Ступень компрессора

 
в палитре на схеме

Блок реализует модель ступени компрессора, создающего напор в соответствии с напорной характеристикой, и предназначен для создания расхода в гидравлическом контуре.

Характеристика компрессора представляет собой набор из четырех таблиц, хранящихся в соответствующем табличном файле с расширением «tbl»:
  1. Напорная характеристика

    Представляет собой степень повышения давления в компрессоре как функцию:

    аргумент X: приведенного расхода «Тип аргумента X в таблице №1»;

    аргумент Y: приведенной частоты вращения «Тип аргумента Y в таблице №1»;

  2. Характеристика КПД

    Представляет собой КПД компрессора или относительный перепад энтальпий как функцию:

    аргумент X: приведенного расхода или степени сжатия «Тип аргумента X в таблице №2»;

    аргумент Y: приведенной частоты вращения «Тип аргумента Y в таблице №2»;

  3. Моментная или мощностная характеристика

    Представляет собой приведенный момент или приведенную мощность на валу компрессора как функцию:

    аргумент X: приведенного расхода «Тип аргумента X в таблице №3»;

    аргумент Y: приведенной частоты вращения «Тип аргумента Y в таблице №3»;

  4. Таблица, определяющая типы приведенных параметров и коэффициенты пересчета
    Таблица, определяющая типы приведенных параметров и коэффициенты пересчета представлена на рисунке (Рисунок 1).

    Рисунок 1. Пример таблицы №4, определяющей типы приведенных параметров и коэффициенты пересчета

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:

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 пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Значение коэффициента kg:

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

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

Тип аргумента Y в таблице:

где w – абсолютная частота вращения компрессора [Гц];

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

kад – показатель адиабаты;

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

Значение коэффициента kw:

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

Тип функции Z в таблице:

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

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

Значение коэффициента kπ:

Всегда равно 1.

Для таблицы №2:

Тип аргумента X в таблице:

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

Значение коэффициента kg или kπ.

Тип аргумента Y в таблице:

Значение коэффициента kw.

Тип функции Z в таблице:

где ƞ=∆hад/(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];

∆hад – изоэнтропийный перепад энтальпии на ступени компрессора [Дж/кг];

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

Значение коэффициента kƞ или kĥ:

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

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

Для таблицы №3:

Тип аргумента X в таблице:

Значение коэффициента kg.

Тип аргумента Y в таблице:

Значение коэффициента kw.

Тип функции Z в таблице:

где N – мощность на валу компрессора [Вт];

M – момент на валу компрессора [Н⋅м];

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

Значение коэффициента kN или kM:

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

Прим.: 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 «Ротор» возможно организовать механическую связь вала компрессора с валом, например, электродвигателя или турбины (Рисунок 4). 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 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 дает пользователю возможность выбора способа задания тормозной харакетристики:

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].

Совместимые блоки

Соединение блока «Ступень компрессора» с помощью механических связей возможно со следующими блоками:
Является дочерним для блоков:

Математическая модель

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 пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

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

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

Входные порты

Блок не имеет входных портов.

Выходные порты

Имя Описание Тип линии связи
MPORT Механический порт для подключения совместимых блоков Механическая

Свойства

Название Имя Описание По умолчанию Тип данных
Номер элемента Element Номер элемента гидравлического канала, которому принадлежит объект. Объект оказывает влияние на гидравлическую связь между элементом канала с указанным номером и предыдущим элементом 1 Целое
Наличие механического порта MPort Механический порт необходим для подключения объекта к ротору Нет Двоичное
Номинальная частота вращения, Гц wn Номинальная частота вращения компрессора 1000 Вещественное
Частота вращения (относительная) w Относительная частота вращения объекта (используется при условии отсутствия подключения к ротору) 1 Вещественное
Характеристика FileName Имя файла с универсальной характеристикой объекта K002101 Имя файла базы данных
Тормозная характеристика Задание тормозной характеристики компрессора
Тип характеристики MType Способ задания тормозной характеристики:
  • «Не таблично»;
  • «Таблица мощности»;
  • «Таблица момента».
Не таблично Перечисление
Мощность (при w=1, G=0), Вт N0 Мощность на валу при нулевом расходе через объект и номинальной частоте частоте вращения (используется при не табличном способе задания тормозной характеристики) 0 Вещественное
Оформление Настройка отображения блока на схеме
Цвет tcolor Цвет графического примитива Синий Перечисление

Параметры

Название Имя Описание Тип данных
Напор, Па _pnas Текущее значение напора, создаваемого агрегатом Вещественное
Коэффициент сжатия _e Текущее значение коэффициента сжатия рабочего тела в агрегате Вещественное
Объемный расход, м³/с _qnas Текущее значение объемного расхода рабочего тела через агрегат Вещественное
Массовый расход, кг/с _gnas Текущее значение массового расхода рабочего тела через агрегат Вещественное
Частота вращения относительная _w_otn Текущее значение относительной частоты вращения компрессора Вещественное
Частота вращения абсолютная, Гц _w_abs Текущее значение абсолютной частоты вращения компрессора Вещественное
Мощность на валу, Вт _power Текущее значение мощности на валу компрессора Вещественное
Момент на валу, Н⋅м _moment Текущее значение момента на валу компрессора Вещественное
КПД _kpd Текущее значение КПД компрессора Вещественное
Коэффициент адиабаты _Kad Текущее значение коэффициента адиабаты рабочего тела компрессора Вещественное
Адиабатический перепад, К _dTad Текущее значение адиабатического перепада рабочего тела Вещественное
Давление на входе, Па _Pin Текущее значение давления рабочего тела на входе в компрессор Вещественное
Температура на входе, °C _Tin Текущее значение температуры рабочего тела на входе в компрессор Вещественное
Энтальпия на входе, Дж/кг _Hin Текущее значение энтальпии рабочего тела на входе в компрессор Вещественное
Давление на выходе, Па _Pou Текущее значение давления рабочего тела на выходе из компрессора Вещественное
Температура на выходе, °C _Tou Текущее значение температуры рабочего тела на выходе из компрессора Вещественное
Энтальпия на выходе, Дж/кг _Hou Текущее значение энтальпии рабочего тела на выходе из компрессора Вещественное
Аргумент X для напорной характеристики _e_G Величина рассчитанного аргумента X для напорной характеристики Вещественное
Аргумент Y для для напорной характеристики _e_W Величина рассчитанного аргумента Y для напорной характеристики Вещественное
Аргумент X для характеристики КПД _kpd_G Величина рассчитанного аргумента X для характеристики КПД Вещественное
Аргумент Y для характеристики КПД _kpd_W Величина рассчитанного аргумента Y для характеристики КПД Вещественное
Аргумент Y для тормозной характеристики _N_W Величина рассчитанного аргумента Y для тормозной характеристики Вещественное
Аргумент X для тормозной характеристики _N_G Величина рассчитанного аргумента X для тормозной характеристики Вещественное

Примеры

Примеры использования блока: