HS – Ступень компрессора

Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая модель, Сопутствующие материалы
палитра схема

Описание

Блок реализует модель ступени компрессора, создающего напор в соответствии с напорной характеристикой, и предназначен для создания расхода в гидравлическом контуре. Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Характеристика компрессора представляет собой набор из четырёх таблиц, хранящихся в соответствующем табличном файле с расширением «tbl»:

1. Напорная характеристика.

Представляет собой степень повышения давления в компрессоре как функцию:

аргумент X: приведённого расхода;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД компрессора или относительный перепад энтальпий как функцию:

аргумент X: приведённого расхода или степени сжатия;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

3. Моментная или мощностная характеристика.

Представляет собой приведённый момент или приведённую мощность на валу компрессора как функцию:

аргумент X: приведённого расхода;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

4. Таблица, определяющая типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта.

Рисунок 1. Пример таблицы №4, определяющей типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта

По горизонтали цифрами 1, 2, 3 обозначены номера таблиц (Рисунок 2):

  1. Таблица с напорной характеристикой.
  2. Таблица с характеристикой КПД.
  3. Таблица с мощностной или моментной характеристикой.

Рисунок 2. Номера таблиц обозначены по горизонтали цифрами 1, 2, 3

По вертикали цифрами 1 - 6 обозначены номера параметров (Рисунок 3):

Рисунок 3. Номера параметров обозначены по вертикали цифрами 1 - 6

Для таблицы №1:

1. Тип аргумента X в таблице:

где G – абсолютный массовый расход через компрессор [кг/с];

Tin – статическая температура на входе в компрессор [K];

Pin – статическое давление на входе в компрессор [Па];

T*in – полная температура на входе в компрессор [K];

P*in – полное давление на входе в компрессор [Па];

kg – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

2. Значение коэффициента kg:

Пример 1: если при использовании первого типа приведённого расхода таблица заполнена в кг/ч, то kg=3600.

Пример 2: если при использовании второго типа приведённого расхода таблица заполнена в (кг⋅K0.5)/(c⋅бар), то kg=10⁵.

3. Тип аргумента Y в таблице:

где w – абсолютная частота вращения компрессора [Гц];

∆Tад=Tin⋅(e(kад - 1)/kад - 1) – адиабатический перепад температур [K];

kад – показатель адиабаты;

kw – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

4. Значение коэффициента kw:

Пример: если при использовании первого типа приведённой частоты таблица заполнена в об/мин, то kw=60.

5. Тип функции Z в таблице:

где Pout – статическое давление на выходе из компрессора [Па],

P*out – полное давление на выходе из компрессора [Па].

6. Значение коэффициента kπ:

Всегда равно 1.

Для таблицы №2:

1. Тип аргумента X в таблице:

где kπ – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

2. Значение коэффициента kg или kπ.

3. Тип аргумента Y в таблице:

4. Значение коэффициента kw.

5. Тип функции Z в таблице:

где ƞ=(Cp⋅∆Tад)/(hout - hin) – КПД компрессора;

ĥ=(hout - hin)/hin – относительный перепад энтальпий;

hin – энтальпия теплоносителя на входе в компрессор [Дж/кг];

hout – энтальпия теплоносителя на выходе из компрессора [Дж/кг];

kƞ, kh – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента kƞ или kĥ:

Пример: если таблица КПД заполнена в %, то kƞ=100.

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kƞ или kh, а kƞ-1 или kh-1.

Для таблицы №3:

1. Тип аргумента X в таблице:

2. Значение коэффициента kg.

3. Тип аргумента Y в таблице:

4. Значение коэффициента kw.

5. Тип функции Z в таблице:

где N – мощность на валу компрессора [Вт];

M – момент на валу компрессора [Н⋅м];

kN, kM – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента kN или kM:

Пример: если при использовании первого типа приведённой мощности таблица заполнена в кВт, то kN=0.001.

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kN или kM, а kN-1 или kM-1.

Для просмотра и редактирования файлов расширения «tbl» имеется встроенный в SimInTech «Редактор таблиц». По умолчанию характеристики компрессоров располагаются в директории: «\SimInTech\bin\DataBase\HS\ENGINES\COMPRESSORS\».

