Система и способ для оценки потока текучей среды в трубопроводной системе - RU2417403C2
Код документа: RU2417403C2
Чертежи
Показать все 27 чертежа(ей)
Описание
Текст описания приведен в факсимильном виде.
Реферат
Изобретение относится к моделированию системы труб. Техническим результатом является точное моделирование сложной системы труб. Предлагается способ анализа моделей систем с "сухими" трубами и компьютерная программа для этого анализа. Компьютерная программа включает в себя пользовательский интерфейс и генератор модели, поддерживающий связь с пользовательским интерфейсом. Способ и компьютерная программа предусматривают моделирование базисной системы с "сухими" трубами как множества соединенных между собой узлов, причем узлы соответствуют соединителю труб, межсоединение между узлами соответствует трубным устройствам. Множество узлов может определять "сухой" участок и "мокрый" участок, при этом "мокрый" участок включает в себя источник жидкости, а "сухой" участок включает в себя множество соединенных между собой труб, определяющее объем газа. Узлы на "сухом" участке могут определять набор узловых устройств, открытых в окружающую среду. Способ и компьютерная программа могут предусматривать вычисление основанных на времени параметров текучей среды для того, чтобы моделировать жидкость, текущую от "мокрого" участка, чтобы определить по меньшей мере время течения жидкости от "мокрого" участка до открытых устройств. Способ и компьютерная программа могут предусматривать верификацию этого времени течения жидкости в модели в пределах 20% фактического времени течения жидкости в базисной системе с "сухими" трубами. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 28 ил., 5 табл.
Формула
1. Способ для оценки и учета, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа в каждой точке трубопроводной системы для использования при проектировании трубопроводной системы, имеющей мокрый участок и сухой участок, на мокром участке имеется труба, которая включает в себя жидкость из источника жидкости, сухой участок включает в себя множество труб и сплинклерных головок, объем газа определяется каждой из множества труб сухого участка, мокрый участок отделен от сухого участка клапаном сухих труб, способ содержит этапы, на которых: моделируют физические атрибуты трубопроводной системы как закрытой сети узлов и труб; генерируют, по меньшей мере, одну основанную на времени характеристику потока жидкости или газа через трубопроводную систему, причем жидкость течет от мокрого участка к сухому участку после приведения в действие клапана сухих труб, генерируют основанную на времени характеристику, которая включает в себя определение времени прохождения, имеющее значение, основанное на процессе расчета, который оценивает физические процессы, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа в каждой трубе трубопроводной системы; а также прогнозируют, по меньшей мере, основанную на времени характеристику, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа через трубопроводную систему посредством энергетических уравнений для перемещения жидкости или газа в сети.
2. Способ по п.1, в котором жидкость включает в себя пропиловый спирт, а газ включает в себя азот.
3. Способ по п.1, в котором жидкость включает в себя этиленгликоль, а газ включает в себя азот.
4. Способ по п.1, в котором жидкость включает в себя воду, а газ включает в себя азот.
5. Способ по п.1, в котором этап генерирования содержит этап, на котором решают систему энергетических уравнений, которая описывает фронт потока жидкости в сети труб и узлов с жидкостью, которые учитывают взаимовлияние расхода и давления газа на фронт жидкости.
6. Способ по п.1, в котором этап генерирования содержит этап, на котором решают системы уравнений баланса количества движения потока жидкости, газа или смеси газ - жидкость во всей трубопроводной системе как сети узлов и труб в течение всего периода прохождения потока жидкости.
7. Способ по п.1, в котором этап генерирования содержит этап, на котором определяют, является ли течение жидкости или газа в сети изоэнтропическим или изотермическим процессом.
8. Способ по п.1, в котором этап генерирования содержит этап, на котором определяют, является ли политропным процессом.
9. Способ по п.1, в котором этап прогнозирования содержит этапы, на которых прогнозируют посредством уравнения балансов импульсов.
10. Способ по п.9, в котором этап моделирования содержит этап, на котором предоставляют физические атрибуты для узлов и труб, причем атрибутов узлов, представляющих точку перехода от одного размера трубы к другому, коленчатые патрубки или отводы, тройники и боковые ответвления для разделения или смешения потоков, вытяжные вентиляторы и выходные отверстия или сопла или спринклерные головки, и атрибуты труб и трубных устройств, включающих в себя клапан, предохранитель от обратного потока, или насос.
