Построение напорной характеристики насоса

 В данном уроке приведено описание простых шагов по моделированию системы перекачивания жидкости при атмосферном давлении из первого резервуара с горячей водой температурой 52℃, во второй с температурой 20℃.

 Вода поступает в резервуар с помощью насосов, имеющих параметры в рабочей точке:

• расход – 600 [м\(^3\)/час];

• напор – 60 [м].

Диаметр соответствует 420 [мм]. Расходно-напорная характеристика представлена на рис. 1:

Рис. 1 Напорная характеристика насоса

 Рассматривается задача, в которой требуется построить напорную характеристику насоса, за счет создания сопротивления в сети гидравлическим отверстием переменного диаметра.

1.  Создание проекта

 Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Построение напорной характеристики насоса.

 Приступим к выполнению основных шагов по созданию схемы, открыв библиотеку Теплогидравлики

2.  Добавление резервуаров

 Перенесём на рабочую область блоки №1-2. Для этого перенесем на рабочую область блок Резервуар (ТГ) и укажем ему следующие значения свойств:

Свойство	Значение
1 Избыточное давление	0 [Па]
2 Температура	52°C
3 Площадь сечения портов	0.1764 [м\(^2\)]

Примечание

Проходное сечение портов соответствует площади трубопровода.

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

 Нам понадобятся два таких блока, для этого воспользуемся одним из способов .

Классический перенос блока из библиотеки слева

Для этого необходимо перетащить блок №2 на рабочую область.

Копирование блока, расположенного на рабочей области

Для этого необходимо:

1. Выделить блок №1 левой кнопкой мыши;

2. Нажать сочетания кнопок CTRL+C и CTRL+V.

Примечание

Второй способ предпочтительнее, т.к. все значения свойств блоков №1 и №2, кроме Температуры, °C, совпадают.

 Изменим значение свойства Температуры, °C у блока №2 относительно значений свойств блока №1.

Свойство	Значение
1 Температура	20°C

Значения свойств блоков №1-2, рис. 2:

Рис. 2 Свойства блоков №1-2

3.  Добавление отверстия

 Перенесём на рабочую область блок №3 Гидравлическое отверстие (ТГ) и укажем ему следующие свойства:

Свойство	Значение
1 Площадь сечения потока вне отверстия	0.1764 [м\(^2\)]
2 Вектор площади сечения отверстия	0.0025; 0.005; 0.01; 0.015; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.1; 0.17 [м\(^2\)]

Примечание

Остальные свойства блока №3 оставляем без изменений

 Значения свойств блока №3, рис. 3:

Рис. 3 Свойства блока №3

4.  Добавление насоса

 Перенесём на рабочую область блок №4 Насос по характеристикам (ТГ) и укажем ему следующие свойства:

Свойство	Значение
1 Площадь сечения порта	0.1764 [м\(^2\)]
2 Вектор напора давления	65; 63; 62; 60; 59; 56; 50; 0 [м]
3 Вектор объёмного расхода	0; 3333; 6666; 10000; 13333; 16666; 20000; 36666 [л/мин]

Примечание

Последнее свойство блока №4 оставляем без изменений

 Значения свойств блока №4, рис. 4:

Рис. 4 Свойства блока №4

5.  Добавление участка трубопровода

 Перенесём на рабочую область блок №5 Участок трубопровода (ТГ) и укажем ему следующие свойства:

Свойство	Значение
1 Длина трубы	20 [м]
2 Диаметр трубы	0.42 [м]

Примечание

Остальные свойства блока №5 оставляем без изменений

 Значения свойств блока №5, рис. 5:

Рис. 5 Свойства блока №5

6.  Добавление узлов

 Перенесём на рабочую область блоки №6–7. Для этого перенесём на рабочую область блок Узел (ТГ) и укажем ему следующее значение свойства:

Свойство	Значение
1 Количество входных портов	1

Примечание

Последнее свойство блока №6 оставляем без изменений

 Нам понадобятся два таких блока, для этого воспользуемся одним из способов.

Подсказка

Второй способ также предпочтительнее

 Значения свойств блоков №6-7, рис. 6:

Рис. 6 Свойства блоков №6-7

7.  Добавление датчиков

1. Перенесём на рабочую область блок №8 Датчик расхода (ТГ) и выбираем в его свойстве Связанный блок - Участок трубопровода (ТГ), рис. 7:

Рис. 7 Свойство блока №8

2. Перенесём на рабочую область блоки №9–10 Датчик давления и температуры (ТГ):

• блок №9 будет датчиком температуры, рис. 8:

Рис. 8 Свойство блока №9

• блок №10 будет датчиком давления, рис. 9:

Рис. 9 Свойство блока №10

 Размещаем и соединяем блоки согласно рис. 10:

Рис. 10 Размещение и соединение блоков ТГ

8.  Добавление управляющего сигнала

 Перенесём на рабочую область блок №11 Линейно-кусочная функция подключаем его к схеме и указываем следующие свойства:

Свойство	Значение
1 Вектор аргументов времени	0; 30; 50 [с]
2 Вектор значений функции	0; 0.5; 1
3 Периодичность	false

 Размещаем и подключаем блок согласно рис. 11:

Рис. 11 Подключение блока №11 и его свойства

9.  Добавляем графики для визуализации

1. Переходим во вкладку визуализация (см. рис. 12 ниже);

2. Добавляем два графика, дважды нажав на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу;

3. В окне первого графика нажимаем на Параметр блока, ось Y - выбираем Давление, Па;

4. Далее в окне первого графика нажимаем Время или парметр блока, ось Х - выбираем Массовый расход, кг/с;

5. Затем в окне второго графика нажимаем Параметр блока, ось Y - выбираем Температура, °C.

Рис. 12 Визуализация

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование»

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

10.  Анализ результатов расчёта

 На созданном ранее графике 1 теперь должна отобразиться напорная характеристика насоса, рис. 13:

Рис. 13 Напорная характеристика насоса - рабочая точка насоса

 В качестве сопротивления для насоса в сети играет блок Гидравлическое отверстие (ТГ). Со временем оно приоткрывается от 0 до 1, управляемое сигналом блока Линейно-кусочная функция.

 На графике напорной характеристики насоса мы видим, что при меньшем расходе соответствует большее давление, создаваемое насосом. При меньшем давлении больший расход. В рабочей точке насоса при расходе 600 [м\(^3\)/ч], при температуре воды в 52˚С плотность 987.2 [кг/м\(^3\)], расход составляет 164.5 [кг/с].

\(G=\frac{Q\cdot \rho}{3600}=\frac{600[м^3/ч]\cdot987.2[кг/м^3]}{3600[с]}=164.5[кг/с]\)

 Напор 60 [м] при температуре воды в 52˚С советует 581066 [Па].

\(P=\rho \cdot g \cdot h=987.2[кг/м^3]\cdot 9.81[м/с^2]\cdot 60[м]=581066[Па]\) - Рабочая точка насоса

 На графике давление избыточное в точке за насосом 581420 [Па], на входе в насос давление атмосферное, перепад составляет 581420 [Па].

\(\frac{|P-P_{мод}|}{P}\cdot 100\)%=\(\frac{|581066-581420|}{561066}\cdot 100\)%=0.06%

 На графике (см. рис. 14 ниже) температуры мы можем увидеть плавное увеличение температуры в узле, при открытии блока гидравлическое отверстие на 50%, температура составляет 47.72˚С, соответствует расходу 431 [кг/с]. При полном открытии в 70 [с] температура выходит на 52˚С.

Рис. 14 График температуры воды от времени

11.  Выводы

 В ходе выполнение данного урока вы получили базовые знания для моделирования в ПО REPEAT VISION блоками Теплогидравлики в частности:

• Насос по характеристикам (ТГ);

• Гидравлическое отверстие (ТГ) с переменным площадью сечения.

 В данной работе была построена напорная характеристика насоса, сделано сравнение рабочей точке с графиком, погрешность измерений около нуля, можно сделать вывод, что блок насоса работает корректно.