При помощи блока HS – Ротор возможно организовать механическую связь вала компрессора с валом, например, электродвигателя или турбины. В таком случае частота вращения вала является величиной, рассчитываемой в блоке ротора. В противоположном случае, когда компрессор механически не соединен с ротором, частота вращения компрессора определяется свойством Частота вращения (относительная), то есть может быть задана константой непосредственно в свойствах блока или рассчитана в ином месте, например в скрипте или схеме автоматики.

Рисунок 4. Пример реализации модели турбокомпрессора за счет механической связи компрессора с турбиной при помощи ротора

При стыковке компрессора с ротором важную роль играет тормозная харакеристика. Свойство Тип характеристики даёт пользователю возможность выбора способа задания тормозной харакетристики:

  • использовать табличную моментную или мощностную характеристику из файла (таблица №3 соответствующего tbl-файла);
  • получить текущую мощность на валу, задав свойство Мощность (при w=1, G=0), Вт:

где N – текущее значение мощности на валу [Вт];

N0 – мощность при номинальной частоте вращения и нулевом расходе [Вт];

N' – мощность на валу, посчитанная через расход и перепад энтальпий [Вт];

N'' – мощность на валу, посчитанная через N0 и относительную частоту вращения ротора [Вт];

G – массовый расход [кг/с];

∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].

Порты наверх ↑

  • MPORT - механический порт для подключения совместимых блоков

Свойства наверх ↑

  • Номер элемента Element (Константа) - номер элемента гидравлического канала, которому принадлежит объект
  • Наличие механического порта MPort (Константа) - механический порт необходим для подключения объекта к ротору
  • Номинальная частота вращения, Гц wnom (Константа)
  • Частота вращения (относительная) w (Переменная) - текущая относительная частота вращения объекта (используется при условии отсутствия подключения к ротору)
  • Характеристика FileName (Константа) - имя файла с универсальной характеристикой объекта
  • Тип характеристики MType (Константа) - способ задания тормозной характеристики
  • Мощность (при w=1, G=0), Вт N0 (Переменная) - мощность на валу при нулевом расходе через объект и номинальной частоте частоте вращения (используется при не табличном способе задания тормозной характеристики)
  • Цвет tcolor (Константа) - цвет блока на схемном окне

Параметры наверх ↑

  • Напор, Па _pnas
  • Коэффициент сжатия _e
  • Объемный расход, м³/с _qnas
  • Массовый расход, кг/с _gnas
  • Частота вращения относительная _w_otn
  • Частота вращения абсолютная, Гц _w_abs
  • Мощность на валу, Вт _power
  • Момент на валу, Н⋅м _moment
  • КПД _kpd
  • Коэффициент адиабаты _Kad
  • Адиабатический перепад, К _dTad
  • Давление на входе, Па _Pin
  • Температура на входе, °C _Tin
  • Энтальпия на входе, Дж/кг _Hin
  • Давление на выходе, Па _Pou
  • Температура на выходе, °C _Tou
  • Энтальпия на выходе, Дж/кг _Hou
  • Аргумент X для напорной характеристики _e_G
  • Аргумент Y для напорной характеристики _e_W
  • Аргумент X для характеристики КПД _kpd_G
  • Аргумент Y для характеристики КПД _kpd_W
  • Аргумент X для тормозной характеристики _N_G
  • Аргумент Y для тормозной характеристики _N_W

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Физическая модель наверх ↑

Установка блока на канал или трубу обеспечивает вычисляемую по заданной табличной характеристике добавку давления к границе указанного в свойствах элемента гидравлического канала/трубы:

Добавка тепловой мощности к указанному элементу гидравлического канала/трубы вычисляется через КПД или относительный перепад энтальпий:

где kƞ, kh – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Вышеуказанные добавки давления и тепловой мощности передаются расчётному ядру для подстановки в уравнения сохранения импульса и энергиии соответственно.

В случае подключения компрессора к ротору текущее значение мощности (момента) на валу передаётся в блок ротора, где решается уравнение моментов, с целью определения текущей частоты вращения.

Сопутствующие материалы наверх ↑