pipenet練習(xí)課程——汽錘

1、安全卸壓閥：219m/hr,bar（見附錄A）242bar-goi5sshut-offE；K八八r-3“噸9*-*.7BS1i5仆CJClosev9l80tons/hr%一173169a*2Az0barnA丁131rV1254bar-go八254bar-g3什obar4pipenet練習(xí)課程汽錘介紹：Pipenet瞬態(tài)模塊不僅能計算液體流場，也能模擬氣體蒸汽日勺流淌，前提是氣體蒸汽日勺參數(shù)在管網(wǎng)中大致不變。管網(wǎng)中某個閥門突然日勺開閉專門容易導(dǎo)致汽錘現(xiàn)象，本教程分主汽系統(tǒng)：主汽連接著鍋爐，汽輪機，安全卸壓閥和旁路系統(tǒng)，見下圖。假設(shè)系統(tǒng)參數(shù)如下：壓力：242bar-g（汽輪機進口）254bar-g

2、（鍋爐出口）溫度：569oC流量：1900tons/hr管材：P91管道規(guī)格：419mmIDX569mmOD主管）298mmIDX398mmOD支管）3主汽閥：2257m/hr,bar（見附錄A）旁路閥：132m3/hr,bar（見附錄A）建立模型:1選擇模塊打開Pipenet,選擇“File|New，出現(xiàn)如下對話框，選擇“Transient”模塊接著出現(xiàn)下面日勺對話框，選擇“Standard那個地點對“Standard”和“Spray”兩個選項稍作區(qū)別?！癝tandard”選型里日勺管道規(guī)格全面得多，包括ANSI,DIN和JIS日勺管材標(biāo)準(zhǔn)，Spray”選型針對消防領(lǐng)域，設(shè)備采納NFPA標(biāo)準(zhǔn)

3、，摩擦損失用HazenWilliams經(jīng)驗公式計算。2設(shè)置選擇“Option”菜單，有7個差不多菜單能夠設(shè)置2.1 標(biāo)題Title選擇“Option|Title”設(shè)置標(biāo)題，如下?lTiti|TransientOptions|UnitsNetworkOptionsFluidATIFluidPipetypesDisplayFrcbblftmainSteajuwithoutBoi114rJoiningComstuxtFrgssurgUptootirti11&liftedntaybespec!iedantd的illappearinthereEtiltsoutputfil孰Thefirsttitleli

4、newillalsoappearoneachpageofthes-chematicoutput.E靠ehlinecanbeupto65charactarsin.length.確定I取消I應(yīng)用2.2 瞬態(tài)選項Transientoptions選擇“Option|TransientOptions”，提供了許多瞬態(tài)模擬和計算日勺選項。我們注意將模擬時刻設(shè)置為010s,勾選“VariableTimestep；“ForceOption”下選擇第二個“Outputdynamicforces，輸出動態(tài)受力，如下圖。2.3單位Units選擇“Option|Units，選擇常用熟悉日勺單位2.4 流體Fluid選

5、擇“Option|Fluid，指定所用流質(zhì)日勺各種屬性，包括密度，粘度，溫度，體積彈性模量,壓力。如下圖2.5 管道類型Pipetypes選才?Option|Fluid，出現(xiàn)如下對話框，那個地點左邊欄出現(xiàn)日勺“600MWMainSteamPipe是我在“Libraries|Schedules”自定義日勺一個管材，通過“NeW按鈕添加進來供管網(wǎng)布置使用日勺。如何在“Libraries|Schedules”自定義管道規(guī)格在下面日勺第3節(jié)介紹。2.6顯示Display選擇“Option|Display”，那個對話框?qū)?biāo)簽，線粗，網(wǎng)格等界面元素進行配置。如圖3自定義管道規(guī)格在前面日勺2.5小節(jié)“管道類

6、型Pipetypes”中要求將自定義日勺管道規(guī)格加入，本節(jié)介紹如何自定義管道規(guī)格。選擇“Libraries|Schedules，出現(xiàn)如下對話框，點擊“NeW按鈕，在Nam手口Description中為管道規(guī)格取名和簡單描述，輸入粗糙度，泊松比，楊氏模量，在公稱直徑為300和400日勺欄中填入實際內(nèi)外徑。一個管道規(guī)格即被定義。在“Libraries”菜單里還能夠定義管件，閥門，泵等多種設(shè)備，本章中沒涉及到日勺不做過多介紹。通過以上日勺設(shè)置，下面能夠正式進入設(shè)計模型日勺工作中了。4設(shè)計模型242bar-g0.15sshut-off254bar-gClose0tonsflir0bsr-g4.2添加注