11. Способ по любому из пп.9-10, в котором этап прогнозирования содержит этапы, на которых:
оценивают продолжительность времени, в течение которого давление газа в сети упадет ниже некоторого порогового давления, когда газ получает возможность выходить из сети через открытый узел в сети;
аппроксимируют продолжительность времени, в течение которого фронт жидкости переместится от начального местоположения в сети до открытого узла, и учитывают потери по мере того, как жидкость и газ перемещаются через сеть; и
определяют приближенное значение давления жидкости с течением времени по мере того, как фронт жидкости перемещается от начального местоположения до открытого узла.
оценивают продолжительность времени, в течение которого давление газа в сети упадет ниже некоторого порогового давления, когда газ получает возможность выходить из сети через открытый узел в сети;
аппроксимируют продолжительность времени, в течение которого фронт жидкости переместится от начального местоположения в сети до открытого узла, и учитывают потери по мере того, как жидкость и газ перемещаются через сеть; и
определяют приближенное значение давления жидкости с течением времени по мере того, как фронт жидкости перемещается от начального местоположения до открытого узла.
12. Способ по п.11, в котором этап аппроксимации содержит этап на котором определяют приблизительные соответствующие значения для скорости и давления, по меньшей мере, одного участка жидкости в первой точке, давления этого, по меньшей мере, одного участка жидкости во второй точке и длину этого, по меньшей мере одного, участка жидкости в отрезке трубы между первой точкой и второй точкой без какого-либо разветвления.
13. Способ по п.11, в котором этап аппроксимации содержит этап, на котором определяют приблизительные соответствующие значения скорости жидкости в узле с двумя ответвлениями для жидкости, текущей от первой точки к узлу, и скорости жидкости, текущей к одному из этих двух ответвлений.
14. Способ по п.11, в котором этап аппроксимации содержит этап, на котором определяют приблизительные соответствующие скорости жидкости, текущей через отрезок трубы, имеющий узел на одном конце с первым, вторым и третьим ответвлениями, причем определяют приблизительные соответствующие скорости жидкости оценочным значением для соответствующей скорости от узла по направлению к первому, второму и третьему ответвлениям.
15. Способ по п.11, в котором этап аппроксимации содержит этап, на котором определяют потери давления жидкости, перемещающейся между узлами в пределах сети.
16. Способ по п.15, в котором этап определения потерь содержит этап, на котором определяют потери в фитингах и клапанах в соответствующих устройствах, этап определение потерь давления дополнительно включает в себя определение повышения давления для любых насосов в сети.
17. Способ по любому из пп.15 и 16, в котором этап определения потерь содержит этап, на котором определяют совокупные потери давления как сумму потерь давления на трение вдоль трубы и потерь давления в фитнгах и клапанах.
18. Способ по п.11, в котором этап определения приблизительных скоростей содержит этап, на котором определяют скорость пузыря в вертикальных, горизонтальных и наклонных трубах в сети.
19. Способ по п.1, в котором этап генерирования включает в себя этап, на котором моделируют систему как систему с "сухими" трубами.
