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.
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 Пороговый перепад давления для смены режима насос-мотор и Пороговая угловая скорость для смены режима насос-мотор 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 Номинальный рабочий объем;
— значение параметра Nominal shaft angular velocity;
— значение параметра Объемный КПД при номинальных значениях;
— значение параметра Nominal pressure gain.
Момент трения, который зависит от перепада давления в насосе, рассчитывается как
где
— значение параметра Крутящий момент без нагрузки;
— коэффициент зависимости момента трения от давления при номинальном рабочем объеме, который определяется на основе значения параметра Механический КПД при номинальных значениях, :
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 Табличная - объемный и механический КПД, 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 Пороговый перепад давления для смены режима насос-мотор;
;
— значение параметра Пороговая угловая скорость для смены режима насос-мотор.
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 Табличная - объемные и механические потери, 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 Входной сигнал - объемный и механический КПД, то включены порты EV и EM. Внутренняя утечка и трение вала рассчитываются так же, как и при параметризации Табличная - объемный и механический КПД, за исключением того, что значения и поступают непосредственно на порты EV и EM соответственно.
Если для параметра Leakage and friction parameterization установлено значение Входной сигнал - объемные и механические потери, 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 Пороговый перепад давления для смены режима насос-мотор.
Момент трения рассчитывается как
где
— момент трения, полученный в порту LM;
— значение параметра Пороговая угловая скорость для смены режима насос-мотор.
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 Реакция на выход за пределы табличных данных значение Ошибка, 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 Реакция на выход из режима насоса.
Также можно контролировать функциональность насоса. Установите для параметра Реакция на давление меньше минимального давления насоса значение Ошибка, 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 .
Механические потери насоса в Н⋅м, заданные в виде скаляра.
Зависимости
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Входной сигнал - объемные и механические потери.
Типы данных
Float64
Поддержка комплексных чисел
Нет
Параметры
Pump
#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 Входной сигнал - объемный и механический КПД.
Вектор значений рабочих объемов для табличной параметризации утечки и момента трения. Этот вектор соответствует векторам Pressure gain vector, dp и Shaft angular velocity vector, w и таблицам Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) или Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D). Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемный и механический КПД или Табличная - объемные и механические потери.
#Реакция на выход из режима насоса —
сообщение о работе блока вне режима насоса
Ничего | Ошибка
Details
Выберите значение Ошибка, чтобы останавливать симуляцию, когда блок работает в режимах прямого или обратного гидромотора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Входной сигнал - объемные и механические потери.
Массив на на механических КПД при заданном перепаде давления жидкости, угловой скорости вращения вала и рабочем объеме. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.
Значения , и — это размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Pressure gain vector, dp;
— количество элементов вектора в параметре Shaft angular velocity vector, w;
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемный и механический КПД.
#Shaft angular velocity vector, w —
вектор значений угловой скорости для табличной параметризации
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Details
Вектор значений угловой скорости для табличной параметризации утечки и момента трения. Этот вектор соответствует векторам Pressure gain vector, dp и Вектор рабочих объемов, D и таблицам Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) или Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D). Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемный и механический КПД или Табличная - объемные и механические потери.
Единицы измерения
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Значение по умолчанию
[250, 500, 1000, 2000, 3000, 4000] rpm
Имена для программного использования
w_vector_loss, w_vector_efficiency
Вычисляемый
Да
#Leakage and friction parameterization —
метод расчета расхода утечки и момента трения
Analytical | Табличная - объемный и механический КПД | Табличная - объемные и механические потери | Входной сигнал - объемный и механический КПД | Входной сигнал - объемные и механические потери
Details
Параметризация характеристик утечки и трения насоса.
Analytical — расход утечки и момент трения рассчитываются по аналитическим уравнениям.
Табличная - объемный и механический КПД — объемный и механический КПД рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure gain vector, dp, Shaft angular velocity vector, w и Вектор рабочих объемов, D и интерполируются на основе соответствующих трехмерных таблиц Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) и Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D).
Табличная - объемные и механические потери — расход утечки и момент трения рассчитываются по заданным пользователем параметрам Pressure gain vector, dp, Shaft angular velocity vector, w и Вектор рабочих объемов, D и интерполируются на основе соответствующих трехмерных таблиц Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D).
Входной сигнал - объемный и механический КПД — объемный и механический КПД поступают в виде сигналов на порты EV и EM соответственно.
