Насос
Моделирование работы насоса с учетом электропривода в канале осуществляется элементом Насос c приводом. Чтобы добавить насос в канал общего вида необходимо выполнить следующие действия:
- Выбрать в палитре боков (закладка "Технологические блоки"), блок Насос c приводом (см. Рис. 1)
- Осуществить клик левой клавишей мыши на блоке Канал общего вида в схемном окне.
После добавления насоса на схему ТРР к нему можно подключать механические линии связи с ротором.
Если насос, помещен на канал общего вида, то при наведении на него курсора мыши отображается всплывающая подсказка, где ,в строке Владелец, указывается имя канала в который установлен насос. (см. Рис. 2)
По умолчанию порт для подключения механической связи расположении сверху элемента. Для изменения расположения порта необходимо воспользоваться закладкой. "Порты" диалогового окна "Свойства элемента" (Рис. 3).
Принцип расчета насоса.
С точки зрения моделирования термодинамических процессов в теплоносителе, турбина и насос это одно и то же устройство, преобразующее энергию либо из механической в тепловую, либо наоборот. В зависимости от режима течения теплоносителя и направления вращения ротора, одно и то же устройство может выполнять как функции турбины, так и функции насоса. В ПК TPP это устройство описано одними и теми же уравнениями и, с точки зрения программы, турбина и насос отличаются только наличием признака создания напора (для насоса).
Для описания насоса необходимо задать двумерные таблицы, описывающие следующие физические параметры:
- Зависимость относительного гидравлического сопротивления устройства (относительного местного сопротивления, заданного для элемента канала, описывающего данное устройство) от режима работы;
- Зависимость коэффициента полезного действия устройства от режима работы;
- Зависимость момента сопротивления при малых оборотах ротора или малых расхода рабочего тела от режима работы. Этот параметр необходимо задавать, т.к. модели преобразования механической мощности в напор насоса не обеспечивают корректный расчет этих параметров вблизи нулевых расходов теплоносителя и нулевой частоты вращения ротора;
- Напор-расходную характеристику насоса.
Настройка насоса с приводом
Для редактирования элемента необходимо нажать правую кнопку мыши на элементе и во всплывающем меню выбрать пункта "Свойства объекта". На рисунке ниже приведено диалоговое окно "Свойства" для "Насоса с приводом". (см. Рис. 4)
Для моделирования насоса необходимо задать следующие настройки "Насоса с приводом":
- Имя в БД – 1 показывает имя насоса в базе данных сигналов. Данное имя совпадает с именем элемента, которое определяется на закладке "Общие".
- Название на схеме – подпись элемента на схеме в схемном окне.
- Редакция названия на схеме – определяет возможность редактирования подписи элемента на схеме без вызова окна "Свойства элемента".
- Название в две строки – определяет возможность подписывать элемент на схеме двумя строкам.
- Тип расхода – массовый или объемный. Определяет способ задания параметров насоса. Как правило, характеристики насоса приводятся в зависимости от объемного расхода.
- Минимальный расход – минимальный расход по каналу, при котором включается модель активного элемента, при расходе меньше минимального сопротивление не рассчитывается, а задается в таблице.
- Характеристика элемента – имя тестового файла помещенного в базу данных
SimInTech с заданными характеристиками насоса. Данное поле позволяет использовать уже
готовые модели элементов, выбирая имя из выпадающего списка (см. Рис. 5).
Рис. 5. Выбор характеристики насоса из существующих в базе данных. - Зафиксировать индекс - данное значение позволяет задать индекс расчетного элемента в файле исходных данных ТРР.
Редактирование характеристик насоса
Для изменения характеристик существующего активного объекта, или задания характеристик активного элемента, не существующего в базе данных. Необходимо вызвать "Редактор таблиц". Для этого нужно :
- Щелкнуть левой клавишной мыши в ячейке "Значение" строки "Характеристика насоса".
- Щелкнуть правой клавише мыши по изображению прямоугольной кнопки рядом с именем характеристик (см. Рис. 4).
После этого появится "Редактор таблиц" с загруженным файлом свойств редактируемого элемента.
Изображенное на рисунке выше окно "Редактора таблиц" позволяет задать все необходимые свойства в виде заданного набора двумерных таблиц. Список необходимых таблиц приводится в панели слева. Таблица, выбранная в списке, отображается в нижней части окна справа. В середине находится текстовый редактор, в котором можно записать пояснения к таблице и создать алгоритм автоматического заполнения. Левая панель служит для настройки таблицы.
