Краткая характеристика системы моделирования работы

1
Система моделирования и расчета тепловых сетей
2
Система моделирования гидравлических и тепловых режимов теплосетей . .........................3
Краткая характеристика системы моделирования работы теплосети ОмГУ-03. ....................5
Краткое описание установки и основных функций системы. ...................................................8
Минимальные требования к аппаратным средствам. ............................................................8
Установка. ..................................................................................................................................8
Быстрое начало. .........................................................................................................................8
Основное окно программы. ......................................................................................................9
Навигация по схеме. ..................................................................................................................9
Просмотр и редактирование элементов схемы (труб, задвижек, потребителей и т.д). ....10
Включение/Выключение задвижек........................................................................................10
РАСЧЕТ СХЕМЫ. ...................................................................................................................11
Просмотр результатов расчета. ..............................................................................................11
Диалоговые формы программного комплекса «Моделирование режимов работы тепловых
сетей». ...........................................................................................................................................13
Параметры теплосети, необходимые для расчета гидравлических режимов
(моделирования потокораспределения). ...................................................................................15
3
Система моделирования гидравлических и тепловых режимов
теплосетей
Программное обеспечение, разработанное для реализации моделирования
трубопроводных систем состоит из следующих основных компонентов:
 Расчетно-аналитическое ядро: В системе реализованы несколько
математических
моделей трубопроводной сети. Производится
автоматический переход от описательной модели (база данных) через
модель-граф к аналитической модели - системе уравнений, отражающих
сетевые законы Кирхгофа. Собственный математический аппарат
позволяет производить гарантированное и однозначное решение этой
системы для схем любой конфигурации с количеством элементов свыше
20 000. Решением системы является потокораспределение в сети. На базе
потокораспределения производится расчет гидравлических и тепловых
параметров. Расчетно-аналитическое ядро системы позволяет решать как
прямую задачу - проектирование режимов теплосети на отопительный
сезон, так и обратную - моделирование ее функционирования. Последнее
позволяет диспетчерской службе контролировать работу системы
теплоснабжения как качественно, так и количественно; моделировать
ситуации при авариях и других нештатных ситуациях.
 Графический интерфейс: Основным объектом в Системе является
принципиальная гидравлическая схема. Ее создание, модификация и
управление осуществляются на базе встроенного графического редактора.
Результаты графических манипуляций отображаются в базе данных.
Графический интерфейс существенно ускоряет и упрощает работу с
системой, дает наглядность и возможность оперировать привычными
пользователю объектами предметной области. Примеры того, с чем
пользователь работает на экране представлены на рис. 1, 2, 3.
 База данных: Принципиальная схема трубопроводной сети, состоящая из
элементов (трубы, задвижки, насосы, теплообменники, потребители тепла
и т.д.) с их гидравлическими и тепловыми параметрами хранятся в базе
данных Системы.
По результатам участия в программе «Энергосбережение»
СО РАН система эксплуатируется в УЭВ СО РАН
(Академгородок, г. Новосибирск) c 2003 г.
Система эксплуатируется в АК «ОМСКЭНЕРГО» в течение 8
лет, в, модификация
системы, с взаимодействием
моделирования
потокораспределения
и
Системы
Диспетчерского Контроля и Управления (сбор информации по
4
трассам)
и
с
выбором
оптимальных
режимов,
эксплуатируется в ОАО «Транснефть» , в течение 6 лет.
Рис.1 Принципиальная схема теплового района.
Рис.2 Увеличенный фрагмент схемы.
5
Рис.3. Диалоговая форма ввода данных трубы.
Краткая характеристика системы моделирования работы
теплосети
В качестве основы для модели принята принципиальная схема теплосети
(Рис.1,2), а не ее картографический образ, что позволяет обеспечить
необходимую гибкость моделирования как штатных так и аварийных
ситуаций, т.е. система ориентирована на инженеров.
Система выполняет расчеты потокораспределения и тепловых режимов:
расчет температур в любой точке теплосети на основании тепловых потерь
и теплоотдачи зданий. Система позволяет оптимизировать проектные
работы и осуществлять выбор оптимальных текущих режимов.
6
Рис.1.
Рис.2.
Система обеспечивает необходимую полноту модели принципиальной
схемы теплосети.
Графическое представление принципиальной схемы обеспечивает
необходимую детализацию, в терминах инженеров, эксплуатирующих
теплосеть, а именно:
 схема выполняется в 2-х трубном исполнении, т.е. на схеме
присутствует как прямой так и обратный трубопровод, что
обеспечивает отображение любой возможной топологии сети;
такой подход выгодно отличается от однолинейной схемы,
применяемой во многих системах моделирования; однолинейная
схема не позволяет отобразить любую возможную топологию, а
лишь конечный набор вариантов связей, заложенных в систему;
 все составляющие элементы теплосети (трубы, задвижки,
диафрагмы, потребители, источники, регуляторы давления и
расхода, обратные клапаны и т.п.) представлены отдельными
объектами модели, что позволяет наиболее точно, указать
положение арматуры по трассе и управлять параметрами сети в
целом;
7
Двухтрубное исполнение схемы вызвано потребностью дать полную
информацию инженерам о тех местах схемы, где они могут произвести
переключения (изменить топологию сети); например на принципиальной схеме
явно указаны секущие задвижки и задвижки на перемычках между прямым и
обратным трубопроводом, что явно необходимо для инженеров, решающих
задачу, в каком месте и каким образом отключить аварийный участок
(закрыть секущие задвижки) и при этом обеспечить циркуляцию воды
(открыть задвижки на перемычках). Рис. 3.
В системах с однолинейным исполнением схемы, как правило не
указывается точное положение задвижек (а часто задвижки отсутствуют вообще),
а переключения, которые реализуют возможность зацикливания между прямым и
обратным трубопроводами при отключении части схемы затруднительно
смоделировать или такое моделирование выглядит искусственным и не
очевидным для пользователя; отдельные варианты топологии затруднительно
отобразить на схеме естественным образом (см. например Рис.2).
Большая детализация схемы, удобная как гибкая топологическая модель,
ведет к увеличению размерности систем уравнений, решаемых в задаче
потокораспределения – этот факт разработчики системы отчетливо видят. В связи
с этим в системе используются методы укрупнения расчетной схемы с
использованием оригинальных алгоритмов автоматического эквивалентирования
принципиальной схемы, позволяющих существенно снизить размерность
решаемой системы по сравнению с размерностью исходной схемы, не влияя на
точность получаемого решения. Эквивалентирование при этом скрыто от
пользователя, который работает с полной схемой.
Вместе с тем разработанный метод решения систем уравнений,
составленных по 2-м сетевым законам Кирхгофа, позволяет корректно решать
системы с размерностью порядка 10 000 неизвестных (участков трубопровода)
за время приемлемое для принятия технического решения даже в форс-мажорных
условиях.
В моделируемой системе может присутствовать произвольное число регуляторов
(элементов с изменяющимся сопротивлением), и параллельно работающих
источников напора (насосов или групп насосов).
Ограничений на число рабочих мест нет, ограничения определяются только
руководителем предприятия (Заказчиком) и потребностями производства
предприятия.
8
Система открыта для расширения новыми функциональными элементами,
например, для взаимодействия с датчиками системы сбора информации.
Разработан алгоритм, позволяющий быстро определять места прорывов, на
основании показаний датчиков сбора информации и моделирования
потокораспределения.
Система эксплуатируется в АК «ОМСКЭНЕРГО» в течение 8 лет, в УЭВ СО РАН
(Академгородок, г. Новосибирск) c 2003 г., модификация системы, с
взаимодействием моделирования потокораспределения и Системы
Диспетчерского Контроля и Управления (сбор информации по трассам) и с
выбором оптимальных режимов, эксплуатируется в ОАО «Транснефть» , в
течение 6 лет.
Разработчики гарантируют развитие и сопровождение системы.
Предложения по внедрению и развитию системы изложены в техническом
задании.
Краткое описание установки и основных функций системы.
Минимальные требования к аппаратным средствам.
o Pentium II.
o Видеокарта должна обеспечивать режим (не хуже) : 256 цветов, 800 на 600 точек.
o OS: Windows 95/ 98/NT/2000/XP.
Установка.
1. Запустить \OmGU-03\144MB\DISK1\SETUP.EXE.
2. Если на Вашем компьютере не установлена BDE (или установлена ниже версии
5.01) то запустить \OmGU-03\BDE_DISTRIB\kSQL\144MB\DISK1\SETUP.EXE.
Если BDE на Вашем компьютере уже установлена, то шаг № 2 не выполнять.
Исполняемый модуль: KV03.EXE.
Быстрое начало.
В данном разделе приведено краткое описание команд, для быстрого знакомства с
основными функциями демоверсии системы.
Для ознакомления с полным набором функций системы см. полную документацию
на систему.
9
Основное окно программы.
Рис.1.
Навигация по схеме.
Группа кнопок
позволяет масштабировать схему.
При выборе команды (кнопки) пользователь должен действовать в соответствии с
указаниями, появляющимися в нижней левой панели окна (см. Рис.1 Подсказка по
текущей команде).

- увеличение изображения, выделенного прямоугольником (необходимо
указать 2-точки прямоугольника).

- возврат к предыдущему изображению после выполнения предыдущей
команды.

- AutoSize, т.е. выбирается такой масштаб, чтобы была видна вся схема.

- увеличить изображение, оставляя неподвижной точку в центре окна.

- уменьшить изображение, оставляя неподвижной точку в центре окна.
10
Перемещать изображение вправо, влево, вверх, вниз можно с помощью
следующих элементов управления:

Движки ScrollBar-ов (например

Кнопки прокрутки
, которые применяются, если движки ScrollBar-ов,
находятся в крайнем положении, а вам необходимо передвинуться еше в ту же
сторону.
).
Просмотр и редактирование элементов схемы (труб, задвижек,
потребителей и т.д).
Выбрать команду из меню Редактор -> Редактировать параметры или
кнопку
, затем указать курсором интересующий элемент, после чего появится
диалоговая форма с параметрами элемента.
Например (для задвижки):
Команда меню Просмотр -> Просмотр параметров или кнопка
аналогичны
предыдущей команде, но позволяет только просматривать параметры элемента
(редактирование запрещено).
Включение/Выключение задвижек.
Команда меню Управление схемой -> Включить/Выключить (Кнопка
)
позволяет моделировать открытие или закрытие(полное) задвижек. После выбора
команды необходимо указать курсором задвижку, которую нужно открыть или
закрыть. Закрытая задвижка изображается серым цветом
.
Команда Включить/Выключить может применяться так же к другим элементам
схемы (например к трубам, которые находятся в ремонте).
11
РАСЧЕТ СХЕМЫ.
Для расчета потокораспределения (определение расходов на всех участках и
напоров во всех узлах) необходимо в меню выбрать команду Расчет -> Расчет по
ФС -> Расчет по среднему ГВС.
Просмотр результатов расчета.

После проведения расчета на схеме над каждым элементом появляются
стрелки, указывающие направления течения воды, над стрелками значения
расходов в тонн/час. Трубы, в которых расхода нет (вода не течет),
изображаются голубым (cyan) цветом.

Для полного просмотра результатов расчета необходимо выбрать команду
меню
Просмотр -> Просмотр режимов (кнопка
), затем указать на интересующий
элемент схемы, после чего появится диалоговое окно с результатами расчета для
данного элемента. Например:

Для просмотра пьезометрического графика необходимо выбрать команду
меню Планы и графики -> Пьезометр. График, после чего появится
диалоговое окно следующего вида:
12
где представлены кривые напоров по прямому и обратному трубопроводу и
рельеф местности (нижняя кривая) в метрах.
Состав элементов принципиальной схемы теплосети
Наименование
элемента схемы
Труба
Задвижка
Потребитель тепла
Источник напора
Граница схемы с
подсхемой
Камера
Регулятор расхода
Графическое
изображение
13
Обратный клапан
Регулятор
давления
Измерительная
диафрагма
Дроссельная
диафрагма
Водоподогреватель
Точка подпитки
Рис. 1 Состав элементов принципиальной схемы теплосети.
Диалоговые формы программного комплекса «Моделирование
режимов работы тепловых сетей».
Рис 1. Диалоговая форма трубопровода.
14
Рис 2. Диалоговая форма задвижки.
Рис 3. Диалоговая форма диафрагмы.
Рис 4. Диалоговая форма потребителя тепла.
15
Рис 5. Диалоговая форма источника напора. Рис 6. Диалоговая форма точки
подпитки.
Рис 7. Диалоговая форма регулятора напора. Рис 8. Диалоговая форма обратного
клапана.
Параметры теплосети, необходимые для расчета
гидравлических режимов (моделирования
потокораспределения).
Для всех элементов сети – геодезическая отметка установки. Для труб геодезическая отметка начала и конца трубы.
16
Параметры трубы:
Параметры необходимые для гидравлического расчета:
Диаметр внутр., мм
Длина, м
Шероховатость, мм
Сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Параметры задвижки:
Диаметр внутр., мм
Параметры регулятора напора:
Диаметр внутр., мм
Вид (до себя или после себя),
Регулируемый напор, м
Узел, в котором регулируется напор.
Параметры регулятора расхода:
Диаметр внутр., мм
Регулируемый расход, м3/час
Параметры обратного клапана:
Диаметр внутр., мм
Параметры источника напора:
Параметры необходимые для гидравлического расчета:
Действующий напор, м
Гидравлическое сопротивление, м/ (м3/час)2
Параметры потребителя:
Параметры необходимые для гидравлического расчета:
Гидравлическое сопротивление, м/ (м3/час)2
Тип потребителя (обобщенный, с дроссельной диафрагмой , с элеватором)
Диаметр дроссельной диафрагмы или сопла элеватора, мм
Открытый ГВС из подающего трубопровода, т/час
Открытый ГВС из обратного трубопровода, т/час
Для расчета наладки теплосети (расчет по фиксированным нагрузкам) – тепловая
нагрузка на отопление, вентиляцию и ГВС.
Для расчета тепловых потерь и температуры теплоносителя необходимы тип и
толщина изоляции.