Насос

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:

1. Зависимость относительного гидравлического сопротивления устройства (относительного местного сопротивления, заданного для элемента канала, описывающего данное устройство) от режима работы;
2. Зависимость коэффициента полезного действия устройства от режима работы;
3. 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;
4. 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. Рисунок 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. Рисунок 5).

  Рисунок: 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 :

1. Щелкнуть левой клавишной мыши в ячейке «Значение» строки «Характеристика насоса».
2. Щелкнуть правой клавише мыши по изображению прямоугольной кнопки рядом с именем характеристик (см. Рисунок 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.

  Рисунок: 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. Рисунок 8) Во время расчета значение КПД интерполируется согласно таблице.

  Рисунок: 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. Рисунок 9). Во время расчета напор насоса интерполируется согласно таблице.

  Рисунок: Пример напорно-расходной 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. Рисунок 9), используется следующий текст программы. Зленным 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.