Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Гидравлика

Основные принципы разработки и построения компьютерных моделей гидравлических сетей

В случае многокольцевых разветвленных гидравлических сетей реализация изложенного в параграфе 9.8 алгоритма расчета потокораспределения возможна лишь с использованием вычислительной техники. Однако прежде чем ею воспользоваться, необходимо создать компьютерную модель процесса потокораспределения в гидравлической сети. Как уже указывалось выше, в основу построения такой модели положены два закона Кирхгофа, формулируемые в виде соотношений (9.12), (9.13), а также теория графов [4, 6, 8, 14], согласно которой создается "дерево теплосети".

Графическая интерпретация графа дана на рис. 9.11. Здесь цифрами 1, 2, ..., 9 обозначены вершины графа, а буквами а, б, в, ... – его дуги. Применительно к гидравлической сети вершины графа интерпретируют точки соединения трубопроводов, а дуги – участки трубопроводных систем. "Дерево теплосети" посредством графа строится так, чтобы из его вершины (точка 1 – корень дерева) можно было достигать любой другой вершины графа (точки теплосети). Таким образом, осуществляется рассмотрение тепловой сети как единой гидравлической системы, все участки которой взаимосвязаны. Тем самым удается удовлетворить закону Паскаля и уравнению неразрывности потока. Для описания алгоритмов расчета используется специальная нумерация вершин и дуг дерева. Каждая вершина (узел) характеризуется номером (именем), геодезической отметкой высоты расположения, величиной притока или оттока среды и др. Каждая дуга графа имеет следующие характеристики: номер (имя), длина и диаметр труб, коэффициент гидравлического сопротивления и другие параметры.

Графическая интерпретация графа

Рис. 9.11. Графическая интерпретация графа

Соотношений (9.14), (9.16) формально достаточно для построения замкнутой системы уравнений относительно неизвестных расходов в ветвях сети и давлений в ее узлах. Ввиду итеративного алгоритма расчета применительно к сложным кольцевым сетям возникают проблемы сходимости итераций. Наиболее распространен в расчетной практике благодаря относительно быстрой сходимости метод поконтурной увязки перепадов давлений. Принципиально его содержание сводится к следующему.

  • 1. Задается некоторое начальное приближение для расходов на всех ветвях расчетной многоконтурной схемы.
  • 2. Вычисляются потери давления на всех ветвях и их суммарные невязки во всех независимых контурах.
  • 3. По выявленным невязкам определяются величины так называемых контурных увязочных расходов.
  • 4. Каждый увязочный расход "проводится" по всем ветвям своего контура алгебраическим суммированием с расходами, принятыми по начальному приближению.

Расходы, полученные на последнем этапе, используются в качестве очередного приближения для начала следующей итерации вплоть до совпадения (в пределах заданной погрешности) значений всех или части искомых величин.

При разработке компьютерной модели определяются гидравлические характеристики трубопроводов теплосети.

Потери напора в трубопроводе складываются из потерь на трение (линейные) и потерь на местные сопротивления:

(9.17)

где – потери напора, м; λ коэффициент трения; l – длина трубопровода, м; d – внутренний диаметр, м; – средняя скорость, м/с; – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Вводя понятие эквивалентной длины, потери напора на местные сопротивления можно свести к линейным потерям. Эквивалентная длина местных сопротивлений находится из соотношения

(9.18)

С учетом соотношения (9.18) формула (9.17) примет вид

(9.19)

Если расход жидкости через участок Q м3/с, то

(9.20)

Подставляя соотношение (9.20) в формулу (9.19), находим

Таким образом, гидравлическая характеристика участка-трубы принимает вид

где – гидравлическое сопротивление участка, с2/м5.

В соответствии с положениями программы гидравлического расчета теплосети для каждого участка-трубы должна быть введена следующая информация: диаметр, мм; длина, м; тип и количество местных сопротивлений.

Гидравлическая характеристика участка-задвижки имеет вид

где s – коэффициент сопротивления задвижки, зависящий в основном от степени ее открытия. Для полностью открытой задвижки коэффициент местного сопротивления принимается равным 0,07. Степень открытия той или иной задвижки определяется соответствующим режимом работы.

