Система автоматизированного технического проектирования СЭУ

Анализ содержания и структура САПР технического проектирования СЭУ. Требования к подсистемам

Этап технического проектирования посвящен оптимизации частных технических решений по судну и его подсистемам. В частности, основной целью проектирования СЭУ на этом этапе является формиро­вание ведомости заказа вспомогательного оборудования, образующего наряду с главным двигателем, генераторами судовой электростанции и вспомогательной котельной установки, выбранными ранее на этапе эскизного проектирования, комплект оборудования, представляющий собой СЭУ.

На основе этой ведомости оборудование заказывается на предприя­тиях-изгото­вителях. Это определяет важность выполняемой разработки и высокие требования к достоверности получаемых результатов. Для достижения высокой достоверности требуется выполнение трудоемких работ по проектированию конкрет­ных трубопроводов, привязанных к конкретному варианту расположе­ния оборудования в МКО. Но разработка расположения невозможна без предварительного подбора оборудования. Отсюда следует итерацион­ный характер процесса технического проекти­рования СЭУ.

На основе анализа и обобщения опыта проектирования СЭУ может быть предложена такая, вполне очевидная, последовательность работ по СЭУ на этапе технического проектирования судна.

1. Выбор совокупности вспомогательного оборудования СЭУ в первом прибли­жении на основе результатов функционального проектирования энергетических систем, которое описано в главе 4 и выполняется на заключительных стадиях эскизного проектирования СЭУ с целью обоснования главных параметров СЭС и ВКУ. Для обоснования состава СЭС и ВКУ функциональное проектирование систем дает вполне приемлемую точность, но для окончательного выбора насосов, теплообменных аппаратов и другого вспомогательного оборудования эта точность недостаточна.

2. Расположение оборудования и цистерн в МКО. Размеры МКО определены ранее в эскизном проектировании исходя из проработки расположения выбранного главного двигателя. Расположение же вспомогательного оборудования на главном размере МКО транспортных судов (его длине) обычно не отражается.

3. Трассировка трубопроводов. В не сильно стесненных МКО транспортных судов трассы трубопроводов обычно прокладываются с минимальным числом погибов, трассы проходят параллельно одной из трех осей декартовых координат (горизонтально – параллельно Х, перпенди­кулярно диаметральной плоскости Y и вертикально Z) до поворота на 90о и после этого вновь по одной из координат до нового поворота.

Оборудование, расположенное на одном уровне и в одной из коорди­натных плоскостей XZ или YZ, соединяется прямой трубой, так как участки, уводящие трубу под настил, могут быть отнесены к собственно оборудованию. Если такое же оборудование расположено в разных координатных плоскостях, то возникает обычно один погиб на 90о. Если никакие координатные плоскости не совпадают, то обязательны два погиба.

4. Выбор из сорта­ментов и типоразмерных рядов труб, арматуры, фасонных частей, соединений и других элементов и расположение их по трассам трубопровода.

5. Построение напорно-расходной характеристики трубопровода и уточнение требуемого напора при номинальном расходе в сети.

6. Выбор из типоразмерных рядов гидравлических и газодувных машин. По-видимому, этот выбор будет неединичным, так как технически допустима любая машина, способная обеспечить в проектируемом трубопроводе расход не ниже требуемого. В первую очередь следует проанализировать применение оборудования, принятого в п.1, в качестве первого приближения и, если оно подходит, то именно его использовать в качестве базы для сравнения вариантов. Нецелесо­образно рассматривать варианты со слишком большим запасом производительности.

7. Решение прямой и обратной задачи гидравлических расчетов для каждого из выбранных вариантов гидравлических машин, принятие решения о методе обеспечения заданного расхода в сети:

• решение обратной задачи для выбранного варианта и расчет дроссельных шайб для ответвлений сложного трубопровода;
• принятие решения о модифицировании машины или сети (подрезка, изменение частоты, обвод или установка шайбы в основной проток);
• решение прямой задачи анализа взаимодействия модифициро­ванной машины с модифицированной сетью (проверочный расчет).

8. Проектирование изоляции трубопроводов и уточнение тепловых характеристик энергетических систем; Пп.9-11 аналогичны пп.5-7, но выполняются относительно теплообменного оборудо­вания.

