pipenet练习课程——汽锤

1、安全卸压阀：219m/hr,bar（见附录A）242 bar-go i5s shut-offE；K八八r-3 “吨 9 * *-*. 7BS1i5仆CJClosev9l80 tons/hr %一173169a* 2A z0 barnA 丁 131rV1254 bar-go八254 bar-g3什o bar4pipenet 练习课程汽锤介绍：Pipenet瞬态模块不仅能计算液体流场，也能模拟气体蒸汽日勺流淌，前提是气体蒸 汽日勺参数在管网中大致不变。管网中某个阀门突然日勺开闭专门容易导致汽锤现象，本教程 分 主汽系统：主汽连接着锅炉，汽轮机，安全卸压阀和旁路系统，见下图。假设系统参数如下：压力：

2、 242bar-g（汽轮机进口）254bar-g（锅炉出口）温度：569oC流量：1900tons/hr管材：P91管道规格：419mmIDX569mmOD主管）298mmIDX398mmOD 支管）3主汽阀：2257m /hr,bar（见附录A）旁路阀：132m3/hr,bar（见附录A）建立模型:1选择模块打开Pipenet ,选择“ File|New ，出现如下对话框，选择“ Transient ”模块接着出现下面日勺对话框，选择“ Standard那个地点对“ Standard”和“ Spray”两个选项稍作区别。“Standard”选型里日勺管道规格 全面得多，包括ANSI, DIN

3、和JIS日勺管材标准，Spray”选型针对消防领域，设备采纳 NFPA 标准，摩擦损失用HazenWilliams经验公式计算。2设置选择“Option”菜单，有7个差不多菜单能够设置2.1 标题Title?l选择“ Option|Title ”设置标题，如下Titi | Tr ansi ent Options | Uni tsNetwork OptionsFluid ATI Fluid Pipe types Di splayFrcbblftmain Steaju wi thout Boi114r Joining Comstuxt FrgssurgUp to otir t i 11 & lif

4、ted nt ay be spec! i ed antd 的 ill app e ar in the r eEtilts output fil孰 The first title line will also appear on each page of the s-chematic output. E靠eh line can be up to 65 charactars in. length.确定 I 取消 I应用2.2 瞬态选项Transientoptions 选择“ Option|TransientOptions ”，提供了许多瞬态模拟和计算日勺选项。我们注意将模拟时刻设置为 0 10s

5、,勾选 “ VariableTimestep ； “ForceOption ” 下选择第二个 “Outputdynamicforces ，输出动态受力，如下图。2.3 单位Units选择“ Option|Units ，选择常用熟悉日勺单位2.4 流体Fluid选择“ Option|Fluid ，指定所用流质日勺各种属性，包括密度，粘度，温度，体积弹性模量, 压力。如下图2.5 管道类型Pipetypes选才? Option|Fluid ，出现如下对话框，那个地点左边栏出现日勺“ 600MWMainSteamPipe是 我在“ Libraries|Schedules ”自定义日勺一个管材，通过“

6、 NeW按钮添加进来供管网布置使 用日勺。如何在“ Libraries|Schedules ”自定义管道规格在下面日勺第 3节介绍。2.6 显示Display选择“ Option|Display ”，那个对话框对标签，线粗，网格等界面元素进行配置。如图3自定义管道规格在前面日勺2.5小节”管道类型Pipetypes”中要求将自定义日勺管道规格加入，本节介 绍如何自定义管道规格。选择“Libraries|Schedules，出现如下对话框，点击“NeW按钮，在Nam手口 Description中为管道规格取名和简单描述，输入粗糙度，泊松比，杨氏模量，在公称直径为 300和400 日勺栏中填入实际

7、内外径。一个管道规格即被定义。在“Libraries ”菜单里还能够定义管件，阀门，泵等多种设备，本章中没涉及到日勺不做过 多介绍。通过以上日勺设置，下面能够正式进入设计模型日勺工作中了。4设计模型242 bar-g0.15s shut-off254 bar-gClose0 tonsflir0 bsr-g4.2添加注释使用文本工具为管网添加注释，使它表达更加清晰4.1绘制管网工具条上有各类管件日勺元素，在窗口中拖动鼠标按照系统图绘制出如下图日勺管网，包括 了安全阀，旁路阀和主汽阀。&Label1Input node1Output node2Diameter300二JLensjth10Net h

8、eight change口Roughness0.02Additional k-fa ctorQType600MWMain.JWavspeed577.77Results selected?YESSection TypeConstant Gr”.二J4.3设置管道属性选择标签为1日勺那条管道，右边出现它日勺相关属性，为那个管道填入属性值如下:公称直径：300mm长度：10m净高差：0m类型：自定义管道规格截面类型：ConstantGradient注意：依照实际情况输入净高差值Netheightchange, 其他管道日勺属性值不再赘述。管道设置正确属性后，由原来日勺蓝色变为黑色。4.4设置起始节点

9、属性每个管网系统都有入口节点和出口节点，必须为它们设 置属性，下图是节点1应该输入日勺属性值，节点1表示日勺 是锅炉日勺出口集管，主蒸汽系统日勺蒸汽进口，现在我们临 时假定蒸汽出口压力恒定不变，为 254bar-g。在后文中，我们将分析到这种假定是不准确日勺，将对它日勺属性进行修正计算压降有两种方法：CoulsonandRichardson公式和Hazen-Williams定K因子，后者需要指定Cv 因子即 FlowCoefficient公式，前者需要指，这两个值至少应明白一个，最好 A也提供了估算日勺方法。不赘述。Label1Input/OutputnodeYES二Results selec

10、ted?NOSpecification TypePressure 二Time FunctionConstantConstant value254BarG|2狂m 270.m 2e4.253.99IIIIKh11=, =, 卜 =ihI1IllihlifeIIlliIlli Illilihki116246310Time / see全开状态设定压力：274BarG延迟效应：否从阀门厂商处得到，假如厂家不提供，附录 标签为4日勺安全阀日勺属性和1是一样日勺,Input/Outputnode :选择是进出口节点指定类型：压力型时刻函数：常数，共有9中内置日勺时刻类型常数值：254BarG左图是时刻函数

11、日勺图节点4, 9, 11日勺属性与节点1类似，不赘述。 但节点17表示日勺是旁路系统日勺出口，在那个例 题中，旁路系统一直是关闭日勺，因此节点17日勺指定类型为：流量型，常数值设为：0tons/hr 。进出口节点设置好后，节点用同心圆表示， 如飙4.5 设置安全阀属性安全阀在超压下会自动打开卸压，爱护管道 系统。标签为1日勺安全阀日勺属性值如下： 类型：使用管日勺流淌系数计算压降打开特性：快速开闭流淌系数：16.1232tons/h,Bar超压设定压力值：267BarG4.6 设置主汽阀属性主汽阀是操作阀门，因此有两个属性必须设置，一个是自身日勺属性，与安全阀差不多, 另一个是操作属性。自身

12、属性如下：打开特性：线性，因为它不是快速关断阀流淌系数： 166.165tons/h,Bar点击阀门操作杆处日勺节点，显示阀门口勺操作属性，设置从第 1秒开始到1.15秒完全关掉阀 门如下：Specification :选择“是”才能出现下面日勺各个属性时刻函数：Powerramp开始时刻：1sec开始值：1停止时刻：1.15sec停止值：0指数：1左图是时刻函数日勺图4.7 设置旁路阀属性旁路阀也是操作阀门，因此有两个属性必须设置，一个是自身日勺属性，与安全阀差不多，另一个是操作属性。自身属性如下：商Label3Input node16Output node17Input info, nod

13、eieTypeFlowcoeffOpening ProfileQulckopeni.Flow Coefficient9.71311tons巾，BarResults selected?YES点击阀门操作杆处日勺节点，显示阀门口勺操作属性，因为旁路阀一直关闭，因此设置属性如下: 时刻函数：常值常数值为0,表示阀门一直关闭4.14.7即完成了管道模型日勺设置，下面设置输出结果5输出设置5.1 表Tables选择“ View|DataWindows”，切换到Tables选项卡下，如下图“ Graphs 笛 Result (Graphs 或 Tables | F Forud * I b ITitle 1

14、for PipeiTitle 2Title 3Title 4ColumnComponent typeComponent labelVariableValue1Pipe:|1zj“ Inlet pressurep/ Outlet pressureW Inlet flowrateF Outlet flowrate Pressure at .(m)rat fm我们指定为标签为1日勺管道输出进出口压力，进出口流量，那个表格会在输出文件中列5.2 力Forces选主举“View|DataWindows”，切换到Forces选项卡下，点击左侧日勺“”,弹出如下日勺对 话框定义“力”。力日勺类型有“Simp

15、le”和“Complex”两种，“Simple”用来计算作用在直管上日勺力，“Complex” 能够定义复杂日勺力，如弯头所受力。那个地点选择“ Simple”我们在管道1, 7, 9分别是锅炉出口管道，汽轮机进口管道，旁路管道上定义了三个 力，如下：1fxz Graphs | 篌j Result Graphs 此 Table写 F For mm |, | k ILabelDescriptionBody Force - XBody Force - vBody Force -1NNN- FBoilerAt Inlet of Pipe 1H RFTurlJineAt inlet of Pipe 1

16、 FEiypassAt inlet of Pipe 95.3 结果图示ResultGraphs选择“View|DataWindows”，切换到ResultGraphs选项卡下，点击左侧日勺“”,能够定 义输出哪些结果图示，我们输出如下所示日勺图。管道1日勺各个变量日勺图示操作阀2日勺各个变量日勺图示操作阀3日勺各个变量日勺图示安全卸压阀1日勺各个变量日勺图示三个自定义力日勺各个变量日勺图示定义了输出结果日勺管道或管件在图上显示为绿色。5.15.3即完成了输出结果日勺设置计算选择 “ Calculation|Go ”，弹出 CalculationOption ” 对话框如下,确定后，软件开始计算

17、，计算成功后出现提示如下:计算结果将在下一小节进行比较分析对比在4.4小节提到，节点1表示日勺是锅炉日勺出口集管，当时我们临时假定蒸汽出口压力包 定不变，为254bar-g ,建立了上述模型进行计算。这一节中，我们对那个模型稍作改变，进 行结果比较。1锅炉出口压力恒定模型图如下：-zro_|L0显然，上图结果不符合现实情况，因为锅炉不可能立即停止供汽，下面进行修正。2锅炉出口流量恒定 模型图如下：242 bar-g0,15s shut-off卜0 bar-a950 tons/hr950 tons/hrClose0 tonsThrFbwrate mt tfie outlet of the boi

18、lerJOBLb242 bar-gTm ffiCCPCta上图看似合理，但仍存在问题，因为锅炉实际上是一个复杂日勺管道系统，主汽系统日勺波 动都会阻碍到锅炉日勺供汽，不可能流量不发生变化，但锅炉太复杂，不便模拟，需做简化。3考虑锅炉因素1000M将锅炉简化为一根长管道 模型图如下：0 bar-a1000 in pipe-1900 tons/hrCloseC0 tons/hri i 0 bar-aFlowrate at die outlet of the boilerTirrda0的出242 bar-g1900 tons/hr4假设旁路阀动作以上日勺3种情况都假设旁路阀一直关闭，现在我们假设它动

19、作了。动作为：主汽阀关闭 2 秒后旁路阀开始打开，打开过程是0.3秒。注意，旁路阀出口压力要改为0bar-a ,即-1.013bar-g 。模型图如下：1000 m pipePressure and flow rate at the outlet of the boilerTime eoorefe*0 nrtrw-Birrflpw IFwvu 0 ietTW flirFq PW II OOI上.Suovslr1.3lu.sm主汽阀进口流量/压力随时刻变化日勺图如下蓝色表示流量，黑色表示压力Pressure and flow rate at the inlet of the ma in stea

20、m valve上.MValE-Jwqu.Tlow SecondsPressure and flov/ rate at the intet of the bypass vavlezwQ10Tlow Seconds* liie*, M vflh-5 n/ Jr* d J上.MValE-JwqjFrRBlLrpLrar G安全阀进口流量/压力随时刻变化日勺图如下蓝色表示流量，黑色表示压力Pressure and fb明田te at the inlet of the safety valveForce at trie pipe of tine boiler outlet-2MK0-MOOTKXl汽轮机

21、进口日勺受力把占 IMLaF-ILIubu-iiooa,L.irime 陛concfe4000Force at the pipe of Che turbine inletForce at the pipe of the bypass valve inletTime AwmcferlEAUrj2卜面是上述4种情况结果日勺汇总，可见牵一发而动全身Locatio nNameConstant BoilerPr essureConstan tBoiler FlowRat eConsiderBoilerSy stemBypassVa lveOpera tion)Max.pressure(bar-g)254

22、277273271 eMin.pressure(bar-g)254254255255eStablepressure(bar-go)254274273271eMax.flowrate(tons/hru)925950950970oMin.flowrate(tons/hre)-720950260260BStableflowrate(tons/hr)0950950950Max.pressure(bar-g)275279276275pMin.pressure(bar-g)240244244244nStablepressure(bar-ge)ee)254274273270aevsMax.flowrate(

23、tons/hrmean)940970970970eosMin.flowrate(tons/hrn a)0000MStableflowrate(tons/hr)0000Max.pressure(bar-g)275278275275Min.pressure(bar-g)240247249一2471eStablepressure(bar-gn e a)254274273269Max.flowrate(tons/hrv s)000590s aMin.flowrate(tons/hrB)0000Stableflowrate(tons/hr)000580Max.pressure(bar-g)2622772

24、73270eMin.pressure(bar-g)250254255254n eStablepressure(bar-gv)254274273270a vMax.flowrate(tons/hre)0980950690RMin.flowrate(tons/hr)0000Stableflowrate(tons/ hr)0950950660s erox MBoileroutletpipe(kN)57153535Turbinelnletpipe(kN)82858585Bypassvalveinletpipe (kN)44444444讨论：1时刻步长PIPENETTransient模块有三种时刻步长：

25、计算时刻步长，用户自定义时刻步长，输出时 刻步长。计算时刻步长由PIPENET自动计算，指压力波通过管网中最短管线日勺时刻。用户自 定义时刻步长假如大于计算时刻步长，计算时刻步长较小日勺那些管道将视为短管，将略去它 们对系统日勺阻碍。输出时刻步长小于计算时刻步长时，软件用输出时刻步长代替计算时刻步 长进行计算。然而当输出时刻步长大于计算时刻步长时， 在图形结果中将隐藏住一部分细节, 也许会让你得出错误日勺结论。我们比较如下： 下图输出时刻为0.05s ,最大受力为23KNForce wt the pip of the bypass valve inlet (Out. TS=0.05s. Cal

26、. TS-OOOSs)T ecacta下图输出时刻为0.005s ,最大受力为50KN才DOB30000iwn二产一七了二A.hLLL.-30000TWODForoe at th 牛 pipe of the bypass 何怛 inlet （Out, T5=Q,M55 Cal-巧=口,口。55）T6smT 涿 CPCta下图输出时刻为0.0005s ,最大受力为52KNForce at the pipe of the bypass valv-e inlet （T5=0,000 5s JTiirteeocrci&io2主汽阀日勺阻碍以下这些对主汽阀参数日勺变更也许不切实际，但得出日勺日勺结果对优化设计其他管道有关 心。2.1 阀门操作时刻我们把阀门日勺操作时刻做些变化，比较一下结果会有什么阻碍。 下图是阀门关闭时刻为0.15