Программе «Гидросистема», разработанной в НТП «Трубопровод», в 2017 году исполняется 40 лет. Вот уж на самом деле почтенный возраст! Тем не менее разработчики неустанно трудятся над ее совершенствованием. Эта статья в основном адресована пользователям, уже имеющим опыт работы с программой, однако может быть интересна и новичкам.
Программа предназначена для выполнения теплового и гидравлического расчета трубопровода любой сложности (в том числе с кольцами и рециклами). Транспортируемый по трубопроводу продукт может быть как однофазным, так и двухфазным. Кроме того, программа умеет подбирать диаметры ветвей трубопровода при задании расходов в ветвях и давлений в источниках и потребителях.
Что же нового появилось в версии 3.88, выпущенной в канун 2017 года?
Модернизация модуля «Гидроудар»
Возможность расчета кавитации
Модуль «Гидроудар», первая версия которого появилась два года назад, претерпел большие изменения. Прежде всего они связаны с возможностью расчета кавитации. Отсутствие учета возникновения пузырьков воздуха при падении давления ниже давления насыщенных паров в предыдущей версии модуля приводило к отрицательным давлениям напора, что озадачивало пользователей. Кроме того, при «схлопывании» каверн могут возникнуть пиковые значения давлений, превышающие максимумы давлений при проходе волны гидроудара. На рис. 1 представлена схема трубопровода с задвижкой в узле 3, которая мгновенно закрывается в момент времени 0.
Рис. 1. Схема трубопровода с закрывающейся задвижкой
Рис. 2. График давлений без учета кавитации
Рис. 3. График давлений с учетом кавитации
Рис. 2 представляет собой график распределения давлений по времени в точках наблюдения, изображенных на рис. 1, полученный без учета кавитации. На рис. 3 — он же с учетом кавитации.
Нетрудно заметить, что учет кавитации нарушает «стройность» графиков, но зато полученные давления гораздо ближе к реальным. Кроме того, на графике видно, что максимум давления при «схлопывании» каверны превышает максимум от прохождения волны гидроудара.
Учет кавитации в «Гидросистеме 3.88» пока что является бетаверсией. Наиболее близкие к реальности результаты получаются в схемах, в которых волна гидроудара инициируется концевыми задвижками.
Гасители гидроудара
В версии 3.88 реализована модель простейшего гасителя гидроудара, представляющего собой газожидкостной колпак (рис. 4).
Рис. 4. Модель гасителя гидроудара
Колпак изолирован от внешней среды (атмосферы). Сжимаемый газ служит своеобразным демпфером, сглаживающим острые колебания давления. В «Гидросистеме» гаситель задается как вид аппарата с назначенными объемом газа и площадью проходного сечения. По умолчанию площадь проходного сечения определяется как средняя площадь сечений, примыкающих к гасителю труб. Объем газа является основным параметром, определяющим возможности гасителя. На рис. 6 показаны графики напора у гасителя для схемы, представленной на рис. 5 (мгновенное закрытие концевой задвижки), для разных значений объема газа W. Для наглядности графики приведены без учета кавитации.
Рис. 5. Схема трубопровода с гасителем
Принимались следующие значения объема газа: 10 литров (фиолетовая линия на на рис. 6), 100 литров (синяя линия) и 1 кубометр (красная линия). Зеленая линия соответствует «чистому» гидроудару (гаситель отключен).
Рис. 6. Графики напора у гасителя для разных значений объема газа (без учета кавитации)
Из графиков видно, что увеличение объема газа в гасителе снижает амплитуду волны гидроудара и уменьшает частоту колебаний. Однако при недостаточности объема газа гаситель может даже «навредить» системе (см. фиолетовую линию), поэтому правильное определение необходимого объема газа в этом случае является важной задачей пользователя программы.
Выходные документы
«Гидросистема 3.88» умеет выводить выходные документы по результатам расчета гидроудара, включающие графики в выбранном пользователями расположении (горизонтальном или вертикальном). Документы выводятся с помощью программы List&Label компании Combit (как и остальные выходные документы программы). Шаблоны вывода документов при желании могут быть изменены пользователем.
Автоматический подбор параметров трубопровода
«Гидросистема» делает первые шаги в оптимизации параметров трубопровода и расчета систем регулирования. В частности, версия 3.88 позволяет задавать управляющие и целевые параметры трубопровода.
В качестве управляющих возможно задание следующих параметров:
- для ветви трубопровода:
- начальная температура;
- для арматуры:
- коэффициент Kv,
- относительная высота подъема штока,
- угол поворота затвора;
- для диафрагмы:
- относительный диаметр отверстия.
- для ветви:
- расход на ветви;
- для гидравлических сопротивлений:
- давление за элементом,
- температура за элементом.
- перекрытые ветви;
- регулирующие клапаны (регуляторы расхода), которые при расчете «разрезают» ветвь на две отдельные части.
Целевыми параметрами могут быть:
Программа пытается подобрать значения управляющих параметров таким образом, чтобы целевые параметры имели указанные пользователем значения. Начальные значения управляющих параметров также задаются пользователем.
В версии 3.88 для каждого трубопровода может задаваться только один управляющий и один целевой параметр, но в последующих версиях программы количество и набор параметров будут расширены.
Характеристики всех заданных управляющих и целевых параметров приведены в новом окне программы.
Топологический анализ схемы трубопровода
Расчетнонезависимые компоненты
Трубопроводы, создаваемые пользователями «Гидросистемы», становятся всё более запутанными, могут содержать сотни ветвей и тысячи гидравлических сопротивлений. С другой стороны, расчетные модули программы, как правило, оперируют не схемой целиком, а некоторыми связными фрагментами этой схемы. К разделению схемы на расчетнонезависимые фрагменты могут привести следующие ее элементы:
Расчетной программе необходимо, чтобы каждый из фрагментов содержал хотя бы один узел с заданным давлением, иначе задача гидравлического расчета становится недоопределенной и расчет прекращается с выдачей сообщения о том, что схема распадается на несвязные области с недостаточными данными. До недавнего времени было очень сложно определить, что представляют собой эти несвязные области. В «Гидросистеме 3.88» можно посмотреть, на какие фрагменты распадется схема трубопровода при расчете (рис. 7).
Рис. 7. Расчетно-независимые фрагменты трубопровода
Отдельные расчетнонезависимые фрагменты помечаются на схеме цветом. Кроме того, появилось новое всплывающее окно, с помощью которого можно выбрать один из фрагментов и просмотреть список узлов, ветвей и сопротивлений фрагмента. Это позволяет легко найти фрагменты с недостающими узловыми давлениями. Кроме того, такой топологический анализ существенно упрощает читаемость схемы.
Нестыковки перепадов высот
Если во время расчета трубопровода была обнаружена нестыковка перепадов высот, «Гидросистема 3.88» подсвечивает контур, в котором она была выявлена, и предлагает выбрать одну из труб, входящих в контур в качестве замыкающей. Последующий пересчет по графике в большинстве случаев позволяет «разрешить» нестыковку, что значительно упрощает пользователю работу с большими схемами.
Заключение
При расстановке приоритетов нововведений разработчики «Гидросистемы» обычно ориентируются на мнение пользователей. С этой целью в 2016 году было проведено анкетирование, которое позволило выявить наиболее востребованные функции. Работа над программой продолжается, мы ждем ваших предложений!