9. Расчет температурных напоров, коэффициентов теплопередачи и требуемых поверхностей теплообменников энергетических систем.

10. Выбор теплообменного оборудования из типоразмерных рядов, альбомов рекомендуемой номенклатуры оборудования, информационной базы данных и других источников. Как и для насосов, выбор будет неединичным. Отсюда возникают конкурирующие варианты теплообменного оборудования.

11. Уточнение для каждого из выбранных вариантов гидравлического сопротив­ления, расходов, скоростей, корректировка значения коэффициентов теплопередачи. Определение фактических тепловых потоков и принятие решений о способе выдерживания заданных потоков. При существенном изменении гидравлических сопротивлений возможны итерации в пп.5-11.

12. Расчет значений критериев эффективности и сравнение альтернативных вариан­тов с базовым.

Выбор окончательного варианта для каждого из типов оборудования может производиться раздельно по каждой из систем с учетом как значения критерия эффективности, так и ещё целого ряда факторов, в том числе унификации, доступности оборудования, погрешности данных и др. Если с учетом доверительных интервалов очевидно преимущество не базового оборудования, то решение о его выборе должно быть принято на основе проверки его расположения. т.е. возможны итерации в пп.2-12.

В конечном итоге в результате выполнения всех указанных выше работ будет составлен перечень комплекта оборудования СЭУ и ведомость его заказа на пред­приятиях-изготовителях оборудования.

Рассмотренная схема процесса технического проектирования СЭУ позволяет предложить структуру САПР Т – перечень проектиру­ющих и обеспечивающих модулей и схему их взаимодействия в процессе технического проектирования (рис.5.1).

Управляющая программа должна обеспечивать взаимодействие с пакетами проекти­рующих программ, выстраивая их в традиционную цепочку технического проектиро­вания СЭУ в соответствии с пп.1-12. На вход в управляющую программу поступают данные из подсистемы САПР эскизного проектирования – результаты функционального проектиро­вания систем СЭУ и расположения главного двигателя в МКО. В задачу управляющей программы входит также диалог с проектировщиком о выборе технических решений.

Рис.5.1. Структура САПР технического проектирования СЭУ

В связи с многочисленностью типов и типоразмеров оборудования, подлежащих оценке в составе СЭУ и судна, требуется многократный прогон цепочки технического проектирования с оценкой в подсистеме «Эффективность» и последующий отбор оптимальных вариантов. Целенаправленный поиск оптимального сочетания выбираемых типоразмеров исключен ввиду целочисленности оптимизационной задачи и нелиней­ности зависимости критерия эффективности от индекса типоразмера. В наших разработках мы ориентируемся на автоматический перебор вариантов оборудования данного типа с последующим анализом результатов и принятием решения в диалоге по каждому из типов оборудования.

Конечно, не следует абсолютизировать независимость типов оборудования друг от друга. Между ними есть связи, которые должны учитываться при выборе типоразмеров, но эти связи не так существенны, чтобы исключить выбор вовсе. Они вполне могут быть удовлетворены в итерациях, сходящихся достаточно быстро.

Совокупность пакетов прикладных программ, включаемых в состав САПР Т, вытекает из проведенного выше анализа содержания технического проектирования СЭУ:

• пакет В – выбор оборудования из типоразмерных рядов;
• пакет Р – проектирование расположения оборудования СЭУ в МКО;
• пакет Т – трассировка трубопроводов;
• пакет Г – гидравлические расчеты;
• пакет И – проектирование изоляции;
• пакет П – расчеты прочности;
• пакет Н – расчеты надежности;
• пакет А – акустические расчеты;
• пакет Э – расчеты показателей эффективности;
• пакет Д – документирование результатов проектирования.

Пакеты прикладных программ для анализа экономической эффектив­ности и банк данных по оборудованию и трубопроводным элементам СЭУ рассмотрены в гл.2 и 3. Там обсуждались и специфические требования к этим пакетам, необходимые для решения задач технического проектирования СЭУ. Основные из них – малая значимость решений, принимаемых на этом этапе, и неприменимость в связи с этим глобальных критериев эффективности. Для обоснования таких решений целесообразно применять согласо­ванные критерии эффективности и программные пакеты, реализующие их.