Автоматизированный анализ характеристик трубопроводов

Как было указано выше, основная цель этапа технического проектирования СЭУ – разработка ведомости заказа вспомогательного оборудования и трубопроводных элементов, образующих вместе с главным оборудованием пропульсивного комплекса, агрегатами СЭС и ВКУ комплект оборудования СЭУ. Включение оборудования в ведомость заказа должно быть обосновано во избежание приобретения оборудования, непригодного к установке на судно.

Обоснование возможности применения оборудования состоит в согласовании характеристик совместно работающих элементов СЭУ – тех характеристик, которые взаимно определяют одна другую и при нарушении согласования которых совместная работа становится невозможной. В частности, это относится к напору насосов систем СЭУ. На расчетном режиме эксплуатации напор должен быть равен гидравлическому сопротивлению трубопровода.

Эту задачу можно, например, решить, выбрав насос с большим запасом напора, способным перекрыть любые возможные сопротивления. Однако это решение не будет оптимальным, поскольку на создание напора затрачивается энергия и расходуется топливо. С другой стороны, приняв небольшой напор, мы можем не обеспечить прокачивание через трубопровод заданного расхода рабочего тела. Напор должен быть минимальным, но достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений при заданном расходе.

Можно поступить иначе – снизить скорости перекачивания среды и тем самым уменьшить гидравлические сопротивления трубопровода, которые пропорциональны квадрату скорости течения. Но это потребует увеличения диаметров труб, фасонных частей и арматуры и приведет к увеличению стоимости и массы трубопровода. Это увеличит не только стоимость СЭУ и судна, но и текущие расходы, связанные со стоимостью, и может снизить провозоспособность.

Задача согласования насосов и трубопроводов решается в процессе технико-экономического анализа и заключается в создании системы СЭУ, эффективной комп­лексно – в целом, а не в своих частях. Должны быть обеспечены заданные функцио­нальные параметры: для систем это в первую очередь расходы сред по отдельным потребителям. При этом должна быть обеспечена максимальная эффективность – минимум капитальных и текущих затрат на выполнение функции.

Этот анализ базируется на гидравлических расчетах трубопроводов, их элементов, различных местных сопротивлений, теплообменного оборудования. Трубопровод должен иметь небольшую массу, обладать небольшим гидравлическим сопротивлением, а насос должен преодолевать это сопротивление без излишних запасов.

В процессе технического проектирования СЭУ среди прочих решается задача определения гидравлического сопротивления для объектов различного уровня и в разных постановках. Рассчитываются трубопро­воды простой и сложной структуры, опреде­ляются гидравлические характеристики оборудования – арматуры, фасонных частей, тепло­обменных аппаратов, гидравлических машин, прочего вспомогательного обору­дования и трубопроводных элементов, решаются задачи обеспече­ния совместной работы оборудования и гидравлических сетей на заданных режимах.

Для решения этого многообразия проектных задач целесообразно использование пакета прикладных программ GIDRAW, включающего следующие компоненты:

• модели расчета гидравлического сопротивления трубопроводных элементов в соответствии с их номенклатурой, в том числе участков трубопроводов простой структуры;
• модели расчета гидравлического сопротивления трубопроводов сложной структуры и состава, в том числе сложных разветвленных трубопроводов с переменным сечением по длине магистрали и ответвлений;
• модели расчета гидравлических характеристик насосов;
• модели расчета совместной работы гидравлических машин и сетей;
• модели уравнивания расходов в ответвлениях разветвленных трубопроводов и расчета гидравлических характеристик дроссель­ных шайб;
• модели обеспечения совместной работы гидравлических машин и сетей на заданном эксплуатационном режиме.

Программная документация комплекса GIDRAW содержит описание программных моделей для определения гидравлического сопротивления трубопроводных элементов, в том числе коэффициентов линейных сопротивлений прямых труб, коэффициентов местных сопротивлений погибов и поворотов, клапанов различной конструкции, кранов, кингстонов, клинкетных задвижек при различных направлениях течения и различной степени открытия регулирующих органов, сужений и расширений различной конструкции, тройников и ответвлений различной геометрии и соотношений расходов в магистрали и ответ­влении, а также для расчета участка простого трубопровода, включа­ющего указанные местные сопротивления в различном сочетании.

Кроме этого сюда включены программы для решения общесистемных задач в рамках гидравлических расчетов, в том числе описание характеристик насосов и гидравлической сети, анализ совместной работы гидравлической машины и сети, уравнивания расходов и другие общесистемные функции. Данное программное обеспечение предназначено для включения в качестве подпрограмм в алгоритмы решения различных задач, обращающихся к расчетам гидравлических характеристик объектов различной степени сложности.

Гидравлические расчеты разветвленных сложных трубопроводов производятся на основе модернизированного пакета программ в соот­ветствии с ОСТ 5.0045-82. Базовый пакет разработан ЦКБ «Рубин» в начале 80-х годов для исполь­зования на ЕС ЭВМ. Для применения этого программного пакета в составе САПР технического проектирования СЭУ выполнена его модернизация с целью:

• переноса и приспособления для работы на IBM-совместимых ПК;
• повышения наглядности формы подготовки и представления исходных данных;
• решения третьей задачи проектирования трубопровода – выбора труб из сор­таментов по заданным расходам и принятым скоростям. Первая – определение расходов по геометрии и вторая – расчет дроссельных шайб по заданным расходам решены в базовой модели;
• автоматизации определения характеристик местных сопротивлений.

Комплекс программ GIDRA реализует стандартную модель в соответствии с ОСТ 5.0045-82 на IBM-совместимых персональных ЭВМ. Форма задания исходных данных в стандартной модели крайне неудобна и совершенно ненаглядна – отсутствует рубрикация, каждый пробел означает начало нового числа. Несовершенство формы приводит к ошибкам и затруднениям при подготовке исходных данных, поэтому здесь мы не рассматриваем использование стандартной модели, а сразу переходим к усовершенствованной модели GID.

Базовый комплекс, доработанный и перенесенный на IBM PC, модер­низирован путем:

• введения рубрикации в таблицы исходных данных, что облегчило ввод исходных данных;
• подключения модели выбора труб из сортаментов.

Модернизированный комплекс реализован в виде выполняемого файла GID.EXE.