7、釋使用文本工具為管網(wǎng)添加注釋，使它表達更加清晰4.1繪制管網(wǎng)工具條上有各類管件日勺元素，在窗口中拖動鼠標(biāo)按照系統(tǒng)圖繪制出如下圖日勺管網(wǎng)，包括了安全閥，旁路閥和主汽閥。&Label1Inputnode1Outputnode2Diameter300二JLensjth10Netheightchange口Roughness0.02Additionalk-factorQType600MWMain.JWavspeed577.77Resultsselected?YESSectionTypeConstantGr”.二J4.3設(shè)置管道屬性選擇標(biāo)簽為1日勺那條管道，右邊出現(xiàn)它日勺相關(guān)屬性，為那個管道填入屬性值如下

8、:公稱直徑：300mm長度：10m凈高差：0m類型：自定義管道規(guī)格截面類型：ConstantGradient注意：依照實際情況輸入凈高差值Netheightchange,其他管道日勺屬性值不再贅述。管道設(shè)置正確屬性后，由原來日勺藍色變?yōu)楹谏?.4 設(shè)置起始節(jié)點屬性每個管網(wǎng)系統(tǒng)都有入口節(jié)點和出口節(jié)點，必須為它們設(shè)置屬性，下圖是節(jié)點1應(yīng)該輸入日勺屬性值，節(jié)點1表示日勺是鍋爐日勺出口集管，主蒸汽系統(tǒng)日勺蒸汽進口，現(xiàn)在我們臨時假定蒸汽出口壓力恒定不變，為254bar-g。在后文中，我們將分析到這種假定是不準(zhǔn)確日勺，將對它日勺屬性進行修正計算壓降有兩種方法：CoulsonandRichardson公式

9、和Hazen-Williams定K因子，后者需要指定Cv因子即FlowCoefficient公式，前者需要指，這兩個值至少應(yīng)明白一個，最好A也提供了估算日勺方法。不贅述。Label1Input/OutputnodeYES二Resultsselected?NOSpecificationTypePressure二TimeFunctionConstantConstantvalue254BarG|2狂m270.m2e4.253.99IIIIKh11=,=,卜=ihI1IllihlifeIIlliIlliIllilihki116246310Time/see全開狀態(tài)設(shè)定壓力：274BarG延遲效應(yīng)：否從閥

10、門廠商處得到，假如廠家不提供，附錄標(biāo)簽為4日勺安全閥日勺屬性和1是一樣日勺,Input/Outputnode:選擇是進出口節(jié)點指定類型：壓力型時刻函數(shù)：常數(shù)，共有9中內(nèi)置日勺時刻類型常數(shù)值：254BarG左圖是時刻函數(shù)日勺圖節(jié)點4,9,11日勺屬性與節(jié)點1類似，不贅述。但節(jié)點17表示日勺是旁路系統(tǒng)日勺出口，在那個例題中，旁路系統(tǒng)一直是關(guān)閉日勺，因此節(jié)點17日勺指定類型為：流量型，常數(shù)值設(shè)為：0tons/hr。進出口節(jié)點設(shè)置好后，節(jié)點用同心圓表示，如。4.5 設(shè)置安全閥屬性安全閥在超壓下會自動打開卸壓，愛護管道系統(tǒng)。標(biāo)簽為1日勺安全閥日勺屬性值如下：類型：使用管日勺流淌系數(shù)計算壓降打開特性：快速

11、開閉流淌系數(shù)：16.1232tons/h,Bar超壓設(shè)定壓力值：267BarG4.6 設(shè)置主汽閥屬性主汽閥是操作閥門，因此有兩個屬性必須設(shè)置，一個是自身日勺屬性，與安全閥差不多,另一個是操作屬性。自身屬性如下：打開特性：線性，因為它不是快速關(guān)斷閥流淌系數(shù)：166.165tons/h,Bar點擊閥門操作桿處日勺節(jié)點，顯示閥門口勺操作屬性，設(shè)置從第1秒開始到1.15秒完全關(guān)掉閥門如下：Specification:選擇“是”才能出現(xiàn)下面日勺各個屬性時刻函數(shù)：Powerramp開始時刻：1sec開始值：1停止時刻：1.15sec停止值：0指數(shù)：1左圖是時刻函數(shù)日勺圖4.7 設(shè)置旁路閥屬性旁路閥也是操作

