Рекомендации для гидравлического расчета лучевой и кольцевой сети с более двумя подводами | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (38) март 2012 г.

Статья просмотрена: 84 раза

Библиографическое описание:

Юлдашев Б. Э. Рекомендации для гидравлического расчета лучевой и кольцевой сети с более двумя подводами // Молодой ученый. — 2012. — №3. — С. 83-86. — URL https://moluch.ru/archive/38/4452/ (дата обращения: 23.10.2018).

В статье представлены рекомендации по гидравлическому расчету лучевой и кольцевой сети с более двумя подводами, где необходимо учитывать два типа нештатных ситуаций (когда потенциальная энергия давления подводов недостаточна для обеспечения наименьшего допустимого давления в точках отбора – нехватка энергии, и когда происходит «давка» подвода с меньшим давлением) и предлагаются пути устранения этих нештатных ситуаций.

Ключевые слова: Лучевая и кольцевая структура сети газопроводов; штатная и нештатная ситуации; узел подвода; узел отбора; гидравлика.

Рассматривая задачи и результаты расчета аварийных ситуаций видно, что из-за выхода из строя отдельного участка, кольцо разрывается и образуется сеть лучевой структуры. При отсутствии дополнительных подводов и компрессорных станций лучевая сеть характеризуется падением значения статического давления в направлении движения газа. При наличии более одного подвода в кольцевой сети необходимо соблюдать аналогичную черту организации сети с некоторыми дополнительными ограничениями.

Ниже представим материалы, которые демонстрируют подобные ограничения.

Задача 1. Рассмотрим случай, когда скважины, в количестве , последовательно подключены в единую сеть с лучевой структурой.

Для этого случая принимаем следующую нумерацию скважин и участков в цепи: 1-я скважина 1-я дуга 2-я скважина 2-я дуга -я скважина -я дуга узел отбора. При этом дуги заданы показателями , а скважины заданы давлениями и дебитами .

Сомнение не вызывает следующая последовательность устьевых давлений подключаемых скважин: , где - давление на узле отбора.

С учетом участкового расхода , показателя и длины для 1-й дуги должно выполняться условие (на наши статьи}

.

Если значение левой части данного равенства превосходит значения правой части равенства, то образуется «давка» 2-й скважины (нештатная ситуация 1-го типа). Если же значение правой части данного равенства превосходит значения левой части равенства, то данный перепад квадрата давления не достаточен для преодоления силы сопротивления трения участка (нештатная ситуация 2-го типа). Проще говоря, в последнем случае газ 1-й скважины не доходит до узла подключения 2-й скважины.

При строгом выполнении условия для 1-го участка дебит 2-й скважины поступает в сеть и расход газа на 2-м участке равняется сумме . Затратив часть своей энергии на преодоление силы сопротивления 2-го участка, в конце этого участка газ имеет статическое давление и между давлениями 2-го и 3-го узлов установится связь

.

Не соблюдение данного условия приводит к нештатным ситуациям 1-го и 2-го типов и т.д.

Аналогично устанавливается связь между давлениями в узлах подключения -й и -й скважин

.

При известном значении давления в узле подключения последней скважины значение давления в узле отбора определяется из равенства

.

Суммируя полученные равенства для перепада квадрата давлений по всем участкам, получим зависимость между устьевым давлением 1-й скважины и давлением в узле отбора

.

Если задана нижняя граница допустимого значения давления в узле отбора, то для устьевого давления 1-й скважины налагается условие

.

Задача 2. В качестве примера приложения приведенных выше суждений и формул из Задачи 1 рассмотрим задачу о кольцевом коллекторе с ограниченным числом узлов подвода и одним узлом отбора.

Кольцевой коллектор разделим на две цепочки скважин (), каждая из которых начинается из узла с наибольшим давлением среди узлов сети и произвольным дебитом . Общий расход данного узла распределяется между 1-м и 2-м цепочками по и : .

Здесь составляет участковый расход газа 1-й дуги 1-й цепочки. Гидравлический показатель этого участка определен через коэффициент , а длина – . Участок заканчивается узлом подключения 2-й скважины 1-й цепочки с показателями и . Следующий участок 1-й цепочки имеет показатели и . Участок заканчивается узлом подключения 3-й скважины 1-й цепочки с показателями и . И т.д. Последний участок 1-й цепочки начинается с точки подключения -й скважины с показателями и . Он имеет показатели , и заканчивается узлом отбора газа, где устанавливается давление отбора .

