Дополнительные данные для расчетов с подбором параметров

 

При гидравлических и тепловых расчетах трубопроводов довольно часто на практике встает задача регулирования тех или иных параметров потока (давления, температуры, расхода и т.д.) в различных точках трубопровода с помощью различного рода регулирующей арматуры, дроссельных шайб и т.д. В Гидросистеме для этих целей реализован специальный сервис подбора параметров управляющих элементов для поддержания заданных значений параметров потока в заданных точках трубопровода, с помощью которого можно определить параметры настройки регулирующей арматуры и других регулирующих воздействий в трубопроводе.

 

Работа данного сервиса организована довольно простым образом: помимо задания "обычных" данных для расчета (построения модели трубопровода, задания параметров перекачиваемого продукта, граничных условий для гидравлического расчета и т.д.) пользователю лишь необходимо указать, что является целевыми параметрами потока в трубопроводе (какой параметр и в какой точке трубопровода нужно отрегулировать) и что является управляющими воздействиями (с помощью чего осуществляется регулирование). Обратите внимание, что количество управляющих и целевых параметров должно быть одинаково, в противном случае задача не будет иметь единственного решения.

 

 

Целевые параметры

 

В роли целевых параметров могут выступать:

 

Для задания целевых параметров выделите соответствующий элемент трубопровода (трубу, арматуру и т.д.), в конечной точке которого необходимо отрегулировать давление/температуру потока, или ветвь трубопровода, на которой необходимо отрегулировать расход, и откройте вкладку "Подбор параметров" в Окне параметров объекта:

 

  

 

На этой вкладке необходимо поставить галочку напротив того параметра, который нужно отрегулировать, и ввести его требуемое значение. Перечень введенных целевых параметров можно увидеть в Окне управляющих/целевых параметров (для переключения между управляющими и целевыми параметрами используйте переключатель в левой верхней части данного окна):

 

 

 

Управляющие параметры

 

В роли управляющих параметров могут выступать:

 

Для задания управляющих параметров выделите соответствующую арматуру, диафрагму или ветвь и откройте вкладку "Подбор параметров" в Окне параметров объекта:

 

Задвижка (клиновая, шиберная или с симметричным сужением проточной части)

 

 

Затвор поворотный дисковый

 

 

Другие типы арматуры

 

 

Диафрагма с острой кромкой

 

 

Ветвь*

 

 

 

______________________________________

* - задание управляющих параметров доступно только для начальных ветвей трубопровода (ветвей-источников продукта). Если управляющие параметры для ветви не отображаются на вкладке "Подбор параметров", значит данная ветвь не является начальной.

 

На этой вкладке необходимо поставить галочку напротив того параметра, который является регулирующим (значение которого требуется подобрать) и ввести его начальное приближение (в случае Kv также необходимо ввести границы поиска, в которых программа будет искать решение). Обычно начальные приближения и границы поиска по умолчанию подобраны таким образом, что в большинстве случаев, отталкиваясь от них, программа сразу может найти решение. Однако, в некоторых редких случаях бывает необходимо настроить начальное приближение и/или границы поиска (к примеру, если решение лежит в области очень маленьких или наоборот очень больших значений управляющего параметра), если расчет "с первого раза" не сходится или же выполняется долгое время.

Перечень введенных управляющих параметров можно увидеть в Окне управляющих/целевых параметров (для переключения между управляющими и целевыми параметрами используйте переключатель в левой верхней части данного окна):

 

 

Целевые и управляющие параметры можно задавать как на одних и тех же, так и на совершенно различных элементах трубопровода. Для расчета это никакого значения не имеет.

 

 

Расчет с подбором параметров и его настройки

 

После того, как все целевые и управляющие параметры заданы, нужно просто запустить изотермический или тепловой расчет трубопровода. За ходом расчета с подбором параметров можно следить по строке состояния (в нижней части окна программы), в которой выводится номер текущей итерации расчета (слева) и общий прогресс выполнения расчета (справа), а также в Окне управляющих/целевых параметров, в котором динамически отображаются текущие значения управляющих параметров. При необходимости подбор параметров можно прервать, нажав соответствующую кнопку в строке состояния.

По окончанию выполнения расчета в Окне управляющих/целевых параметров отобразятся результирующие значения управляющих и целевых параметров (для переключения между управляющими и целевыми параметрами используйте переключатель в верхней части данного окна). Также результаты можно просматривать в окне списка результатов изотермического/теплового расчета. При невозможности подобрать параметры будет выдано соответствующее сообщение в окно протокола расчета.

 

Настройки расчета с подбором параметров - максимальное число итераций и относительную погрешность расчета - можно редактировать (это бывает полезно, к примеру, если нужно ускорить выполнение расчета). Для их редактирования выделите в дереве проекта трубопровод и перейдите для него на вкладку "Подбор параметров" Окна параметров объекта:

 

 

О "ручном" подборе параметров и о переменных см. ниже.

 

 

Обратите внимание, что постановка задачи подбора параметров должна быть такой, чтобы это было физически реализуемым на практике. К примеру, если целевым параметром выбрана температура продукта в какой-либо точке трубопровода, а управляющим коэффициент Kv какой-либо арматуры, то важно понимать, что температура продукта слабо отзывается на изменение пропускной способности арматуры (только опосредованно через величину расхода в ветви, да и то не во всех случаях). Поэтому такая задача скорее всего не будет иметь решения. Или например, если необходимо отрегулировать расход в ветви, то граничные условия для гидравлического расчета должны быть заданы таким образом, чтобы расход в данной ветви был величиной неизвестной (если расход задан, то его величина является известной и она не будет зависеть от каких-то других параметров элементов трубопровода, так что отрегулировать его не удастся). Для наглядности ниже приводятся примеры наиболее часто встречающихся на практике вариантов постановок задач подбора параметров и расчета регуляторов.

 

 

Подбор регулятора давления ''после себя''

 

Для расчета параметров такого регулятора необходимо:

 

Обратите внимание, что если при этом граничные условия для гидравлического расчета заданы таким образом, что давление известно в конечных точках трубопровода, а расходы заданы у источников, то задача подбора параметров регулятора давления "после себя" скорее всего не будет иметь решения. Подобрать параметры регулятора в этом случае не удастся, так как величина давления после регулятора в большей степени будет определяться давлением в конечной точке трубопровода, нежели параметрами настройки самого регулятора (то есть, при любых параметрах регулятора давление после него будет примерно одинаковым). Поэтому при подборе параметров регуляторов давления "после себя" следует использовать другой набор граничных условий гидравлического расчета.

 

 

Подбор регулятора давления ''до себя''

 

Для расчета параметров такого регулятора необходимо:

 

Обратите внимание, что если при этом граничные условия для гидравлического расчета заданы таким образом, что давление известно в начальных точках трубопровода, а расходы заданы у потребителей, то задача подбора параметров регулятора давления "до себя" скорее всего не будет иметь решения. Подобрать параметры регулятора в этом случае не удастся, так как величина давления перед регулятором будет в большей степени определяться давлением в начальной точке трубопровода, нежели параметрами настройки самого регулятора (то есть, при любых параметрах регулятора давление до него будет примерно одинаковым). Поэтому при подборе параметров регуляторов давления "до себя" следует использовать другой набор граничных условий гидравлического расчета.

 

 

Подбор регулятора давления в произвольной точке трубопровода

 

Для расчета параметров такого регулятора необходимо:

 

По сути данный тип регулятора является более обобщенным случаем регулятора давления "до себя" или "после себя" (в зависимости от того, где находится регулятор по отношению к точке трубопровода, в которой он регулирует давление). Поэтому при задании граничных условий для гидравлического расчета следует учитывать приведенные выше рекомендации для соответствующего типа регулятора.

 

 

Подбор регулятора расхода

 

Для расчета параметров такого регулятора необходимо:

 

Обратите внимание, что граничные условия для гидравлического расчета в этом случае должны быть заданы таким образом, чтобы хотя бы в одной точке трубопровода до и хотя бы в одной после регулятора должно быть задано давление (обычно в этом случае давления задаются во всех узлах-источниках и потребителях).

 

Примечание: Рассчитать параметры настройки регуляторов расхода помимо использования "Подбора параметров" можно также с помощью элемента Регулирующий клапан.

 

 

Подбор требуемой начальной температуры потока для обеспечения требуемой температуры в любой точке трубопровода

 

На практике могут встретиться такие ситуации, когда нужно обеспечить определенное значение температуры потока в какой-либо точке трубопровода (чаще всего в конечной) и для этого требуется определить, с какой температурой для этого необходимо подавать продукт в трубопровод (в его начальной точке). Причем такая задача может встречаться как для трубопроводов с одним источником, так и для трубопроводов с несколькими источниками (когда смешиваются потоки с разными температурами). Чтобы решить такую задачу необходимо:

 

При выборе начального приближения по температуре необходимо проявить немного "инженерной интуиции" и задать близкое к ожидаемому значение температуры. Поиск решения по температуре осуществляется в диапазоне плюс/минус 20 градусов по отношению к заданному значению, поэтому если задать совсем "далекое от правды" значение, подбор параметров может завершиться безуспешно. Однако, после каждого расчета с подбором параметров величина начального приближения в этом случае будет заменяться на полученное в расчете конечное значение управляющего параметра (то есть, начальное приближение плюс или минус 20 градусов в зависимости от того, в какую сторону шел поиск). Так что можно последовательно выполняя несколько таких расчетов подряд "по шагам приближаться" к требуемым значениям температуры и в конце концов "добраться" до решения.

Обычно при подборе требуемой начальной температуры потока расход продукта в трубопроводе является величиной известной, однако, допускается также задавать в качестве граничных условий для гидравлического расчета известные давления в начальных и конечных точках трубопровода.

 

 

Подбор ''смесителя''для регулирования температуры после смешения ''холодного'' и ''горячего'' потоков

 

На практике нечасто, но тем не менее может встретиться также и такая задача, когда смешиваются два потока с различными температурами, и необходимо определить соотношение расходов "горячего" и "холодного" потока, при котором получится требуемая температура продукта после смешения. Чтобы решить такую задачу необходимо:

 

То есть, регулирование соотношения расходов производится опосредовано через величину коэффициента пропускной способности регулирующей арматуры (от которой в свою очередь этот расход зависит). Граничные условия для гидравлического расчета при этом должны быть заданы таким образом, чтобы расход продукта в ветви с данной арматурой был величиной переменной (неизвестной), то есть, в начале этой ветви должно быть задано давление. Причем для другой ветви-источника в этом случае в качестве граничного условия может быть задано как известное давление в начальной точке, так и известный расход.

 

 

Подбор регулятора температуры

 

Крайне редкий на практике случай, но тем не менее - может встретиться такая задача, когда нужно определить, насколько быстро (с каким расходом) нужно перекачивать поток в трубопроводе, чтобы он не слишком сильно остывал/согревался по ходу течения. Чтобы решить такую задачу необходимо:

 

То есть, регулирование расхода как и в предыдущем случае осуществляется опосредовано через величину коэффициента пропускной способности регулирующей арматуры (от которой в свою очередь этот расход зависит). Граничные условия для гидравлического расчета при этом должны быть заданы таким образом, чтобы расход продукта в ветви с данной арматурой был величиной переменной (неизвестной).

 

 

Подбор дроссельной шайбы для регулирования давления или расхода

 

Подбор требуемого диаметра дроссельной шайбы для регулирования требуемого значения давления/расхода по сути аналогичен рассмотренным выше расчету регулятора расхода и регулятора давления в произвольной точке трубопровода. Для подбора диаметра дроссельной шайбы необходимо:

 

Рекомендации по поводу граничных условий для гидравлического расчета см. выше в соответствующих разделах, посвященных расчетам регуляторов расхода и давления в произвольной точке трубопровода.

 

 

Подбор положения штока задвижки и заслонки дискового затвора для регулирования давлений, расходов и т.д.