20. Способ по п.19, в котором этап моделирования системы с "сухими" трубами содержит этапы, на которых моделируют:
"решетку", в общем, параллельных труб ответвлений, от первой до двенадцатой, расположенных в общем на первой горизонтальной плоскости, в общем параллельной полу и находящейся выше его, причем каждая из труб ответвлений имеет шаровой клапан, расположенный приблизительно по середине каждой линии ответвления;
первую и вторую поперечные магистрали, расположенные между полом и первой плоскостью и простирающиеся в общем перпендикулярно трубам ответвлений, причем поперечные магистрали соединены друг с другом первой соединительной трубой и второй соединительной трубой, первая и вторая соединительная труба, возвышается над поперечной магистралью, каждая из соединительных труб имеет дроссельный клапан в каждом месте, где соединительные трубы соединены с поперечными магистралями, каждая из первой и второй поперечных магистралей соединена на нижней поверхности поперечной магистрали с первой, второй и третьей сливными трубами, сливные трубы имеют соответствующие шаровые клапаны с первого по третий, каждый из шаровых клапанов соединен со сливом;
множество стояков линий ответвлений, соединяющее первую поперечную магистраль и вторую поперечную магистраль с каждой из труб ответвлений, причем каждый стояк из множества стояков линий ответвлений соединяется с соответствующей линией ответвления в месте, расположенном ниже чем середина каждой из труб ответвлений, каждый стояк из множества стояков линий ответвлений включает в себя шаровой клапан, расположенный выше верхней поверхности каждой из поперечных магистралей;
множество спринклерных головок, соединенных с каждой из множества труб ответвлений, причем множество спринклерных головок расположены на расстоянии друг от друга;
подводящий элемент, имеющий расход жидкости, соответствующий одной из множества кривых зависимости давления от расхода;
клапан "сухих" труб, сообщающийся посредством жидкости с подводящим жидкость элементом и соединенный с, по меньшей мере, одним стояком из числа первого и второго стояков с перепадом давления между давлением жидкости в подводящем элементе и давлением газа в стояках.
"решетку", в общем, параллельных труб ответвлений, от первой до двенадцатой, расположенных в общем на первой горизонтальной плоскости, в общем параллельной полу и находящейся выше его, причем каждая из труб ответвлений имеет шаровой клапан, расположенный приблизительно по середине каждой линии ответвления;
первую и вторую поперечные магистрали, расположенные между полом и первой плоскостью и простирающиеся в общем перпендикулярно трубам ответвлений, причем поперечные магистрали соединены друг с другом первой соединительной трубой и второй соединительной трубой, первая и вторая соединительная труба, возвышается над поперечной магистралью, каждая из соединительных труб имеет дроссельный клапан в каждом месте, где соединительные трубы соединены с поперечными магистралями, каждая из первой и второй поперечных магистралей соединена на нижней поверхности поперечной магистрали с первой, второй и третьей сливными трубами, сливные трубы имеют соответствующие шаровые клапаны с первого по третий, каждый из шаровых клапанов соединен со сливом;
множество стояков линий ответвлений, соединяющее первую поперечную магистраль и вторую поперечную магистраль с каждой из труб ответвлений, причем каждый стояк из множества стояков линий ответвлений соединяется с соответствующей линией ответвления в месте, расположенном ниже чем середина каждой из труб ответвлений, каждый стояк из множества стояков линий ответвлений включает в себя шаровой клапан, расположенный выше верхней поверхности каждой из поперечных магистралей;
множество спринклерных головок, соединенных с каждой из множества труб ответвлений, причем множество спринклерных головок расположены на расстоянии друг от друга;
подводящий элемент, имеющий расход жидкости, соответствующий одной из множества кривых зависимости давления от расхода;
клапан "сухих" труб, сообщающийся посредством жидкости с подводящим жидкость элементом и соединенный с, по меньшей мере, одним стояком из числа первого и второго стояков с перепадом давления между давлением жидкости в подводящем элементе и давлением газа в стояках.
21. Способ по п.1, в котором этап генерирования включает в себя этап, на котором моделируют трубопроводную систему таким образом, чтобы определять по меньшей мере один параметр из числа: диаметра открывающегося устройства в диапазоне от приблизительно 0,25 см до приблизительно 2,5 см, диаметра линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 20 м до приблизительно 45 м, диаметра поперечной магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 16 см; длины поперечных магистралей в диапазоне от приблизительно 15 м до приблизительно 90 м, диаметра патрубка стояка в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины патрубка стояка до приблизительно 1,2 м; длины подающей магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 25 см; длины подающей магистрали от приблизительно 5 м до приблизительно 50 м; диаметра висячих отводов / концевых отводов от приблизительно 1,2 см до приблизительно 3,8 см; длины висячих отводов от приблизительно 30 см до приблизительно 60 см; давления воды до приблизительно 11 атмосфер; начального давления газа в диапазоне от приблизительно 1,7 до приблизительно 4 атмосфер; и давления срабатывания клапана "сухих" труб в диапазоне от приблизительно 1,35 атмосфер до приблизительно 3,1 атмосфер.