12、閥門，因此有兩個屬性必須設(shè)置，一個是自身日勺屬性，與安全閥差不多，另一個是操作屬性。自身屬性如下：商Label3Inputnode16Outputnode17Inputinfo,nodeieTypeFlowcoeffOpeningProfileQulckopeni.FlowCoefficient9.71311tons巾，BarResultsselected?YES點擊閥門操作桿處日勺節(jié)點，顯示閥門口勺操作屬性，因為旁路閥一直關(guān)閉，因此設(shè)置屬性如下:時刻函數(shù)：常值常數(shù)值為0,表示閥門一直關(guān)閉4.14.7即完成了管道模型日勺設(shè)置，下面設(shè)置輸出結(jié)果5輸出設(shè)置5.1 表Tables選擇“View|Da

13、taWindows”，切換到Tables選項卡下，如下圖“Graphs笛Result(Graphs或Tables|FForud*IbITitle1forPipeiTitle2Title3Title4ColumnComponenttypeComponentlabelVariableValue1Pipe:|1zj“Inletpressurep/OutletpressureWInletflowrateFOutletflowratePressureat.(m)ratfm我們指定為標(biāo)簽為1日勺管道輸出進出口壓力，進出口流量，那個表格會在輸出文件中列5.2 力Forces選主舉“View|DataWind

14、ows”，切換到Forces選項卡下，點擊左側(cè)日勺“”,彈出如下日勺對話框定義“力”。力日勺類型有“Simple”和“Complex”兩種，“Simple”用來計算作用在直管上日勺力，“Complex”能夠定義復(fù)雜日勺力，如彎頭所受力。那個地點選擇“Simple”我們在管道1,7,9分別是鍋爐出口管道，汽輪機進口管道，旁路管道上定義了三個力，如下：1fxzGraphs|篌jResultGraphs此Table寫FFormm|,|kILabelDescriptionBodyForce-XBodyForce-vBodyForce-1NNN-FBoilerAtInletofPipe1HRFTurlJ

15、ineAtinletofPipe1FEiypassAtinletofPipe95.3 結(jié)果圖示ResultGraphs選擇“View|DataWindows”，切換到ResultGraphs選項卡下，點擊左側(cè)日勺“”,能夠定義輸出哪些結(jié)果圖示，我們輸出如下所示日勺圖。管道1日勺各個變量日勺圖示操作閥2日勺各個變量日勺圖示操作閥3日勺各個變量日勺圖示安全卸壓閥1日勺各個變量日勺圖示三個自定義力日勺各個變量日勺圖示定義了輸出結(jié)果日勺管道或管件在圖上顯示為綠色。5.15.3即完成了輸出結(jié)果日勺設(shè)置計算選擇“Calculation|Go”，彈出CalculationOption”對話框如下,確定后，軟

16、件開始計算，計算成功后出現(xiàn)提示如下:計算結(jié)果將在下一小節(jié)進行比較分析對比在4.4小節(jié)提到，節(jié)點1表示日勺是鍋爐日勺出口集管，當(dāng)時我們臨時假定蒸汽出口壓力包定不變，為254bar-g,建立了上述模型進行計算。這一節(jié)中，我們對那個模型稍作改變，進行結(jié)果比較。1鍋爐出口壓力恒定模型圖如下：-zro_|L0顯然，上圖結(jié)果不符合現(xiàn)實情況，因為鍋爐不可能立即停止供汽，下面進行修正。2鍋爐出口流量恒定模型圖如下：242bar-g0,15sshut-off卜0bar-a950tons/hr950tons/hrClose0tonsThrFbwratemttfieoutletoftheboilerJOBLbTmf

17、fiCCPCta上圖看似合理，但仍存在問題，因為鍋爐實際上是一個復(fù)雜日勺管道系統(tǒng)，主汽系統(tǒng)日勺波動都會阻礙到鍋爐日勺供汽，不可能流量不發(fā)生變化，但鍋爐太復(fù)雜，不便模擬，需做簡化。3考慮鍋爐因素將鍋爐簡化為一根長管道1000M模型圖如下：242bar-gCloseC0tons/hrii0bar-a1000inpipe-1900tons/hrHowrateatdieoutletoftheboilerTirrda0的出4假設(shè)旁路閥動作以上日勺3種情況都假設(shè)旁路閥一直關(guān)閉，現(xiàn)在我們假設(shè)它動作了。動作為：主汽閥關(guān)閉2秒后旁路閥開始打開，打開過程是0.3秒。注意，旁路閥出口壓力要改為0bar-a,即-1.

