Барнаульский котельный завод более 10 лет проектирует и изготавливает редукционно-охладительные установки согласно параметрам, необходимым заказчикам. Важнейшая задача, которая стоит перед конструкторским отделом ООО «БКЗ» при расчете РОУ – точный подбор элементов энергетической арматуры, способных обеспечить требуемые параметры снижения давления и температуры пара, надежность работы, длительную эксплуатацию. Для решения сложной и ответственной технической задачи проектировщики завода используют специальную методику и программное обеспечение, разработанные совместно с Алтайским государственным техническим университетом, которые позволяют в сжатые сроки и с высокой точностью рассчитывать эффективные конструктивные решения редукционно-охладительных установок. Статья раскрывает суть методики автоматизации расчета РОУ, используемой конструкторами Барнаульского котельного завода.
При проектировании редукционно-охладительных установок (рис. 1) с заданными характеристиками значительное время тратится на выбор элементов, обеспечивающих требуемые параметры, и на проверку работы установки при допустимых отклонениях. Приближенные методики проектирования основаны на выборе элементов установки из заданной номенклатуры. Так как элементная база (регулирующие клапаны, шумоглушители, охладители и т. п.) не всегда обеспечивает оптимальные параметры редуцирования и охлаждения пара, вопрос обеспечения выходных параметров установки, ее надежности и шумовых характеристик остается открытым. Используемая методика и программное обеспечение позволяют повысить точность принятия проектных решений и значительно сократить время проектирования.
Программный комплекс включает в себя:
1. Набор баз данных элементов РОУ и средств их ведения.
2. Программное обеспечение для проектирования РОУ по заданным заказчиком требованиям.
3. Программное обеспечение проверочного расчета РОУ для проверки точности принятия проектных решений.
Перечень основных баз данных элементов РОУ представлен в таблице 1.
При проектировании РОУ компьютер по исходным данным рассчитывает наилучший вариант компоновки ступеней дросселирования и охлаждения и предлагает конструктору список допустимых вариантов элементов. Расчет ведется в интерактивном режиме: выбор варианта каждого элемента осуществляется конструктором.
Исходными данными для расчета являются производительность установки G, давления Р1, Р2 и температуры Т1, Т2 на входе и выходе установки, а также давление Р3 и температура Т3 охлаждающей воды. По ним рассчитываются энтальпия и удельный объем, количество охлаждающей воды и острого пара. Затем по соотношению давлений рассчитывается рекомендуемое количество ступеней дросселирования и теплофизические параметры рабочей среды на каждой ступени.
Программное обеспечение позволяет рассматривать варианты установок с охладителем пара или с узлами шумоглушителей. Вариант выбирается пользователем. Расчет производится по визуализированной структурной схеме установки. На рис. 2 приведен пример структурной схемы для расчета установки с охладителем пара.
В связи с тем, что теплофизические параметры для каждой ступени уже определены, элементы РОУ можно рассчитывать независимо друг от друга. В программе для этого необходимо указать курсором соответствующий элемент.
Компьютер при этом предлагает из базы данных список допустимых для этого варианта элементов, и пользователю необходимо только осуществить выбор из списка. При отсутствии в базах данных элементов, удовлетворяющих требованиям надежности и устойчивости работы установки, программный комплекс выдает исходные данные для проектирования необходимых элементов РОУ. На рис. 3 приведен пример экранной формы при расчете дроссельной решетки шумоглушителя.
Результаты расчета заносятся в протокол, который можно просмотреть и распечатать как в процессе расчета, так и после его завершения. Окончательным результатом работы программного комплекса являются стандартные документы: ведомость комплектации, детальная опись и спецификация.
В связи с тем, что выбранные элементы РОУ отличаются от «идеальных», распределение теплофизических параметров по ее ступеням также будет отличаться от рассчитанных перед проектированием. При этом возможно, что выходные параметры установки, заданные заказчиком, не будут обеспечены. Поэтому для проверки результатов проектирования в программном комплексе предусмотрен проверочный расчет.
В проверочном расчете используются аналитические зависимости, позволяющие определять фактические значения теплофизических параметров на всех ступенях установки с учетом выбранных элементов РОУ и возможности регулирования расхода пара и воды. В отличие от приближенных зависимостей, используемых при проектировочном расчете, в проверочном расчете учитывается изменение как давления, так и температуры при дросселировании, а также изменение энтальпии при изменении скорости рабочей среды. Рассчитывается также и характер течения пара в элементах, позволяющий сделать выводы о шумовых параметрах установки, качестве распыления воды и т. п. Проверочный расчет производится как при номинальном значении производительности установки, так и при пониженной производительности для проверки надежности ее работы. Результаты проверочного расчета включаются в протокол.
Программное обеспечение позволяет существенно повысить эффективность и качество работы конструкторов, сокращая затраты времени на вычислительные операции, изучение и формирование документации, подбор вариантов установок и повышая точность их расчетов.
А. Э. Гаммер, генеральный директор ООО «Барнаульский котельный завод»
С. Л. Леонов, д. т. н., профессор АлтГТУ им. И. И. Ползунова
Опубликовано в «Вестнике арматуростроителя» №5 (33) 2016