Входной сигнал - объемные и механические потери — расход утечки и момент трения поступают в виде сигналов на порты LV и LM соответственно.
Значения
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
Угловая скорость вала при номинальных рабочих условиях.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Analytical.
Единицы измерения
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Значение по умолчанию
1800.0 rpm
Имя для программного использования
w_nominal
Вычисляемый
Да
#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 Входной сигнал - объемный и механический КПД.
#Механический КПД при номинальных значениях —
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
Вычисляемый
Да
#Объемный КПД при номинальных значениях —
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
Вычисляемый
Да
#Pressure gain vector, dp —
вектор значений увеличения давления для табличной параметризации
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
Details
Вектор значений увеличения давления для табличной параметризации утечек и трения крутящего момента. Этот вектор соответствует векторам Shaft angular velocity vector, w и Вектор рабочих объемов, D и таблицам Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) или Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D). Элементы вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемный и механический КПД или Табличная - объемные и механические потери.
#Minimum volumetric efficiency —
минимальное значение объемного КПД
Details
Минимальное значение объемного КПД. Если входной сигнал 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 Входной сигнал - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
0.001
Имя для программного использования
min_volumetric_efficiency
Вычисляемый
Да
#Nominal pressure gain —
номинальное увеличение давления между входом и выходом жидкости
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
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.
Массив на на объемных КПД при заданном перепаде давления жидкости, угловой скорости вращения вала и рабочем объеме. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.
Значения , и — это размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Pressure gain vector, dp;
— количество элементов вектора в параметре Shaft angular velocity vector, w;
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемный и механический КПД.
#Пороговый перепад давления для смены режима насос-мотор —
пороговое давление для переходного режима
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
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 перепада 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:
#Реакция на выход за пределы табличных данных —
сообщение о выходе за пределы предоставленных данных
Ничего | Ошибка
Details
Выберите значение Ошибка, чтобы остановить симуляцию, когда блок использует значения, выходящие за пределы предоставленного диапазона данных.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization одно из значений:
Табличная - объемный и механический КПД;
Табличная - объемные и механические потери.
Значения
None | Error
Значение по умолчанию
None
Имя для программного использования
supplied_range_assert_action
Вычисляемый
Нет
#Реакция на давление меньше минимального давления насоса —
сообщение о низком давлении жидкости на выходе насоса
Ничего | Ошибка
Details
Выберите значение Ошибка, 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.
Значения
None | Error
Значение по умолчанию
None
Имя для программного использования
pressure_assert_action
Вычисляемый
Нет
#Пороговая угловая скорость для смены режима насос-мотор —
пороговая угловая скорость для переходного режима
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
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:
Массив на на объемных потерь при заданном перепаде давления жидкости, угловой скорости вращения вала и рабочем объеме. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.
Значения , и — это размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Pressure gain vector, dp;
— количество элементов вектора в параметре Shaft angular velocity vector, w;
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемные и механические потери.
Массив на на механических потерь при заданном перепаде давления жидкости, угловой скорости вращения вала и рабочем объеме. В блоке используется линейная интерполяция между элементами таблицы.
Значения , и — это размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Pressure gain vector, dp;
— количество элементов вектора в параметре Shaft angular velocity vector, w;
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Leakage and friction parameterization значение Табличная - объемные и механические потери.
#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 Входной сигнал - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
1.0
Имя для программного использования
max_volumetric_efficiency
Вычисляемый
Да
Pressure Compensation
#Displacement dynamics —
учитывать ли реакцию потока на изменение рабочего объема
Details
Нужно ли учитывать переходные эффекты в системе жидкости, вызванные изменением рабочего объема. Установка флажка Displacement dynamics аппроксимирует изменение условий открытия путем введения запаздывания первого порядка в реакцию потока. Параметр Time constant также влияет на моделируемую динамику открытия.
#Time constant —
постоянная времени
s | ns | us | ms | min | hr | d
Details
Константа, определяющая время, необходимое жидкости для достижения устойчивого состояния при изменении рабочего объема. Этот параметр влияет на моделирование динамики изменения рабочего объема.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Displacement dynamics.
Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавное изменение давления между значениями и .
Значение по умолчанию
0.01
Имя для программного использования
smoothing_factor
Вычисляемый
Да
#Pressure regulation range —
диапазон рабочего давления
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
Details
Рабочий диапазон давлений регулирования рабочего объема насоса. Насос работает в диапазоне между Set pressure differential и максимальным давлением насоса, которое равно .