Объект: PTPVPM

../../../../_images/logo_ru_no_text.png

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PTPVPM

Аннотация: Механически управляемый насос, принимающий на вход рад/с

Обозначение: Механически управляемый насос, принимающий на вход рад/с

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

PortA

PNEUMATIC

Теплогидравлический порт А

2

PortB

PNEUMATIC

Теплогидравлический порт B

3

PortC

MECH1D_R

Механический порт C

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

D

real

Диаметр элемента, м

m

0.01

2

Fluid

Имя объекта свойств среды

Fluid

3

JR

real

Момент инерции, кг*м2

kg*m**2

1e-8

4

KPD

real

Общий КПД

0.8

5

KPD0

real

Объемный КПД

m**3

0.9

6

L

real

Длина элемента, м

m

0.01

7

NN

real

Частота рабочей точки, рад/c

Hz

1000

8

P0

real

Начальное давление на элементе, Па

Pa

101325

9

PN

real

Перепад рабочей точки, Па

Pa

5e5

10

T0

real

Начальная температура в линии гидравлического порта, К

K

293.15

11

Vr

real

Рабочий объем, м3

m**3

1e-4

Расчетные и измеряемые величины:

№

Параметр

Описание

Единица

1

V_Pressure1

Давление на порте

Pa

2

V_SpecificEnthalpy1

Удельная энтальпия;

J/kg

3

V_Density1

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

4

V_Temperature1

Температура рабочей среды на порте;

K

5

S_MassFlow1

Массовый расход на порте ;

kg/s

6

S_EnthalpyFlow1

Поток энтальпии на порте ;

W

7

V_Pressure2

Давление на порте

Pa

8

V_SpecificEnthalpy2

Удельная энтальпия;

J/kg

9

V_Density2

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

10

V_Temperature2

Температура рабочей среды на порте;

K

11

S_MassFlow2

Массовый расход на порте ;

kg/s

12

S_EnthalpyFlow2

Поток энтальпии на порте ;

W

13

V_AngularSpeed3

Угловая скорость на порте ;

rad/s

14

A_AngularAcceleration3

Угловое ускорение на порте ;

rad/s**2

15

X_AngularMotion3

Угловое перемещение ;

rad

16

S_Torque3

Крутящий момент на порте ;

N*m

Пример использования компонента

Модель механически управляемого насоса (PTPVPM)

Элемент моделирует объёмный насос с механическим приводом, учитывая рабочий объём, перепад рабочей точки, частоту рабочей точки, объёмный и общий КПД, момент инерции, геометрические параметры и свойства рабочей среды. Позволяет рассчитывать объёмный расход в зависимости от частоты вращения и перепада давления на портах. Используется в гидравлических и пневматических системах для моделирования насосов с механическим приводом.

Изменение объемного расхода при увеличении перепада давлений на портах.

Начальные данные:

Параметры модели (PTPVPM1)
Vr = 0.000001 - Рабочий объем, м^3
PN = 50000 - Перепад рабочей точки, Па
NN = 50 - Частота рабочей точки, рад/с
KPD0 = 0.9 - Объемный КПД
KPD = 0.8 - Общий КПД
JR = 0.0000001 - Момент инерции, кг*м²
D = 0.01 - Диаметр элемента, м
L = 0.01 - Длина элемента, м
P0 = 101300 - Начальное давление на элементе, Па
T0 = 300 - Начальная температура в линии гидравлического порта, К
Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Управляющий сигнал
C = 50 - Частота вращения, рад/с

Параметры источника перепада давления (TrapeziumSource3)
VL = 101300 Па - Нижний уровень давления
VH = 201300 Па - Верхний уровень давления
D = 0.0 - Начальная задержка, с
FT = 10 - Продолжительность переднего фронта, с
HT = 10 - Продолжительность вершины импульса, с
BT = 1.0 - Продолжительность заднего фронта, с
CT = 0.0 - Период

Граничные условия
PT1SPT1: P = 101300 Па, T = 300 К
PT2SPT1: P = 101300 Па, T = 300 К
C = 300 - задатчик температуры (верхний)

Датчики
PT01VS1: датчик объемного расхода, types = Current_PT, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 300, Fluid = DryAir
Датчик перепада давления dp (PTPVPM.dp)

Параметры интегрирования
end = 10 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит механически управляемый насос PTPVPM1, приводимый во вращение от источника SW1 с сигналом C = 50 рад/с. Насос включён между граничными условиями PT1SPT1 и PT2SPT1 с начальным давлением 101300 Па и температурой 300 К. Перепад давления на насосе создаётся трапециевидным источником TrapeziumSource3, который изменяет давление от 101300 до 201300 Па (перепад от 0 до 100000 Па) с передним фронтом 10 с. Объемный расход измеряется датчиком PT01VS1 (Qv), перепад давления — датчиком dp. Результаты выводятся на осциллографы Qqv и Dp.

Результат:

Теоретический расход:

\[Q_v = V_r \cdot \omega_r, \quad \text{где } \omega_r = \frac{\mathrm{Sig}}{2\pi}\]

где \(\mathrm{Sig}\) — подаваемый сигнал на механический порт (рад/с).

Из-за перепада давлений жидкость перетекает обратно:

\[Q_p = K_G \cdot \Delta P\]
\[K_G = \frac{Q_T}{P_N} \cdot (1 - \mathrm{KPD0}), \quad Q_T = V_r \cdot N_N\]

Потери начнут превышать расход при \(Q_v < Q_p\):

\[\begin{split}\begin{aligned} V_r \cdot \frac{\mathrm{Sig}}{2\pi} &< \frac{V_r \cdot N_N \cdot (1 - \mathrm{KPD0}) \cdot \Delta P}{P_N} \\ \frac{\mathrm{Sig} \cdot P_N}{2\pi \cdot N_N \cdot (1 - \mathrm{KPD0})} &< \Delta P \\ \frac{50 \cdot 50000}{2 \cdot 3.14 \cdot 50 \cdot (1 - 0.9)}\ \text{Па} &< \Delta P \end{aligned}\end{split}\]

Перепад \(\Delta P\) с нулевым расходом \(\approx 79.6\) кПа.

На графике Dp показано линейное возрастание перепада давления от 0 до 100000 Па за 10 секунд. На графике Qqv показано изменение объемного расхода: при увеличении перепада расход уменьшается, проходит через нуль при \(\Delta P \approx 79.6\) кПа (примерно 8 с) и становится отрицательным. Это подтверждает корректность работы модели механически управляемого насоса.

Схема теста
../../../../_images/PTPVPM.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста
../../../../_images/PTPVPM.Dp.png

Рисунок 2 - Перепад давления Dp

../../../../_images/PTPVPM.Qqv.png

Рисунок 3 - Объемный расход Qqv