Для насоса необходимо задать четыре таблицы:
-
Относительное сопротивление канала – В данной таблице задается относительное
гидравлическое сопротивление канала в зависимости от частоты вращения ротора [Гц] и
объемного расхода пара через турбину [м3/с]. В первом столбце
задается массив возможных частот по возрастанию. В первой строке задается массив массового
расхода пара по возрастанию. Обычно все данные для насоса приводятся заводом к внешним
(измеряемым) характеристикам насоса, поэтому для насоса следует задать значение 1.0 для
всего диапазона возможных значений. Если имеются данные для внутренних характеристик
насоса, то их (в том числе и описанные ниже) следует задавать данные в таблице.
Рис. 7. Задание значение 1 для гидравлического сопротивления во всем диапазоне значений. Во время расчета значение сопротивления интерполируется согласно таблице и умножается на значение сопротивления, указанное при настройке канала.
-
КПД – В данной таблице задается коэффициент полезного действия насоса в
зависимости от частоты вращения ротора [Гц] и объемного расхода теплоносителя через
насос [м3/с]. В первом столбце задается массив возможных частот по
возрастанию. В первой строке задается массив объемного расхода по возрастанию. (см. Рис. 8) Во время расчета значение КПД
интерполируется согласно таблице.
Рис. 8. Пример таблицы КПД "Насоса". -
Момент сопротивления при малых оборотах.- В данной таблице задается механический момент сопротивления, учитывающийся в расчете, когда число оборотов насоса становится меньше минимального, указанного при настройке насоса. Момент сопротивления задается в зависимости от частоты вращения ротора [Гц] и объемного расхода [м3/с].
-
Напорная характеристика – напор-расходная характеристика насоса задается как табличная функция напора насоса [м] (или [бар]) в зависимости от частоты вращения ротора [Гц] и объемного расхода [м3/с]. В первом столбце задается массив возможных частот по возрастанию. В первой строке задается массив объемного расхода среды по возрастанию (см. Рис. 9). Во время расчета напор насоса интерполируется согласно таблице.
Рис. 9. Пример расходно-напорной характеристики насоса.
Редактор таблиц содержит в себе модуль автоматического заполнения таблицы, если известно формула для расчета значений таблиц, то пользователь может написать программу на встроенном языке программирования, в панели "Алгоритм расчета и описание таблицы", по которой будет осуществлен расчет и автоматическое заполнение таблицы. Например, для автоматического расчета таблицы, представленной на рисунке выше (см. Рис. 9), используется следующий текст программы. Зеленым цветом выделен текст – комментарий к программе.
//НАПОРНО-РАСХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСА
//Задана как табличная функция двух аргументов:
//расхода и частоты вращения ротора
//В приведенном ниже тексте реализован следующий алгоритм.
//В качестве опорной кривой берется
//сколотая характеристика насоса при номинальной частоте
//H0=f(Q), где H0 - напор, м; Q - объемный расход, м^3/ч
//Кривые при других значениях частоты определяются из соотношения
//H(Q,n)=H0(Q,n0)*[n/n0]^2
//Поскольку в случае выхода аргументов за пределы таблицы
//используется экстраполяция табличных данных, в алгоритме приняты меры
//для фиксации значений напора при выходе за границы.
//Последние точки по расходу и по частоте повторяют
//пред последних.
//Сколотая характеристика насоса
H0=[1950
1950 1945 1940 1936 1925
1900 1855 1800 1730 1640
1640];
Q=[-90
0 10 20 30 40
50 60 70 80 90
1000];
n0=49.65; //Частота, при которой сколота характеристика, Гц
r0=956; //Плотность воды, на которой получена характеристика
//Массив частот, для которых вычисляется характеристика
Y=[0 2 4 6 8
10 15 20 25 30
35 40 45 n0 50
50.5 51 51.5 52
100];
const Nx=12; //Число точек по расходу (равно размеру массивов H0 и X)
const Ny=20; //Число точек по частоте (равно размеру массива Y)
var M[Ny,Nx]; //Напорно-расходная характеристика, атм
var X[Nx]; //Объемный расход, м^3/c
for (i=1,Nx) X[i]=Q[i]/3600;
//H = Hн*[n/nн]^2
for (i=1,Nx-1)
for (j=1,Ny-1)
M[j,i]=1e-4*r0*H0[i]*(Y[j]/n0)^2; //расчет напора
//Последняя строка таблицы есть копия предпоследней
for (i=1,Nx)
M[Ny,i]=M[Ny-1,i];
M[j,Nx]=M[j,Nx-1];Возможность использования приведенного выше алгоритма и любого другого алгоритма должна определяется пользователем в каждом конкретном случае. Приведенная выше методика является приближенной, кроме того, напор-расходная характеристика не должна содержать отрицательное значение напора, в противном случае возможно неустойчивая работа SimInTech.
В НПЦ "Приоритет" (разработчик п/к ТРР-6) разработана программа приближенного расчета таблицы напор-расходной характеристики по номинальной характеристике насоса, задаваемой таблично для неноминальной частоты вращения ротора. Однако лучше (если таковые данные есть) пользоваться заводскими характеристиками.