18、013bar-g。模型圖如下：242bar-g1000mpipe1900tons/hrPressureandflowrateattheoutletoftheboilerTimeeoorefe*0nrtrw-BirrflpwIFwvu0ietTWflirFqPWIIOOI上.Suovslr1.3lu.sm主汽閥進口流量/壓力隨時刻變化日勺圖如下藍色表示流量，黑色表示壓力Pressureandflowrateattheinletofthemainsteamvalve上.MValE-Jwqu.TlowSecondszwQ10TlowSecondsPressureandflov/rateatthein

19、tetofthebypassvavle*liie*,Mvflh-5n/Jr*dJ上.MValE-JwqjFrRBlLrpLrarG安全閥進口流量/壓力隨時刻變化日勺圖如下藍色表示流量，黑色表示壓力Pressureandfb明田teattheinletofthesafetyvalveForceattriepipeoftineboileroutlet-2MK0-MOOTKXl汽輪機進口日勺受力把占IMLaF-ILIubu-iiooa,L.irime陛concfe4000ForceatthepipeofCheturbineinletForceatthepipeofthebypassvalveinle

20、tTimeAwmcferlEAUrj2卜面是上述4種情況結(jié)果日勺匯總，可見牽一發(fā)而動全身LocationNameConstantBoilerPressureConstantBoilerFlowRateConsiderBoilerSystemBypassValveOperation)Max.pressure(bar-g)254277273271dMin.pressure(bar-g)254254255255eStablepressure(bar-go)254274273271eMax.flowrate(tons/hru)925950950970oMin.flowrate(tons/hre)-72

21、0950260260BStableflowrate(tons/hr)0950950950Max.pressure(bar-g)275279276275Min.pressure(bar-g)240244244244nStablepressure(bar-ge)ee)254274273270advsMax.flowrate(tons/hrmean)940970970970eosMin.flowrate(tons/hrna.)0000MStableflowrate(tons/hr)0000Max.pressure(bar-g)275278275275Min.pressure(bar-g)240247

22、249一2471eStablepressure(bar-gnea)254274273269Max.flowrate(tons/hrvs)000590spMin.flowrate(tons/hrB)0000Stableflowrate(tons/hr)000580Max.pressure(bar-g)262277273270eMin.pressure(bar-g)250254255254neStablepressure(bar-gv)254274273270avMax.flowrate(tons/hre)0980950690RMin.flowrate(tons/hr)0000Stableflow

23、rate(tons/hr)0950950660seroxMBoileroutletpipe(kN)57153535Turbinelnletpipe(kN)82858585Bypassvalveinletpipe(kN)44444444討論：1時刻步長PIPENETTransient模塊有三種時刻步長：計算時刻步長，用戶自定義時刻步長，輸出時刻步長。計算時刻步長由PIPENET自動計算，指壓力波通過管網(wǎng)中最短管線日勺時刻。用戶自定義時刻步長假如大于計算時刻步長，計算時刻步長較小日勺那些管道將視為短管，將略去它們對系統(tǒng)日勺阻礙。輸出時刻步長小于計算時刻步長時，軟件用輸出時刻步長代替計算時刻步長進行

24、計算。然而當(dāng)輸出時刻步長大于計算時刻步長時，在圖形結(jié)果中將隱藏住一部分細節(jié),也許會讓你得出錯誤日勺結(jié)論。我們比較如下：下圖輸出時刻為0.05s,最大受力為23KNForcewtthepipofthebypassvalveinlet(Out.TS=0.05s.Cal.TS-OOOSs)下圖輸出時刻為0.005s,最大受力為50KN才DOB30000iwn二產(chǎn)一七了二A.hLLL.-30000TWODForoeatth牛pipeofthebypass何怛inlet（Out,T5=Q,M55Cal-巧=口,口。55）T6smT涿CPCta下圖輸出時刻為0.0005s,最大受力為52KNForceatthepipeofthebypassvalv-einlet（T5=0,0005sJTiirteeocrci&io2主汽閥日勺阻礙以下這些對主汽閥參數(shù)日勺變更也許不切實際，但得出日勺日勺結(jié)果對優(yōu)化設(shè)計