22. Способ для оценки и учета, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа в каждой точке системы с сухими трубами для установки системы с сухими трубами, содержащий этапы, на которых: генерируют модель системы с сухими трубами как множество соединенных между собой узлов, причем узлы соответствуют соединителю труб, межсоединение между узлами соответствует трубному устройству, множество узлов определяют сухой участок и мокрый участок, мокрый участок включает в себя трубу, которая включает в себя жидкость из источника жидкости, сухой участок включает в себя множество соединенных между собой труб, определяющее объем газа и набор сплинклерных устройств, соединенных частью из множества труб, по меньшей мере, часть узлов на сухом участке определяет набор сплинклерных устройств, мокрый участок и сухой участок разделены клапаном сухих труб; определяют время прохождения между приведением в действие клапана сухих труб и подачи жидкости в сплинклере в моделе сплинклерной системы с сухими трубами; и строят сплинклерную систему с сухими трубами на основе модели системы с сухими трубами, без физически осуществляемой верификации спрогнозированного времени прохождения.
23. Способ по п.22, в котором этап определение дополнительно содержит этап, на котором генерируют спринклерную систему с "сухими" трубами, имеющую емкость более чем 750 галлонов жидкости с заданным временем прохождения, меньшим чем приблизительно 60 с.
24. Способ по п.23, в котором этап генерирования включает в себя этап, на котором определяют заданное время прохождения как функцию типа опасности.
25. Способ по п.23, в котором этап генерирования включает в себя этап, на котором определяют это заданное значение как выбираемое из группы, состоящей из 15 с, 60 с, 50 с, 45 с, и 40 с.
26. Способ по п.23, в котором определение включает в себя этап, на котором определяют время прохождения как имеющее значение с отклонением, составляющим менее чем 20% по сравнению с заданным значением.
27. Способ по п.23, в котором этап определения включает в себя этап, на котором определяют время прохождения как имеющее значение с отклонением, составляющим менее чем 10% по сравнению с заданным значением.
28. Способ по п.22, в котором этап определения дополнительно содержит этапы, на которых:
модифицируют клапан "сухих" труб в существующей спринклерной системе с "сухими" трубами с емкостью, большей чем 500 галлонов и меньшей чем 750 галлонов, для того, чтобы устранить ускоритель клапана "сухих" труб; и
регулируют параметры существующей системы таким образом, чтобы прогнозируемое время прохождения было меньше чем 60 с без физически осуществляемой верификации спрогнозированного времени прохождения.
модифицируют клапан "сухих" труб в существующей спринклерной системе с "сухими" трубами с емкостью, большей чем 500 галлонов и меньшей чем 750 галлонов, для того, чтобы устранить ускоритель клапана "сухих" труб; и
регулируют параметры существующей системы таким образом, чтобы прогнозируемое время прохождения было меньше чем 60 с без физически осуществляемой верификации спрогнозированного времени прохождения.
29. Способ по п.22, в котором этап построения содержит этап, на котором устанавливают, по меньшей мере, один стояк из числа 4-дюймового стояка или 8-дюймового стояка в спринклерной противопожарной системе с "сухими" трубами.
30. Способ по п.22, в котором этап генерирования модели включает в себя этап, на котором моделируют атрибуты узлов и соединения между ними, причем атрибуты узлов, представляющих, по меньшей мере, точку перехода от одного размера трубы к другому, коленчатые патрубки или отводы, тройники и боковые ответвления для разделения или смешения потоков, и клапаны, и выходные отверстия, спринклерные головки или сопла, и атрибуты межсоединений между ними, как трубы, имеющие, по меньшей мере, тип, размер, материал, С-фактор, и абсолютную шероховатость.
31. Способ по п.22, в котором этап определения содержит этап, на котором учитывают скорость фронта жидкости по мере того, как жидкость перемещается от начального положения к, по меньшей мере, одному отрезку сети без ответвления, отрезку, ведущему к узлу с двумя ответвлениями, и отрезку, ведущему к узлу с тремя ответвлениями, в сети.
32. Способ по п.22, в котором этап определения дополнительно содержит этап, на котором учитывают скорость пузырей по мере того, как жидкость и газ перемещаются через сеть.
