Автоматический подбор диаметров труб

Для примера в этой статье будет использоваться вот такая схема:

Вы можете скачать stks-файл примера и открыть его в Стоксе.

В этом примере:

• точки слияния потоков обозначены циановым цветом;
• всем трубам чёрного и оранжевого цвета назначается один диаметр;
• трубы оранжевого цвета можно удалить без выхода давлений и скоростей за допустимые пределы;
• трубам зелёного цвета задана максимально допустимая скорость течения 5 м/с, остальным 25 м/с (значение по умолчанию);
• потребителям зелёного цвета назначено минимально допустимое давление 500000 кПа, остальным узлам 0 (значение по умолчанию).

Краткое описание

В Стоксе есть функция автоматического подбора минимально необходимых внутренних диаметров труб в сети.

Диаметры подбираются таким образом, чтобы выполнялись следующие условия:

• Давление на всех во всех узлах сети (потребителях, разветвителях, редукторах и насосах) не ниже минимально допустимого давления, заданного в параметрах узлов. По умолчанию мин. допустимое давление = 0).
• Скорость движения жидкости/газа в трубах не выше максимально допустимой скорости.

Как пользоваться

• Постройте схему сети: расставьте все узлы, соедините их трубами.
• Задайте необходимые параметры:
  – выходное давление для источников, редукторов и насосов;
  – потребление для потребителей;
  – геодезические отметки для всех узлов сети;
  – длину, шероховатость и максимально допустимую скорость течения для труб;
  – минимально допустимое давление на входе для всех узлов кроме источников
• Запустите автоподбор диаметров. Для этого нажмите на кнопку или пункт меню "Правка -> Запустить автоподбор диаметров".
• При необходимости скорректируйте полученные диаметры на ближайшие реально доступные в рамках вашего проекта.

Алгоритм автоподбора диаметров

1. Проверка возможности решения задачи

Если давление на источнике меньше, чем минимально допустимое для какого-либо узла, очевидно, изменением диаметров труб проблему исправить невозможно. Будет выдано сообщение "Давление одного или нескольких источников ниже минимально допустимого для узла #XX". В таком случае вам требуется исправить давления узлов так, чтобы давление в источниках были выше минимально допустимого давления для любого из остальных узлов.

2. Определение запаса прочности сети

В общем случае Стокс подбирает диаметры так, чтобы давление и скорость держались в требуемых пределах при той схеме, которая нарисована.

Но в некоторых случаях Стокс пытается обеспечить запас прочности:

• если в сети больше одного источника (сети 3 и 4 из примера) — диаметры выбираются так, чтобы можно было работать на любом одном из источников, если остальные удалить;
• если есть одно кольцо и один источник (сеть 2 из примера) — диаметры выбираются так, чтобы можно было удалить любую из ближайших к источнику труб кольца (моделируется самый плохой сценарий разрыва кольца);
• в остальных случаях (один источник и несколько колец либо тупиковая сеть) диаметры подбираются без запаса прочности (сеть 1 из примера).

3. Вычисление диаметра, при назначении которого всем трубам сети условия выполняются

На этом этапе программа ищет такой минимальный диаметр, при назначении которого всем трубам сети давление и скорость течения будут в заданных пределах.

4. Минимизация диаметров на отходящих от кольца участках

Диаметр, полученный на прошлом этапе, назначается в неизменном виде только кольцам и трубам от источников до точки слияния потоков (в сетях с несколькими источниками). В проекте-примере это трубы чёрного и оранжевого цветов.

На тупиковых участках, отходящих от кольца в сторону потребителей, Стокс пытается уменьшить диаметры до минимально допустимых. При этом диаметры отдельных труб в цепочке от кольца до потребителя по возможности подбираются так, чтобы общее падение давления распределялось между ними пропорционально их длине.

Примечания

• Диаметры берутся из следующего ряда: 2.5, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800, 3000, 3400, 4000 мм.
• Стокс в процессе автоподбора диаметров смотрит только на минимально допустимое давление в узлах. Максимально допустимое давление на автоподбор никак не влияет.
• При наличии насосов и редукторов сеть разбивается на подсети (в разных подсетях трубы подсвечиваются тенями разных цветов). Дальше запускается автоподбор на каждой подсети по отдельности, начиная с дальних от источника.