Насос переменного рабочего объема в сети изотермической жидкости.
Описание
Блок Насос с переменным рабочим объемом (ИЖ) моделирует насос с переменным рабочим объемом. 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, который поступает в виде скалярного сигнала на порт D. Положительный рабочий объем на порту D соответствует положительному вращению вала в прямом режиме. Отрицательный рабочий объем на порту D 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 Порог перепада давления для перехода из режим работы насоса в режим мотора, Пороговая угловая скорость для перехода из режима насоса в режим мотора и Пороговый рабочий объем для перехода из режима насоса в режим мотора 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 Параметризация утечек и трения установлено значение Аналитическая, то блок рассчитывает утечку и момент трения на основе номинальных 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-Пуазейля для расчета аналитических потерь:
где
— значение параметра Номинальный рабочий объем;
— значение параметра Номинальная угловая скорость вала;
— значение параметра Объемный КПД при номинальных условиях;
— значение параметра Номинальное увеличение давления.
Момент трения, который зависит от перепада давления в насосе, рассчитывается как:
где
— значение параметра Крутящий момент при отсутствующей нагрузке;
— коэффициент зависимости момента трения от давления при номинальном рабочем объеме, который определяется на основе значения параметра Механический КПД при номинальных условиях, :
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 восьмии 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 Параметризация утечек и трения 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 Порог перепада давления для перехода из режим работы насоса в режим мотора;
;
— значение параметра Пороговая угловая скорость для перехода из режима насоса в режим мотора.
Момент трения равен:
где
;
;
— механический КПД, который интерполируется на основе предоставленных пользователем табличных данных.
Табличные данные — параметризация объемных и механических потерь
Если для параметра Параметризация утечек и трения 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 Вектор рабочих объемов, 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 Таблица механического КПД, η_m(Δp,ω,D), который основан на данных, предоставленных пользователем, о перепаде давления, угловой скорости вала и рабочем объеме жидкости.
Параметризация через входной сигнал
Если для параметра Параметризация утечек и трения установлено значение Табличная - 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 Параметризация утечек и трения 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 Порог перепада давления для перехода из режим работы насоса в режим мотора.
Момент трения рассчитывается как:
где
— момент трения, полученный в порту LM;
— значение параметра Пороговая угловая скорость для перехода из режима насоса в режим мотора.
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.
Если нужно узнать, работает ли блок за пределами предоставленных табличных данных, то можно установить для параметра Проверьте, не выходит ли режим работы за пределы диапазона 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 Проверьте, не выходит ли режим работы блока за режим насоса.
Также можно контролировать функциональность насоса. Установите для параметра Проверьте, не опускается ли давление на выход ниже минимального значение Ошибка, чтобы остановить моделирование, когда давление на выходе будет ниже минимального заданного значения.
Механические потери насоса в Н⋅м, заданный в виде скаляра.
Зависимости
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Входной сигнал - объемные и механические потери.
Типы данных
Float64
Поддержка комплексных чисел
Нет
Параметры
Параметры
#Параметризация утечек и трения —
метод расчета расхода утечки и момента трения
Аналитическая | Табличная - объемный и механический КПД | Табличная - объемные и механические потери | Табличная - объемный и механический КПД | Входной сигнал - объемные и механические потери
Details
Параметризация характеристик утечки и трения насоса.
Аналитическая — расход утечки и момент трения рассчитываются по аналитическим уравнениям.
Табличная - объемный и механический КПД — объемный и механический КПД рассчитываются по заданным пользователем параметрам Вектор увеличения давления, Δp и Вектор угловых скоростей вала, ω и Вектор рабочих объемов, D и интерполируются на основе соответствующих трехмерных таблиц Таблица объемного КПД, η_v(Δp,ω,D) и Таблица механического КПД, η_m(Δp,ω,D).
Tabulated data - volumetric and mechanical loss — расход утечки и момент трения рассчитываются по заданным пользователем параметрам Вектор увеличений давления, Δp и Вектор угловых скоростей вала, ω и Вектор рабочих объемов, D и интерполируются на основе соответствующих трехмерных таблиц Вектор рабочих объемов, D и Таблица механических потерь, M_loss(Δp,ω,D).