33. Способ по п.22, в котором этап генерирования включает в себя этап, на котором определяют трубопроводную систему таким образом, чтобы она имела, по меньшей мере, один параметр из числа: диаметра открывающегося устройства в диапазоне от приблизительно 0,25 см до приблизительно 2,5 см, диаметра линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 20 м до приблизительно 45 м, диаметра поперечной магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 16 см; длины поперечных магистралей в диапазоне от приблизительно 15 м до приблизительно 90 м, диаметра патрубка стояка в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины патрубка стояка до приблизительно 1,2 м; длины подающей магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 25 см; длины подающей магистрали от приблизительно 5 м до приблизительно 50 м; диаметра висячих отводов / концевых отводов от приблизительно 1,2 см до приблизительно 3,8 см; длины висячих отводов от приблизительно 30 см до приблизительно 60 см; давления воды до приблизительно 11 атмосфер; начального давления газа в диапазоне от приблизительно 1,7 до приблизительно 4 атмосфер; и давления срабатывания клапана "сухих" труб в диапазоне от приблизительно 1,35 атмосфер до приблизительно 3,1 атмосфер.
34. Способ для оценки и учета, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа в каждой точке трубопроводной системы для использования при проектировании трубопроводной системы, имеющей мокрый участок и сухой участок, на мокром участке имеется труба, которая включает в себя жидкость из источника жидкости, сухой участок включает в себя множество труб и сплинклерных головок, объем газа определяется каждой из множества труб сухого участка, мокрый участок отделен от сухого участка клапаном сухих труб, способ содержит этапы, на которых: осуществляют моделирование трубопроводной системы, включающее в себя определение временной последовательности активации для множества узловых устройств, расположенных на сухом участке; и генерируют, по меньшей мере, одну основанную на времени характеристику, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа через трубопроводную систему, после приведения в действие клапана сухих труб на основании временной последовательности, причем жидкость течет от мокрого участка к множеству активированных узловых устройств, генерируют основанную на времени характеристику, которая включает в себя определение времени прохождения, имеющее значение, основанное на процессе расчета, который оценивает физические процессы, по меньшей мере, одного потока из числа потоков жидкости или газа в каждой трубе трубопроводной системы.
35. Способ по п.34, в котором этап определения временной последовательности для каждого из множества узловых устройств включает в себя этап, на котором определяют первый момент времени, когда открывается первое узловое устройство, и, по меньшей мере, второго момента времени, отсроченного по отношению к первому моменту времени, когда открывается второе узловое устройство.
36. Способ по п.34, в котором этап моделирования включает в себя этап, на котором определяют момент времени, когда активируется клапан "сухих" труб, и дополнительно определяют временную последовательность по отношению к моменту времени, когда активируется клапан "сухих" труб.
37. Способ по п.34, в котором этап моделирования включает в себя этап, на котором определяют множество узловых устройств как содержащее множество спринклерных головок.
38. Способ по п.34, в котором этап моделирования включает в себя этап, на котором определяют трубопроводную систему таким образом, что трубопроводная система определяет, по меньшей мере, один параметр из числа: диаметра открывающегося устройства в диапазоне от приблизительно 0,25 см до приблизительно 2,5 см, диаметра линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины линий ответвлений в диапазоне от приблизительно 20 м до приблизительно 45 м, диаметра поперечной магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 16 см; длины поперечных магистралей в диапазоне от приблизительно 15 м до приблизительно 90 м, диаметра патрубка стояка в диапазоне от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см; длины патрубка стояка до приблизительно 1,2 м; длины подающей магистрали в диапазоне от приблизительно 10 см до приблизительно 25 см; длины подающей магистрали от приблизительно 5 м до приблизительно 50 м; диаметра висячих отводов / концевых отводов от приблизительно 1,2 см до приблизительно 3,8 см; длины висячих отводов от приблизительно 30 см до приблизительно 60 см; давления воды до приблизительно 11 атмосфер; начального давления газа в диапазоне от приблизительно 1,7 до приблизительно 4 атмосфер; и давления срабатывания клапана "сухих" труб в диапазоне от приблизительно 1,35 атмосфер до приблизительно 3,1 атмосфер.