 

Подбор требуемого положения штока задвижки и заслонки затвора для регулирования требуемого значения давления/расхода по сути аналогичен рассмотренным выше расчету регулятора расхода и регулятора давления в произвольной точке трубопровода. Для выполнения такого расчета необходимо:

 

Рекомендации по поводу граничных условий для гидравлического расчета см. выше в соответствующих разделах, посвященных расчетам регуляторов расхода и давления в произвольной точке трубопровода.

 

 

Подбор толщины изоляции для обеспечения требуемой температуры потока

 

На практике встречаются задачи, когда нужно определить, какая потребуется толщина тепловой изоляции, чтобы температура продукта по ходу течения падала/повышалась не более, чем на некую допустимую величину. Данную задачу можно решить в другой программе НТП "Трубопровод" - в программе Изоляция, правда в немного приближенном виде (в данном расчете в Изоляции трудно детально учесть конфигурацию трубопровода). В Гидросистеме же, к сожалению, такую задачу в настоящий момент в автоматическом режиме решить невозможно. Если для вас такого рода расчеты представляют практический интерес, пожалуйста, сообщите об этом разработчикам программы по электронному адресу hst@truboprovod.ru.

 

 

Подбор значения шероховатости трубопровода для ''калибровки'' расчетной модели трубопровода

 

На практике, особенно для уже находящихся в эксплуатации трубопроводных систем, встречаются задачи калибровки расчетной модели трубопровода. Чаще всего она сводится к определению точного значения величины шероховатости стенок труб (или возможно каких-то других характеристик трубопровода), при которой расчетная модель будет точь-в-точь описывать поведение реального трубопровода, для которого имеются опытные данные по величинам давлений в различных точках трубопровода, расходов, скоростей движения продукта и т.д. К сожалению, такую задачу Гидросистема в настоящий момент в автоматическом режиме решать не умеет. Если для вас такого рода расчеты представляют практический интерес, пожалуйста, сообщите об этом разработчикам программы по электронному адресу hst@truboprovod.ru.

 

 

Подбор значения диаметра для обеспечения требуемого режима двухфазного течения

 

Для трубопроводов, в которых обращаются газожидкостные продукты, довольно часто стоит задача обеспечения такого режима работы трубопровода, при котором не будет возникать перемежающееся (пробковое, снарядное) течение. Поскольку режим двухфазного течения напрямую зависит от диаметра, на практике эта задача сводится к подбору такого значения диаметра, при котором в трубопроводе будет образовываться любой режим течения, кроме перемежающегося. К сожалению, такую задачу Гидросистема в настоящий момент в автоматическом режиме решать не умеет. Если для вас такого рода расчеты представляют практический интерес, пожалуйста, сообщите об этом разработчикам программы по электронному адресу hst@truboprovod.ru.

 

 

Ручной способ подбора параметров

 

Также в настройках подбора параметров можно переключиться между "традиционным" автоматическим подбором параметров и так называемым "ручным", при котором, собственно, подбор параметров не осуществляется, а выполняется однократный расчет трубопровода с теми значениями управляющих параметров, которые заданы для элементов схемы на вкладке "Подбор параметров". Данный вид расчета удобен тем, что при его использовании значения управляющих параметров можно задавать с помощью переменных, которые задаются по нажатию соответствующей кнопки снизу:

 

 

Добавленные здесь переменные (их можно добавлять, удалять и редактировать с помощью соответствующих кнопок в правой части окна) можно затем использовать в управляющих параметрах:

 

 

Таким образом, если нужно задать/поменять какой-либо параметр нескольким элементам схемы сразу (к примеру, относительную высоту подъема штока, если нужно открыть/закрыть несколько задвижек одновременно), вместо того чтобы задавать его значение для каждого элемента отдельно, можно добавить переменную и задать эту переменную (либо какое-то арифметическое выражение с ее участием) в формулу для управляющего параметра. При задании/изменении значения данной переменной оно сразу же присвоится всем управляющим параметрам, для которых используется данная переменная.