Участки-насосы в расчетной схеме гидравлической сети представлены аналитическими характеристиками, связывающими между собой напор, развиваемый насосом, и подачу. Характеристика насоса в координатахс достаточной для практики точностью может быть выражена уравнением вида

где – напор, развиваемый насосом при закрытой на выходе задвижке (), м; – подача насоса, м3/с; – гидравлическое сопротивление насоса.

Показатель степени т принимается равным 2 или 1,85 в зависимости от вида характеристики насоса.

Искомые параметрыирассчитываются по двум произвольным точкам характеристики насоса, взятой из каталога, с использованием следующих соотношений:

(9.21)

где индексы "а" и "б" обозначают значения параметров Н и Q, взятых из паспортных данных насоса.

Число оборотов насоса п и диаметр D его рабочего колеса могут отличаться от приведенных в каталоге. В этом случае полученная аналитическая характеристика насоса имеет смысл базовой, а действительные параметры и находятся путем пересчета но формулам

где – параметры истинной характеристики;

– соответствующие параметры базовой характеристики.

Приведем пример расчета параметров насоса СЭ-2500-180. В качестве исходных данных используется график паспортной характеристики насоса. Цифровые значения расхода от напора для некоторых точек характеристики насоса приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Значения расхода от напора для некоторых точек характеристики насоса СЭ-2500–180

№ точки

1

2

3

4

5

6

Qa, М3/ч

0

1100

1500

1900

2500

3000

Нa, м

240

230

222

209

180

144

В качестве расчетных точек, соответствующих индексам "а" и "б" в формулах (9.21), возьмем точки под номерами 3 и 5. Используя табличные данные, по формулам (9.21) находим

Следовательно, для насоса СЭ-2500-180 будем иметь следующую приближенную формулу для аналитического описания его характеристики:

Реальное состояние насоса может не соответствовать его паспортным данным. В программе расчета предусмотрена возможность корректировки характеристики любого из насосов. Для этого вводятся два коэффициента, корректирующие как Нф (напор насоса при закрытой задвижке на напорной линии), так и Sф (гидравлическое сопротивление насоса). Значения этих коэффициентов могут быть определены только на основе соответствующих экспериментальных замеров.

Таким образом, для построения компьютерной модели гидравлической системы используется полная информация об объекте – длины и диаметры трубопроводов, степень их шероховатости, состояние запорных устройств, отметки высот расположения оборудования, величина стоков и притоков среды в отдельных точках сети, характеристики насосов и проч. Таким путем строится модель с паспортными характеристиками оборудования. Однако реальные характеристики объекта могут существенно отличаться от паспортных. Поэтому с целью максимального приближения построенной модели к реальной системе выполняется идентификация модели. Для этого используются экспериментальные данные по расходам и давлениям среды в различных точках гидравлической системы. Для того чтобы приблизить модель к реальной системе, гидравлические сопротивления отдельных участков модели изменяют таким образом, чтобы получаемые из расчета на модели результаты как можно меньше отличались от экспериментальных значений параметров. Процесс идентификации является итеративным, и в модели он автоматизирован. Точность идентификации зависит от точности и количества экспериментальных данных. Отметим, что в случае использования компьютерных моделей для проектирования новых гидравлических систем выполнение идентификации модели не требуется.

После выполнения идентификации можно считать, что компьютерная модель реальной теплосети построена. Такая модель позволяет выполнять практически любое число вычислительных экспериментов применительно к данной теплосети – определять текущее состояние по распределению давлений, скоростей и расходов в различных точках теплосети, находить действительные причины недостаточного располагаемого перепада давлений и повышенных давлений в обратных трубопроводах, определять участки сети, где происходят наибольшие потери напора, находить затраты электроэнергии на перемещение теплоносителя и проч. Важным преимуществом модели является возможность проведения любых изменений в сети с целью устранения имеющихся проблем (изменение диаметров трубопроводов, открытие или закрытие задвижек, изменение характеристик насосов и проч.), что позволяет оперативно принять меры по изменению текущего режима, а также выбрать наилучшие варианты реконструкции теплосети. Модель позволяет оценить способность теплосети принять дополнительную перспективную нагрузку, а также выполнить проектирование ее новых участков или тепловыводов.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы