3 Формирование расчетной теплогидравлической схемы

Для того, чтобы в среде SimInTech создать новый проект, необходимо воспользоваться пунктом меню «Файл → Новый проект». В зависимости от задачи, можно выбрать «Пустой проект», «Пакет», или один из пунктов «Схема TPP», «Схема модели общего вида» или «Схема теплогидравлическая».

Если установлены дополнительные модули расширения, то перечень может быть большим, чем представлено на рисунке (Рисунок 1).

В нашем случае, поскольку для расчета понадобятся и схема автоматики (модель общего вида), и схема теплогидравлики, нам следует выбрать пункт «Пакет». При выборе этого пункта меню появляется диалоговое окошко управления проектом «Пакет проектов». При создании нового пакета он создается пустой.

Перед тем, как начать добавлять новые проекты в пакет (например, далее мы добавим теплогидравлическую схему), рекомендуется сохранить вновь созданный пакет на жесткий диск под оригинальным названием. Нажав на эмблему дискеты в верхнем левом углу окна «Пакет проектов» и выбрав пункт меню «Сохранить как», сохраните в нужную папку новый пакет проектов. Условимся для простоты, что проект будет создан в папке «С:\KTZ\» (Рисунок 2). Выбрав папку, следует в предлагаемом диалоге написать имя нового проекта (в данном случае – имя пакета проектов) и нажать кнопку «Сохранить». Например, наш проект быдет называться «учебная модель ГК турбины». Написав это название в строке диалога сохранения и нажав кнопку «Сохранить», мы возвращаемся снова к окошку пакета проектов, но теперь пакет проектов уже сохранен на диске компьютера под определенным названием и расположен в выбранной папке, что видно из заголовка окошка (Рисунок 3).

Обратим внимание на то, что в SimInTech используется два стандартных расширения для имен файлов:

Другими словами, если в нашу задачу входило бы создание только теплогидравлической модели, то мы не создавали бы пакет проектов, а сразу сделали бы проект нужной модели теплогидравлики. В нашем же случае, когда будет необходима одновременная работа нескольких схем (теплогидравлическая модель, модель автоматики и блоков управления), мы создали пакетный pak-файл, который объединит в себе работу нескольких проектов. Перейдем теперь к созданию проекта (схемы) теплогидравлической модели.

В нашем случае для расчета мы не будем создавать математическую модель теплогидравлики «с нуля», записывая формулыи соотношения, а создадим теплогидравлическую расчетную схему для кода HS и зададим параметры (свойства) расчетных элементов. Пользователю будет достаточно представить математическую модель в виде привычной технологической схемы, и задать необходимые геометрические, теплофизические начальные условия и другие свойства. Для расчета схемы воспользуемся теплогидравлическим кодом HS, входящим в стандартную поставку SimInTech.

Для того чтобы создать схему, аналогично созданию пакета проектов, выберем пункт меню «Файл → Новый проект» и далее выберем пункт «Схема теплогидравлическая». При этом сформируется новый проект, откроется его схемное окно (пока что пустое) и из всех доступных библиотек элементов отфильтруются только те, которые имеет смысл размещать на теплогидравлической схеме. Внешний вид ПО будет примерно таким как представлено на Рисунок 4.

Как видно из рисунка, для схемы теплогидравлики доступны только шесть библиотек элементов – «Субструктуры», «Теплогидравлика», «Точки контроля», «Просмотр параметров», «Визуализация» и «Маски». Вкладки «Форматы ГОСТ» и «Визуализация 3D» впрямую к теплогидравлике HS не относятся но с оформительскими целями из них тоже допустимо размещать объекты на схеме. Все остальные элементы и библиотеки элементов скрыты от пользователя и не показаны, так как на схеме теплогидравлики можно размещать элементы из этих и только этих библиотек.

Далее, как обычно, рекомендуется сохранить созданный проект на жесткий диск. Для этого выбираем пункт меню «Файл → Сохранить проект как…» и в появившемся диалоговом окне делаем три вещи: выбираем папку С:\KTZ, вписываем название файла (например, «Схема теплогидравлики для учебной модели ГК турбины») и нажимаем кнопку «Сохранить». По нажатию кнопки происходит запись пустой вновь созданной схемы в файл на диск и мы возвращаемся к схемному окну. При этом заголовок схемного окна изменился и теперь там указан путь и имя файла, в котором содержится данная схема.

Следующим шагом в процессе создания схемы будет являться добавление созданной схемы теплогидравлики к пакету проектов. Вернувшись к окошку пакета проектов, нажмем в верхней панели окошка кнопку «Добавить проект». В появившемся маленьком диалоге «Выбор файла» следует либо вручную вписать путь и имя добавляемого файла с проектом, либо нажать на кнопку с папкой для выбора нужного файла в проводнике Windows.

Выбрав нужный файл (в нашем случае это C:\KTZ\Схема теплогидравлики для учебной модели ГК турбины.prt, и нажав кнопку «Ок», мы в результате получаем следующую картину – открывается еще одно схемное окно с пустой схемой теплогидравлики. Это происходит вследствие того, что к пакету проектов мы подключили еще один (пока что первый, конечно) проект – схему теплогидравлики, – а при открытом пакете проектов SimInTech автоматически открывает схемные окна всех проектов пакета. При этом следует различать принцип открытия двух схемных окон – одно открыто непосредственно в среде самой SimInTech, а другое открыто как «дочернее» окно пакета проектов. При этом первое можно закрывать и открывать независимо как самостоятельный проект, а другое невозможно свободно открыть и закрыть, т.к. оно входит в состав пакета проектов.

Давайте закроем первоначальное окно схемы теплогидравлики, оставим открытым только пакет проектов и перейдем непосредственно к созданию теплогидравлической схемы. В качестве учебной задачи в данной методике используется оценка динамических процессов в системе регулирования уровня конденсата в главном конденсаторе одной из паровых турбин Калужского турбинного завода. Принципиальная схема системы представлена на Рисунок 5. В данном случае теплогидравлическая модель достаточно проста и может быть сформирована на одном листе, как представлено на Рисунок 6.

Для демонстрации возможностей SimInTech расчетную схему теплогидравлики условно разделим на две части, выделив блок насосов в отдельный лист. Хотя такое разделение в основном применятся для создания математических моделей больших технологических схем, в нашем случае это будет тоже удобно и наглядно продемонстрирует возможности субструктур и масштабирования, имеющиеся в SimInTech. Для особо сложных (полномасштабных) расчетных схем количество листов (субмоделей) может составлять несколько десятков. На верхнем уровне такая математическая модель представлена в виде набора субмоделей – листов, в нашем случае в виде двух листов, как показано на Рисунок 8.

Для создания этих двух листов следует выполнить следующие простые действия над открытым схемным окном:

• Сделайте схемное окно теплогидравлики (окно с названием «Схема теплогидравлики для учебной модели ГК турбины») активным, если оно не является таковым, нажав кнопкой мыши на заголовок окна;

• В панели инструментов SimInTech перейдите к библиотеке «Субструктуры» и выберите элемент, нажав на него («щелкнув») однократно левой клавишей мыши. Название элемента – «HS - Субмодель».

• После этого перенесите выбранный элемент на форму. Для этого передвиньте указатель мыши на свободное место на схемном окне и «щелкните» один раз в нужном месте. При верных действиях указатель мыши после первого «щелчка» кнопкой примет форму выбранного элемента (в данном случае – форму белого прямоугольника), далее выбранный элемент «переедет» на схему и по второму «щелчку» разместится на схеме.

• Разместив первый элемент в верхней половине открытого пустого схемного окна, повторите действия и разместите второй такой же элемент под первым, уже размещенным, элементом.

Так как по умолчанию свойства блоков одинаковые, в результате вы получите две субмодели, размещенные на схеме одна под другой и имеющие одинаковые названия, т.е. внешне это будет выглядеть как две копии одного элемента библиотеки «Субструктуры» (Рисунок 7). Приступим к редактированию свойств размещенных субмоделей.

Попробуйте однократно щелкнуть левой кнопкой мыши на одной из субструктур – при этом элемент немного изменит свой внешний вид – выделится красной рамкой с ключевыми квадратными точками, и активируются некоторые кнопки вверху на панели инструментов в окне SimInTech. Если далее щелкнуть левой кнопкой мыши на свободном пространстве схемного окна, то выделение «снимется», т.е. исчезнет. Вам нужно зайти в диалоговое окно свойств каждого из элементов. Это можно сделать как минимум тремя способами:

1. Щелкнуть правой кнопкой по субмодели и выбрать пункт «Свойства объекта».

2. Щелкнуть левой кнопкой мыши по субмодели (активировать ее) и далее выбрать пункт меню «Правка → Свойства».

3. Щелкнуть левой кнопкой мыши по субмодели (активировать ее) и далее щелкнуть по кнопке «Свойства», которая находится вверху на панели инструментов главного окна SimInTech.

Независимо от способа, в результате должно появиться окно свойств выбранного объекта – в данном случае это свойства субмодели. Условно, будем называть два листа РУК01 и РУК02 - сокращение словосочетания «регулятор уровня в конденсаторе». Для переименования свойств в появившемся окне выполните следующую правку свойств:

- в строке «Подпись блока» напишите «РУК - система регулирования уровня в главном кондесаторе». После этого нажмите кнопку «Ок» и вы увидите что внешний вид первой субмодели изменился.

- проведите аналогичные дествия со второй субмоделью – ее свойства будут иметь значения «Блок электроконденсатных насосов».

Итого - теплогидравлическая схема была разделена на две части:

1. Систему регулирования уровня в главном конденсаторе;

2. Блок электроконденсатных насосов.

Условное обозначение РУК (Регулирование уровня в конденсаторе) задано нами произвольно и может быть изменено в соответствии с принятой на предприятии терминологией (наименование систем или подсистем). Пользователь может входить в любую из субмоделей (листов) с верхнего уровня, а также переключаться между листами, используя:

1. Закладки в верхней части экрана;

2. Дерево проекта;

3. Специальные навигационные элементы схемы.

Осталось еще одно свойство, которое следует изменить у каждой субмодели, и после этого вы будете готовы перейти к следующему этапу создания теплогидравлической схемы. Это свойство называется «Имя объекта» и находится во вкладке «Общие». Для первой субмодели задайте «Имя объекта» как «РУК01», для второй субмодели – «РУК02». Здесь важно обратить внимание на то, что имена объектов должны быть уникальны в пределах всего проекта, поскольку для базы данных именно имя объекта является его идентификатором, который обязательно должен быть уникальным. Иначе было бы невозможно отличить один объект от другого.

Схема регулирования уровня конденсата, приведенная на рисунке (Рисунок 6), является практически полным визуальным аналогом принципиальной схемы, предоставленной АО «КТЗ» в качестве условия тестовой задачи (Рисунок 5).

Библиотека расчетных элементов может быть настроена таким образом, чтобы внешний вид создаваемой схемы полностью соответствовал принятым на предприятии требованиям проектно–конструкторской документации. К разработке и анализу такой схемы можно привлекать специалистов-технологов, не владеющих технологиями математического моделирования, что является преимуществом при использовании среды SimInTech в проектно-конструкторских организациях.

К настоящему времени существует несколько программных решений, позволяющих осуществлять автоматизированное создание расчетной схемы по уже имеющейся технической документации. В пакете SimInTech возможно создание расчетной схемы, аналогичной изображенной на рисунке, с использованием в качестве исходных данных чертежей, выполненных в формате констуркторских САПР (AutoCAD и аналогичные), что значительно сокращает время разработки математической модели гидравлической системы.

Кроме автоматизации процесса создания расчетных схем в SimInTech существует поддержка технологии PDM (Product Data Managment) и технологий PLM (Product Life Management), например, Enovia-Smarteam. При использовании данных технологий расчетная схема может быть встроена в информационную систему поддержки изделия, а изменения в проектно–конструкторской документации будут автоматически вноситься в математическую модель технической системы.

Приступим к набору схемы в схемном окне. Для этого перейдите на окно «Схема теплогидравлики для учебной модели ГК турбины» и выполните двойной щелчок левой кнопкой мыши по первой субмодели для перехода во вложенную субструктуру (т.е. на первый лист теплогидравлической модели). Процедура первоначального создания схемы в общем случае состоит из следующих этапов: размещение элементов схемы на схемном окне; соединение элементов соединительными линиями (в данном случае – теплогидравлическими линиями связи); изменение свойств объектов на требуемые по условию задачи; приведение внешнего вида схемы к удобному виду для дальнейшей работы и редактирования (т.е. создание надписей под блоками, выравнивание линий и элементов и т. п.).

Сначала мы последовательно разместим на схеме все элементы, которые нам требуются. Старайтесь размещать их примерно в тех же позициях, как изображено на рисунках.

Первый элемент, который мы разместим – это граничное условие для схемы – бойлер. В расчетном коде HS ему соответствует элемент «HS – Граничный узел». Для размещения на схеме элемента требуется выполнить действия, аналогичные размещению субмоделей на схемном окне в предыдущем подразделе, а именно: перейти в библиотеку элементов «Теплогидравлика», щелкнув один раз левой кнопкой мыши на одноименной вкладке вверку на панели инструментов SimInTech. После этого вы увидите, что вместо элементов библиотеки «Субструктуры» появились элементы библиотеки «Теплогидравлика». На самом деле в данной библиотеке больше элементов, а появившиеся иконки являются объединением элементов по классам и вмещают в себе каждая по нескольку элементов. Например, если щелкнуть левой кнопкой мыши по иконке «Арматура», то появится выпадающее меню с тремя типами арматур (задвижка, клапан, обратный клапан), которые есть в данном классе элементов. Аналогично и остальные иконки – можете для ознакомления понажимать и на них, посмотреть какие элементы доступны здесь.

Для того чтобы разместить бойлер, как и говорилось ранее, нужно выбрать элемент «HS – Граничный узел» из класса «Узлы», щелкнув по нему однократно левой кнопкой мыши. Далее переместите курсор на схемное окно и в левой верхней части схемного окна разместите граничный узел, щелкнув еще раз левой кнопкой мыши на схемном окне . Поздравляем, вы только что разместили первый элемент на листе РУК01. Теперь, если щелкнуть мышкой на пустом месте в схемном окне, и рассмотреть внимательно размещенный элемент, можно увидеть что на самом деле мы разместили два графических элемента (Рисунок 9), представленные как оранжевый шестиугольник и синяя точка. Это сделано для того чтобы отличать узлы разного типа друг от друга.

Давайте немного подвинем влево оранжевый шестиугольник, чтобы разделить его и синюю точку для удобной работы с ними в дальнейшем (по отдельности) и для наглядности схемы – для чтения схемы гораздо лучше если элементы не пересекаются и «не наползают» друг на друга . Для этого выделите шестиугольник, щелкнув по нему левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопку мыши, передвиньте курсор влево на некоторое расстояние. При этом шестиугольник должен «переехать» на новое место, а синяя точка остаться на прежнем. Аналогично можно перемещать и другие элементы, в т.ч и узел (точку).

Следующим, вторым элементом, будет граничное условие типа "расход", через который будет поступать расход в конденсатор турбины. Для этого снова одним щелчком мыши на панели инструментов SimInTech «заходим» в класс элементов «Узлы» и выбираем блок «HS - Подпитка». Разместите его на схеме в правой верхней части (Рисунок 10).

Поскольку на будущей схеме поток теплоносителя будет двигаться справа налево из размещенного только что элемента - подпитка, давайте стрелку порта сразу приведем в соответствие с этим направлением, то есть расположим ее слева у блока. Для этого нажмите правой кнопкой мыши по блоку для вызова контекстного меню и выберите пункт «Свойства объекта». Далее зайдите во вкладку «Порты» и в строке «Расположение» выберите – «Слева». Если все сделано правильно, результат должен получиться аналогичным Рисунок 11.

Если вы наведете курсор на синюю точку граничного узла и задержите там его на небольшое время, то увидите всплывающую подсказку с надписью «BoundNode_0: HS - Граничный узел». Если навести курсор на оранжевый шестиугольник, то надпись во всплывающей подсказке будет содержать две строки: «PictureBoundNode_0: HS – Графическое изображение для граничного условия» и «Владелец: BoundNode_0». Имена присвоены автоматически элементам на схеме, а строка со словом «Владелец:…» показывает, к какому именно узлу привязан данный элемент (шестиугольник). При помощи таких всплывающих подсказок можно при работе со сложной схемой легко и быстро понять и не запутаться, к какому именно блоку принадлежит другой блок (картинка). Такие «двойные» (иногда «тройные» и т.д.) элементы встретятся нам и в дальнейшем, причем в каждом случае будет родительский элемент-владелец (в данном случае это синяя точка) и дочерний к нему (здесь – картинка – оранжевый шестиугольник). Если со схемы удаляется основной элемент (владелец), то автоматически происходит удаление всех его «дочерних» элементов. Но не наоборот – например, при удалении шестиугольника сам узел останется на схеме.

Следующий элемент, который вы разместите на схеме – это бак со свободным уровнем (модель бака - конденсатора турбины). Для нашей задачи выберем бак со свободным уровнем из библиотеки «Теплогидравлика» и класса элементов «Баки». Разместите бак немного левее и ниже граничного условия «HS - Подпитка». Как видно из рисунка, бак по умолчанию тоже является «двойным» объектом с одним дочерним узлом. Для нашей схемы к баку надо добавить ещё два узла – один сверху, другой слева от бака. Выполните это, разместив на схеме, точнее – непосредственно на изображении бака еще два элемента – «HS - Узел компенсатора» из пункта меню «Баки». Для этого переносите элемент «HS – Узел компенсатора» непосредственно на сам бак. Баку автоматически присвоено имя Bak_so_svobod_ur_0 и этот объект является владельцем узла NodeK_0. Когда вы расположите еще два узла бака на нём, им будут присвоены имена NodeK_1 и NodeK_2. Переместите NodeK_2 в верхнюю часть бака, NodeK_1 в левую часть бака. Сравните полученный результат с Рисунок 13 – должно получиться примерно то же самое. В дальнейшем к этим узлам мы будет подсоединять гидравлические каналы. Если у ваших узлов получились другие имена – переименуйте их для соответствия описанию (на расчет имена не влияют).

К баку как «дочерние» добавьте еще 4 элемента – блоки «HS – Контроль P,H,T,L в баке» и разместите их на фоне бака в его правой части.

Теперь разместим блоки перехода с одного листа на другой – выберите элементы «HS - В память» и «HS - Из памяти», разместите их на схеме ниже и правее модели конденсатора турбины. Создайте поясняющие надписи к этим элементам - «к ЭКН» и «от ЭКН» (Рисунок 14).

Чем больше пояснительного текста будет на схеме, тем легче будет в ней разобраться вам в будущем, когда вы что-нибудь «подзабудете» и/или тем проще будет в ней разобраться постороннему человеку. Поэтому, при создании любой схемы, как сложной так и простой, всегда пишите комментарии и пояснения, причем желательно к каждому блоку, листу, элементу, связи и т.д.

Следующий шаг – добавим необходимые «внутренние» узлы , то есть те, которые расположены на внутренних соединениях труб (тройниках) на схеме – это будут узлы с автоматически присвоенными именами. Первый узел разместите слева от конденсатора, точнее – на некотором расстоянии слева от узла бака NodeK_1. Позже мы разместим клапан между этими узлами. Присвойте ему имя U_1.

Второй внутренний узел (проименуйте его U_2) разместите левее и на некотором расстоянии от порта перехода от ЭКН. Позже от этого узла мы сделаем разветвление труб – один гидравлический канал пойдет к ТО БЭЖ, другой – к бойлеру. Третий узел U_3 расположите немного левее узла U_1. Еще один узел U_4 разместим рядом с узлом подпитки.

Теперь перейдем к созданию гидравлических каналов (участков трубопроводов) между узлами. В библиотеке «Теплогидравлика» выберем пункт меню «Каналы», и в данном проекте мы будем пользоваться только блоком типа HS - Канал.

Проводите каналы в указанной ниже последовательности:

1) Проведите канал от внутреннего узла U_4 к верхнему узлу бака, дайте имя каналу Ch_1;

2) Проведите канал от нижнего узла бака к порту блока «HS - В память» (Рисунок 15, – одновременно проверьте правильность расположения внутренних узлов), присвойте ему имя Ch_2;

3) Следующий канал – от порта блока «HS - Из памяти» к внутреннему узлу – этому каналу присвойте имя Ch_3;

4) От узла U_2 к узлу U_1, имя канала – Ch_4 (Рисунок 16, на рисунке блоки подписаны);

5) От узла U_1 к узлу U_3, имя канала – Ch_5;

6) От узла U_1 к узлу бака NodeK_1, имя канала – Ch_6;

7) От узла U_2 к узлу U_3, имя канала – Ch_7;

8) От узла U_3 у граничному узлу (бойлеру), имя канала – Ch_8.

После размещения каналов, выполните их подключение к узлам и портам блоков "В память" и "Из мапяти". Как промежуточный итог, вы должны получить схему, показанную на Рисунок 17.

Переходим к размещению клапанов. На этой схеме их всего три, с именами К1А, К1В и К2. Все три клапана – это элементы библиотеки «Теплогидравлика», пункт меню «Арматура», элемент «HS - Задвижка (тип 1)». Разместите клапаны на каналах Ch_06, Ch_05 и Ch_07, соответственно. После этого в свойствах каждого клапана отредактируйте их названия на требуемые и разверните клапан К2 на 90 градусов, чтобы отображение положения клапана (сейчас это число «0.0») разместилось слева от клапана, а сам клапан стал вертикальным (Рисунок 18).

Иногда клапан не становится дочерним к каналу, или также клапан можнопоставить на схему правой кнопкой мыши - тогда он тоже не будет висеть ни на каком канале. Для того чтобы соединить клапан с соответствующим каналом, следует нажать правой кнопкой мыши на клапане, выбрать пункт контекстного меню «Действия → сменить владельца» и после этого надо еще раз разместить клапан над соответствующим каналом (щелкните левой кнопкой мыши, т.е. курсором-«клапаном», по каналу). После этого всплывающие подсказки над каждым клапаном будут показывать что у клапана есть владелец.

На схеме, которую вы постепенно создаете, используются готовые блоки теплогидравлического кода. Особенностью библиотеки кода HS являются уже встроенные интерактивные процедуры, облегчающие разработку и отладку теплогидравлической модели, например:

• изменение изображения (цвета), в зависимости от состояния моделируемого оборудования;

• отображение ключевых параметров оборудования в числовом виде;

• вызов созданных заранее панелей управления оборудованием, размещенных в шаблоне схемы теплогидравлики (в менеджере данных).

Таким образом, при дальнейшей работе со схемой, при расчетах, отладке и анализе результатов значительно облегчается визуальный контроль работы математической модели. Гидравлическая схема, кроме непосредственно расчетных элементов для расчетного кода, содержит ряд вспомогательных элементов, решающих следующие задачи:

• оформление внешнего вида, выполнение поясняющих надписей, обозначений, размещение немоделируемых систем (в данном случае мы не будем моделировать ОПУ и ТО БЭЖ);

• поддержка навигации между листами схемы в точках перехода трубопровода на другие листы модели;

• отображение ключевых параметров в процессе моделирования динамического процесса (давление в узлах схемы, расходы по трубопроводам, уровень в конденсаторе);

• поддержка ручного управления моделируемого процесса непосредственно с листа (например, ввод параметров расхода на вход конденсатора, задание требуемого уровня в конденсаторе);

• отображение датчиков, передающих текущие параметры моделируемой системы в базу данных сигналов и модель системы управления (датчик расхода и датчик уровня).

Использование в схеме стандартного блока «HS - Клапан» позволяет во время расчета математической модели вызвать стандартное окно управления (Рисунок 19). Используя это окно во время расчета, можно осуществлять воздействие на математическую модель. Также можно, например, отключить автоматическую систему управления и модель двигателя и вручную задать положение клапана во время расчета. Примечание: типовая панель управения будет работать только при совместном расчете с типовыми компонентами, которые мы не будем использовать в этой учебной модели.

Внешний вид панели управления может быть произвольным образом изменен с тем, чтобы он соответствовал внутренним требованиям или полностью повторял внешний вид практически любой SCADA системы. В данной учебной задаче мы будем использовать готовый набор блоков с существующими панелями управления оборудованием.

Следующим действием будет создание местных сопротивлений на трубопроводах. Рассмотрим, где их необходимо поставить в соответствии с исходными данными, т.е. с исходной схемой (см. рисунок 8). Ясно, что местным сопротивлением, которое необходимо учесть, обладает дроссельная шайба (ДШ) на ветке «на рециркуляцию» на входе в главный конденсатор. Также явно указано что на пути к бойлеру есть местное сопротивление – учтем и его. Кроме этих двух сопротивлений, поскольку охладитель пара уплотнений (ОПУ) и теплообменник блока эжекторов в данном учебном примере мы не моделируем, заменим их также на местные сопротивления, чтобы упрощенно учесть их влияние на поток теплоносителя. Итого для листа РУК01 получаем четыре местных сопротивления:

1) На месте ТО БЭЖ, т.е. на канале Ch_04;

2) На месте ОПУ, т.е. на том же канале Ch_04;

3) На ветке «на рециркуляцию», канал Ch_06;

4) На ветке в бойлер, т.е. к граничному узлу (на канале Ch_08).

Для реализации на схеме воспользуемся элементом «HS - Местное сопротивление» . Разместите один из элементов на канале Ch_04 примерно там где расположен ТО БЭЖ на исходной схеме (рис. 8), убедитесь что канал Ch_04 автоматически стал владельцем местного сопротивления и зайдите в свойства только что размещенного элемента (Рисунок 20). Замените значения свойств «Прямое сопротивление» и «Обратное сопротивление» на число 280 и нажмите кнопку Ок.

На том же канале, только ближе к клапанам «К1А» и «К1В», разместите еще одно местное сопротивление, в свойствах которого значения сопротивлений (прямого и обратного) измените на «600». Кроме этого, поверните данный элемент на 90 градусов и убедитесь, что владельцем данного сопротивления также является канал Ch_04.

Разместите еще два местных сопротивления на каналах Ch_06 и Ch_08 - им автоматически присвоятся имена наподобие «Ksi_3» и «Ksi_4». Проверьте владельцев размещенных сопротивлений и в свойствах каждого из сопротивлений укажите значения:

• «1» - для дроссельной шайбы,

• «30» - для сопротивления к бойлеру.

Полученный результат сравните с рисунком (Рисунок 21) и, прежде чем двигаться дальше, уделим немного внимания внешнему виду схемы.

Во-первых, синие каналы общего вида могут перекрывать узлы – как внутренние, так и граничные, так и узлы бака – это произошло оттого что каналы мы размещали на схеме позже узлов. Для придания внешней красоты схеме следует все узлы выдвинуть на передний план. Это делается следующим образом – выделяете какой-нибудь узел, нажимаете правой кнопкой мыши на него, и в появившемся контекстном меню выбираете пункт «выдвинуть вперёд». Проведите подобную операцию с каждым узлом на схеме (два граничных, три узла бака и три внутренних узла). Можно выделить все узлы и сделать это сразу для всех.

Во-вторых, для того чтобы подчеркнуть, что два из четырех местных сопротивлений размещены для моделирования ОПУ и ТО БЭЖ, давайте поверх них разместим (условно) картинки, которые будут обозначать соответствующие элементы. Для этого воспользуемся библиотекой элементов «Маски» и выберем там элемент «HS - Маска теплообменника», которым обозначим ТО БЭЖ и ОПУ соответственно (см. Рисунок 22). Создайте подписи для этих блоков с помощью элемента «Заметка» из библиотеки «Субструктуры».

Аналогично подпишите другие местные сопротивления (например, как «Дроссельная шайба» или «ДШ» и «Местное сопротивление»).

Теперь разместим еще несколько элементов на схеме: в дальнейшем для системы управления нам потребуется значение расхода через ТО БЭЖ – для этого мы сейчас расположим на схеме элемент «HS – Датчик массового расхода в канале» . Кроме него, ознакомимся также с возможностью ручного задания некоторых параметров (граничных условий) непосредственно во время расчета – будем задавать расход подпитки, и заданный (поддерживаемый регулятором) уровень в конденсаторе турбины.

Разместите на схеме на канале Ch_04 датчик массового расхода в канале и переименуйте его «Имя точки контроля» на «D» (для этого надо выполнить двойной щелчок мышкой на изображении элемента после размещения его на схеме). Убедитесь что канал Ch_04 является владельцем вновь размещенного датчика (Рисунок 23).

Далее, поскольку мы разместили этот датчик не для визуального контроля работы схемы, а для использования сигналов в алгоритмах системы управления, можно «скрыть» его со схемы в момент начала расчета – для этого зайдите в свойства датчика и значение свойства «видимость при выполнении» измените на «Нет».

Для того чтобы осуществить возможность задания вручную значения массового расхода теплоносителя в подпитке, мы будем использовать механизм задания глобальных сигналов схемы и элементы из панели примитивов. Для вызова панели примитивов щелкните по элементу «Панель примитивов» библиотеки «Теплогидравлика».

В появившейся панели выберите элемент «Редактор» и разместите его на форме справа от узла подпитки.

Еще один редактор разместите ниже. Рядом с элементами редактора на форме «положите» по одному примитиву «Кнопка», взяв их из той же самой панели примитивов. Кнопки нам понадобятся для того чтобы вручную задавать значения расхода и уровня в строках редакторов, и после этого в нужный момент – по нажатию соответствующей кнопки – менять значение задаваемой величины. Над каждой группой «редактор+кнопка» сделайте текстовую заметку с начальными надписями «Расход, т/ч = 30» и «Уровень, мм = 1000».

Теперь изменим некоторые свойства размещенных примитивов.

Значения свойств «Имя объекта» элементов «редактор» измените на Fedit и Ledit. Значения свойств «Числовое значение» - измените на «30» для расхода и «1000» для уровня в конденсаторе.

Внешний вид схемного окна должен быть похож на рисунок (Рисунок 25).

Теперь займемся созданием базы данных сигналов. Первым делом в базу даных нужно занести задаваемые параметры: расход подпитки и урвень в конденсаторе. Для этого заходим во вкладку «Инструменты», далее «База данных…». Удаляем все категории сигналов, созданные автоматически. Нам они не понадобятся. Создаем новую категорию, нажав на кнопку «Добавить категорию». Выполняем двойной щелчок по созданной категории. Открывается ее редактор. Заполняем его так, как это показано на Рисунок 26.

После этого создаем группу сигналов, нажав кнопку «Добавить группу сигналов». Появившееся поле заполняем, как показано на Рисунок 27. Нажимаем Ok. Поздравляем, у вас в проекте появилось два сигнала: Z_F и Z_L, в которые мы будем записывать задаваемые параметры.

Теперь необходимо занести в базу данных сигналы, необходимые нам для создания систем управления. Это значение уровня в конденсаторе и значение расхода через ТО БЭЖ. Создаем новую категорию, называем ее «Dat». В шаблоне создаем сигнал value, он будет хранить текущее показание датчика. Аналогично создаем две группы сигналов в этой категории: L – уровень в конденсаторе и F – расход через ТО БЭЖ. Созданные при этом сигналы будут иметь имена L_value и F_value.

Далее перейдите во вкладку «Скрипт» и при помощи ключевых слов initialization…end; задайте значения по умолчанию для расхода и для уровня воды в конденсаторе (Рисунок 28), а также – обработчик нажатий на кнопки и задание в базу данных синала о значении уровня в кондесаторе. При выполнении этого проекта будет происходить следующее – на этапе инициализации сигналам Z_F и Z_L будут присвоены значения по умолчанию, т.е. 8,33 кг/с и 1 м, а также сигналу L_value будет присвоено значение уровня в баке по умолчанию. Далее на этапе расчета проекта, если пользователь будет нажимать какую-нибудь кнопку, то сигналу Z_F (или Z_L) будет присваиваться значение из поля соответствующего «редактора», в зависимости от того какую кнопку нажмет пользователь. А сигналу L_value на протяжении всего расчета будет сообщаться значение уроня в баке.

Пока что мы реализовали только задание значений Z_F и Z_L. Теперь, чтобы такое «ручное» изменение переменных имело смысл при выполнении проекта, необходимо данные переменные использовать в качестве значения соответствующих свойств граничного узла подпитки.

Для подпитки необходимо значение свойства «Расход» задать как «Z_F». Коэффициент 3.6 получается при переходе от размерности тонны в час к размерности кг/с.

Таким образом, мы реализовали ручное управление некоторыми граничными параметрами схемы. Такой механизм полезен для отладки и проверки схемы.

Осталось лишь занести в базу данных значение сигнала с датчика в канале. Для этого заходим в свойства датчика в канал, в свойстве «Имя сигнала в БД» пишем value, а в пункте «Имя группы сигналов в БД» пишем F.

Теперь перейдем к заданию свойств блоков, размещенных на листе РУК01, после чего наберем лист РУК02.

Начнем с граничного условия подпитки – тут нам понадобится задать и проверить правильность задания свойства «Расход, кг/с» (Рисунок 29). Значение расхода должно быть задано сигналом (переменной) Z_F. Все остальные свойства не меняем – оставляем их равными заданным по умолчанию.

У следующего элемента – граничного узла – нам тоже следует поменять только одно свойство: «Давление» = «5.7e5». Остальное оставьте пока без изменений. Поскольку мы сейчас делаем не настоящий конденсатор турбины, а его гидравлическую часть, то температура пусть везде будет равна 20 градусам. Для учебной задачи этого будет достаточно.

Перейдем к каналам, которыми мы моделируем трубопроводы. Согласно исходным данным, каждый канал (каждый участок труб), каждый клапан имеет некоторое сопротивление – в соответствии с этим подобраны геометрические параметры и гидравлические сопротивления всех участков труб, в т. ч. и тех, где расположены клапаны. Зайдите в свойства канала Ch_1, расположенном между подпиткой и баком. Поставьте количество участков равным «1», гидравлический диаметр равным «0.5», длина и сопротивление равны единице.

В следующем канале Ch_2, тоже следует поменять некоторые свойства. Во-первых, количество участков задайте равное «2», гидравлический диаметр каждого участка пусть будет равен «0.5», прямые местные и обратные местные сопротивления задайте чтбы были равными «1» для каждого участка. Поскольку в данном примере отсутствует расчет теплообмена, то свойства, которые относятся к теплообмену, можно не брать в расчет. Длина каждого участка равна 1.

Перейдем к каналу Ch_3. Здесь изменяем гидравлический диаметр «0.25» и длина каждого участка равна «1». Количество участков равно «1».

Переходим к следующему каналу – Ch_4. В нем нужно сделать 9 одинаковых участков с гидравлическим диаметром 0.3 (см. Рисунок 33), причем первое местное сопротивление, которое замещает в нашей схеме ТО БЭЖ, разместим на первом участке, а второе сопротивление (аналог ОПУ) – на пятом участке, см. Рисунок 34 и Рисунок 35 соответственно. Свойства канала возьмите с Рисунок 33.

Парметры для канала Ch_5 показаны на Рисунок 36.

Для канала Ch_6 последний участок сделаем более тонким (в соответствии с исходными данными), см. Рисунок 37. Не забудьте расположить клапан на первом участке, а сопротивление – на четвертов, зайдя в их свойства и указав нужный номер участка (как мы это сделали с ТО БЭЖ и ОПУ).

Канал Ch_7 имеет особенность – на нем расположен клапан «К2». Для улучшения «математики» расчета, здесь имеет смысл увеличить число участков (например, до 4-8), разместить клапан на первом участке. Примечание: это необязательно, достаточно и 2 участков. Нужно убедиться, что клапан размещен на нужном участке. Для этого зайдите в свойства клапана и присвойте строке «Номер элемента в канале» значение, равное «1».

В канале Ch_8 все относительно просто – см. Рисунок 39.

Теперь, задав все параметры всех каналов, перейдем к местным сопротивлениям. Для ТО БЭЖ и ОПУ мы уже задавали значения свойств, поэтому осталось задать значения сопротивлений для дроссельной шайбы и для сопротивления перед бойлером. В первом случае (элемент «Ksi_2») значение сопротивления установите равным единице, во втором случае (у «Ksi_4») значение сопротивления укажите как «30» - это значение было примерно подобрано для получения заданного перепада давления на этом участке.

Для контроля за схемой в процессе расчета, выведем на схемное окно значения некоторых расчетных параметров. Для узлов нас будет интересовать давление (в каждом узле). В каждый из узлов U_1, U_2, U_3 из меню библиотеки «Просмотр параметров» перенесите элемент «HS – Контроль давления в узле». Для каналов нас интересует расход через каждый канал. В каждый из каналов из библиотеки перенесите элемент «HS – Контроль массового расхода в канале». Нас будет интересовать массовый расход.

Уделим немного внимания клапанам. В теплогидравлическом коде HS есть возможность задавать характеристику клапана из файла. Характеристика клапана – зависимость коэффициента сопротивления от степени открытия. В идеале для клапана степень открытия должна быть пропорциональна расходу. Для упрощения работы читателя мы не будем создавать свою собственную характеристику клапана, а воспользуемся готовой. Все три клапана сделаем одинаковыми. На Рисунок 40 показаны свойства клапанов, которые необходимо задать.

Теперь на листе РУК01 у нас в первом приближении все готово к расчету, кроме центрального элемента схемы – конденсатора. Откройте его свойства и приведите в соответствие с условиями задачи объемы, внутренний диаметр, давление в баке (см. Рисунок 41).

На этом первоначальная настройка схемы (в т.ч. и задание значений свойств элементов) на первом листе закончена, можно перейти ко второму листу.

После того как вы набрали схему на листе РУК01, следует собрать теплогидравлическую схему на листе РУК02. Она несколько проще схемы первого листа и, для тренировки и закрепления материала, постарайтесь самостоятельно набрать ее примерно в том виде, как она представлена на рисунке.

Здесь, помимо ранее размещенных портов перехода с листа и на лист, следует разместить следующие элементы:

• два внутренних узла,
• пять соединительных каналов общего вида,
• три клапана,
• три «простых насоса»,
• три местных сопротивления.

Проверьте, что владельцами насосов, местных сопротивлений и клапанов являются соответствующие каналы. Свойства каждого насоса под названием «Имя объекта» во вкладке «Общие» переименуйте последовательно в «31АР1», «31АР2», «31АР3».

Блокам "в память" и "из памяти" задайте имена "к ЭКН" и "от ЭКН". Согласуйте эти имена с аналогичными блоками на первом листе РУК01.

После набора схемы второго листа, перейдем к заданию свойств каждого элемента, размещенного на схеме. Зададим свойства элементов только верхней ветки, т.к. из-за равнозначности всех веток, на двух других ветках у элементов будут такие же свойства, как и на первой ветке.

Параметры трех каналов (последовательно от входного порта к выходному) показаны на Рисунок 43, Рисунок 44 и Рисунок 45. Приведите в соответствие с этими рисунками свойства каждого канала на схеме. Условно по ходу движения потока воды каналы названы первый, второй, третий.

Также для более корректной инициализации схемы для трех одинаковых каналов, на которых расположены насосы, зададим начальное значение массового расхода через канал. Во вкладке свойства в графе «Начальный расход в канале» для «верхнего» и «среднего» вводим «20». Для резервного – оставляем «0».

Теперь переходим к клапанам – их свойства будут одинаковы, за исключением того, что третий клапан (нижний) мы выставим в начальное состояние «закрыт», т.к. одна из веток конденсатных насосов (в нашем случае это будет нижняя ветка) по условиям задачи – резервная. Поэтому для нижнего клапана в графе степень открытя ставим «0».

Перейдем к насосам. Здесь следует отметить, что насос – особый элемент, который обладает особым свойством «Характеристика насоса». Значение этого свойства – имя файла, в котором в табличном виде задана напорная и другие характеристики насоса. Подробно на этом мы сейчас останавливаться не будем.

Отметим только, что файлы с характеристиками насосов для кода HS находятся в папке «C:\Program Files\SimInTech\bin\DataBase\HS\ENGINES\PUMPS» и нам следует выбрать характеристику насоса ЭКН-125-140 из файла «ЭКН-125-140.tbl» (Рисунок 46). Данный файл был специально подготовлен по исходным данным АО «КТЗ». Если в вашем дистрибутиве нет такой характеристики, создайте её на основе другого файла, расположенного в этой же директории. Редактор таблиц встроен в SimInTech, т.е. вы можете самостоятельно редактировать или создавать новые таблицы – для этого надо воспользоваться пунктом меню «Инструменты → Редактор таблиц». Там можно открыть файл с характеристикой насоса и посмотреть что он из себя представляет внутри, а также отредактировать его или на его основе создать новую характеристику для другого типа насоса и т.д. Сейчас на этом мы не будем заострять внимание – достаточно лишь поверхностного ознакомления с этим инструментом (см. Рисунок 47).

Для двух верхних насосов свойства «Номинальная частота вращения» и «Частота вращения (абсолютная)» устанавливаем в 50 Гц и в единицу (см. Рисунок 48), нижний насос (резервный) оставляем с частотой вращения (абсолютной) равной «0» и номинальной «50». Заметьте, что при установке частоты вращения насоса, отличной от нуля, после инициализации системы элемент «насос» на схеме меняет свой цвет с красного на зеленый. Это происходит из-за того, что, как мы говорили ранее, в данном примере используется библиотека HS, в элементы которой уже встроены интерактивные процедуры, облегчающие разработку и отладку теплогидравлической модели. Т.е. в данном случае изменение изображения (цвета) происходит для пользователя автоматически в зависимости от состояния моделируемого оборудования. Насосы устаноим на третьем участке канала.

Для элементов «Местное сопротивление» надо выставить значение сопротивления «50», а также проследить за тем, что все сопротивления находятся на четвертом участке канала, т.е. не на одном участке с насосами – смотрите Рисунок 49.

У элементов «внутренний узел» оставьте значения всех свойств без изменений, кроме одного: свойство «высотная отметка» следует установить в «-20» (см. Рисунок 50). Это нужно сделать, во-первых, по условиям задачи, а во-вторых, и с точки зрения расчета – расчет насосов происходит более устойчиво, когда на входе есть некоторый «запас» по давлению.

И последнее действие, которое нужно сделать на данном листе – это вывести на схему значение расходов для всех каналов, и значение давлений для 2 узлов. Для проверки сравните ваш результат с Рисунок 51.

На этом этап набора схемы теплогидравлики заканчивается, можно переходить к этапу моделирования.