параметризации
m^3/s | m^3/h | cm^3/s | mm^3/s | ft^3/s | lpm | l/s | gpm | gal/s | gal/h

Details

Матрица на объемных потерь при заданном увеличении давления жидкости и угловой скорости вращения вала. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.

Значения и — это размеры соответствующих векторов:

  • — количество элементов в векторе увеличения давления Pressure gain vector, dp.

  • — количество элементов вектора в параметре Shaft angular velocity vector, w.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

1e-3*[0.0230 0.0230 0.0230 0.0230 0.0285 0.0320; 0.0844 0.0842 0.0845 0.0840 0.1125 0.1080; 0.1079 0.1080 0.1100 0.1080 0.1605 0.1800] m^3/s
Имя для программного использования

volumetric_loss_matrix

# Mechanical loss table, torque_loss(dp,w) — механические потери для табличной параметризации
N*m | mN*m | lbt*ft

Details

Матрица на механических потерь при заданном увеличении давления жидкости и угловой скорости вращения вала.

В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы. Значения и — это размеры соответствующих векторов:

  • — количество элементов в векторе увеличения давления Pressure gain vector, dp.

  • — количество элементов в векторе угловой скорости Shaft angular velocity vector, w.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Tabulated data - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

[0.0020 0.0020 0.0020 0.0020 0.0020 0.0020; 0.0607 0.0556 0.0556 0.0556 0.0556 0.0505; 0.1937 0.1937 0.1833 0.1833 0.1729 0.1626] N*m
Имя для программного использования

mechanical_loss_matrix

# Minimum volumetric efficiency — минимальное значение объемного КПД

Details

Минимальное значение объемного КПД. Если входной скаляр ниже этого значения, то объемный КПД устанавливается на минимальное значение объемного КПД.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

1e-3
Имя для программного использования

min_volumetric_efficiency

# Maximum volumetric efficiency — максимальное значение объемного КПД

Details

Максимальное значение объемного КПД. Если входной сигнал превышает это значение, то объемный КПД устанавливается на максимальное значение объемного КПД.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

1.0
Имя для программного использования

max_volumetric_efficiency

# Minimum mechanical efficiency — минимальное значение механического КПД

Details

Минимальное значение механического КПД. Если входной сигнал ниже этого значения, то механический КПД устанавливается на минимальное значение механического КПД.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

1e-3
Имя для программного использования

min_mechanical_efficiency

# Maximum mechanical efficiency — максимальное значение механического КПД

Details

Максимальное значение механического КПД. Если входной сигнал выше этого значения, то механический КПД устанавливается на максимальное значение механического КПД.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

Значение по умолчанию

1.0
Имя для программного использования

max_mechanical_efficiency

# Pressure gain threshold for pump-motor transition — пороговое давление для переходного режима
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Пороговое значение увеличения давления для перехода между режимами работы насоса и гидромотора. Область перехода определяется в районе 0 МПа между положительным и отрицательным значениями порогового увеличения давления. В пределах этой области вычисленные расход утечки и момент трения корректируются в соответствии с переходным членом , чтобы обеспечить плавный переход от одного режима к другому.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для Leakage and friction parameterization одно из значений:

  • Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies;

  • Input signal - volumetric and mechanical efficiencies;

  • Input signal - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

1e-3 MPa
Имя для программного использования

p_threshold

# Angular velocity threshold for pump-motor transition — пороговая угловая скорость для переходного режима
rpm | deg/s | rad/s

Details

Пороговое значение угловой скорости для перехода между режимами работы насоса и гидромотора. Область перехода определяется вокруг 0 об/мин между положительным и отрицательным значениями пороговой угловой скорости. В пределах этой области вычисленные расход утечки и момент трения корректируются в соответствии с переходным членом , чтобы обеспечить плавный переход от одного режима к другому.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для Leakage and friction parameterization одно из значений:

  • Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies;

  • Input signal - volumetric and mechanical efficiencies;

  • Input signal - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

100.0 rpm
Имя для программного использования

w_threshold

# Check if operating beyond the range of supplied tabulated data — сообщение о выходе за пределы предоставленных данных
None | Error

Details

Выберите значение Error, чтобы остановить симуляцию, когда блок использует значения, выходящие за пределы предоставленного диапазона данных.

Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Tabulated data - torque and speed, то этот параметр также проверяет, работает ли блок в области значений NaN.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization одно из значений:

  • Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies;

  • Tabulated data - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

None
Имя для программного использования

supplied_range_assert_action

# Check if operating beyond pump mode — сообщение о работе блока вне режима насоса
None | Error

Details

Выберите Error, чтобы останавливать симуляцию, когда блок работает в режимах прямого или обратного насоса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Input signal - volumetric and mechanical losses.

Значение по умолчанию

None
Имя для программного использования

operating_mode_assert_action

# Check if pressures are less than pump minimum pressure — сообщение о низком давлении жидкости на выходе насоса
None | Error

Details

Выберите Error, чтобы остановить симуляцию, когда давление на выходе падает ниже минимального заданного значения.

Этот параметр помогает определить потенциальные условия для возникновения кавитации, когда давление жидкости падает ниже давления пара жидкости.

Значение по умолчанию

None
Имя для программного использования

pressure_assert_action

# Pump minimum pressure — нижний порог допустимого давления на выходе из насоса
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Нижний порог допустимого давления на входе или выходе насоса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для Check if pressures are less than pump minimum pressure значение Error.

Значение по умолчанию

0.101325 MPa
Имя для программного использования

p_valid_min