Табличная - 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
#Номинальная угловая скорость вала —
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 Параметризация утечек и трения значение Аналитическая.
Значения
rpm | deg/s | rad/s
Значение по умолчанию
1800.0 rpm
Имя для программного использования
w_nominal
#Номинальное увеличение давления —
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 Параметризация утечек и трения значение Аналитическая.
Значения
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Значение по умолчанию
10.0 MPa
Имя для программного использования
p_nominal
#Объемный КПД при номинальных условиях —
объемный КПД
Details
Отношение фактического расхода к идеальному расходу при номинальных условиях.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Аналитическая.
Значение по умолчанию
0.92
Имя для программного использования
nominal_volumetric_efficiency
#Механический КПД при номинальных условиях —
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 Параметризация утечек и трения значение Аналитическая.
Значение по умолчанию
0.88
Имя для программного использования
nominal_mechanical_efficiency
#Крутящий момент при отсутствующей нагрузке —
момент трения покоя
N*m | mN*m | lbf*ft
Details
Минимальное значение крутящего момента для преодоления трения уплотнения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Аналитическая.
Значения
N*m | mN*m | lbf*ft
Значение по умолчанию
0.0 N*m
Имя для программного использования
no_load_torque
#Вектор увеличения давления, Δp —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
Значения
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Значение по умолчанию
[0.1, 1.0, 2.0] MPa
Имя для программного использования
delta_p_vector_efficiency
#Вектор угловых скоростей вала, ω —
вектор значений угловой скорости для табличной параметризации
rpm | deg/s | rad/s
Details
Вектор значений 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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
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 Вектор увеличения давления, Δp.
— количество элементов вектора в параметре Вектор угловых скоростей вала, ω.
— количество элементов вектора в параметре Displacement vector, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
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 Вектор увеличения давления, Δp.
— количество элементов вектора в параметре Вектор угловых скоростей вала, ω.
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
#Вектор увеличений давления, Δp —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемные и механические потери.
Значения
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Значение по умолчанию
[0.1, 1.0, 2.0] MPa
Имя для программного использования
delta_p_vector_loss
#Вектор угловых скоростей вала, ω —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемные и механические потери.
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 Вектор увеличений давления, Δp.
— количество элементов вектора в параметре Вектор угловых скоростей вала, ω.
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения 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 Вектор увеличений давления, Δp.
— количество элементов вектора в параметре Вектор угловых скоростей вала, ω.
— количество элементов вектора в параметре Вектор рабочих объемов, D.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемные и механические потери.
#Минимальный объемный КПД —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
1e-3
Имя для программного использования
min_volumetric_efficiency
#Максимальный объемный КПД —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
1.0
Имя для программного использования
max_volumetric_efficiency
#Минимальный механический КПД —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
1e-3
Имя для программного использования
min_mechanical_efficiency
#Максимальный механический КПД —
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 Параметризация утечек и трения значение Табличная - объемный и механический КПД.
Значение по умолчанию
1.0
Имя для программного использования
max_mechanical_efficiency
#Порог перепада давления для перехода из режим работы насоса в режим мотора —
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 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 Параметризация утечек и трения одно из значений:
Табличная - объемный и механический КПД;
Табличная - объемный и механический КПД;
Входной сигнал - объемные и механические потери.
Значения
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Значение по умолчанию
1e-3 MPa
Имя для программного использования
p_threshold
#Пороговая угловая скорость для перехода из режима насоса в режим мотора —
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 Параметризация утечек и трения одно из значений:
Табличная - объемный и механический КПД;
Табличная - объемный и механический КПД;
Входной сигнал - объемные и механические потери.
Значения
rpm | deg/s | rad/s
Значение по умолчанию
100.0 rpm
Имя для программного использования
w_threshold
#Пороговый рабочий объем для перехода из режима насоса в режим мотора —
пороговое значение рабочего объема для переходного режима
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
Пороговое значение рабочего объема для перехода между режимами работы насоса и гидромотора. Область перехода определяется вокруг 0 см3/с между положительным и отрицательным значениями порогового рабочего объема. 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.