Участковый расход газа 1-й дуги 2-й цепочки равен . Участки 2-й цепочки определены показателями и , где . Подводы в узлах 2-й цепочки заданы давлениями и дебитами при . Цепочка заканчивается на узле отбора, где давление имеет значение .

Поскольку течение газа должно быть направлено от узла с наибольшим давлением в сторону узла с наименьшим давлением, т.е. до узла отбора газа, то для давлений должно имеет место следующие последовательности

и .

Чтобы вычислить значения давлений в узлах подвода необходимо знать участковые расходы.

С учетом предположенного нами значения расхода 1-го участка 1-й цепочки участковые расходы этой цепочки составляют последовательность

.

Участковые расходы второй цепочки, с учетом распределения дебита 1-й скважины между цепочками, составляют

Согласно значениям участковых расходов составим уравнения для квадратов давления в узлах 1-й и 2-й цепочек. Почленное суммирование их позволяет получить взаимосвязь между давлениями 1-го и последнего узлов 1-й цепочки

и 2-й цепочки

.

Из свойства транзитивности равенств следует уравнение

Данное уравнение приводится к квадратному уравнению относительно расхода 1-го участка 1-й цепочки . Решение и анализ полученного квадратного уравнения не составляет труда. Положительность расхода газа на первых участках цепочек () и строгое выполнение условий для перепада квадратов давления на первых участках цепочек обеспечивают единственность и существование решения уравнения.

После того, как найдено значение , сначала вычисляются значения участковых расходов в цепочках, а затем узловые давления.

Как видно из представленного материала, при решении Задачи 2, в отличие от случая кольцевого газопровода с одним подводом и отборами, узел с наименьшим давлением и направление потока в участках заранее известны и отпадает необходимость поиска узла с наименьшим давлением. Только необходимо строгое выполнение условий для перепадов квадратов давлений в зависимости от участковых расходов, иначе придется анализировать причины образования нештатной ситуации 1-го или 2-го типа.

Задача 3. При произвольном числе узлов подвода и узлов отбора между ними необходимо организовать с цепочек и выделить варианты штатной и нештатных ситуаций с помощью проверки энергетического баланса на каждой из цепочек.

Положим, что в -й узел подвода имеет наибольшее давление среди узлов подвода. Поскольку с удалением от этого узла давление убивает. Данный факт указывает направление потока: подводимого данным узлом газа распределяется между двумя направлениями – по ходу часовой стрелки и против него.

Если и , то примкнувшие к узлу цепочки имеют внутренние узлы с наименьшими в своей цепочке узловыми давлениями. Реализация способа пошагового поиска в зависимости от позволяет получить решение задачи, соответствующее внутренней точке -ой цепочки, так как или его часть расходуется между первыми несколькими отборами. Аналогичное утверждение применимо и для -й цепочки.

Если и , то возможен вариант, когда в -й цепочке наименьшее узловое давление достигается на границе – на узле -го подвода. При этом -й подвод может оказаться наименьшим узловыми давлением для цепочки и т.д. Но эти варианты не составляют помеху для дальнейшего расчета, так как известно значение , и этого достаточно для последовательного определения участковых расходов. По расходам определяются направления потока на участках и узловые давления.

Анализируем случай, когда .

Если при этом выполняется условие , задача решается просто – применяется пошаговый метод поиска , описанный выше. Если в рамках точности машинных округлений выполнено условие , то в узле -го подвода достигается наименьшее давление цепочки тем, что на 1-м участке следующей цепочки расход равняется интенсивностью данного подвода. Если же , возникает более сложный вариант поиска, требующий привлечения и последующих узлов отбора. Теперь в квадратных уравнениях будут дополнительно фигурировать также квадраты давлений и го подводов. И т.д. При этом достоверность решения проверяется с расширенными за счет вновь привлеченных данных первым и вторым условиями.

Решение задачи при наибольшем значении давления в сети, равном , существует, так как утверждение локального максимума давления равносильно утверждению о том, что хотя бы в одном участке кольцевой цепи поток газа имеет противоположное направление относительно потока на других участках. И этим мы доказали, что задача имеет решение и его можно найти с привлечением способа дискретно-непрерывного поиска.

Можно ли доказать аналогичное утверждение, если наибольшее значение давления достигается сразу двумя и более узлами подвода? Ответ – да.

Поскольку давление является непрерывной функцией по всей длине кольцевой сети и имеет, в этом случае, несколько локальных максимумов, то в малой окрестности каждого локального максимума давление убывает. Соответственно, в примыкающих к данному узлу участках движения газа имеют разные направления и для каждого из них можно применять суждения, приведенного для случая единичного локального максимума. Единственным препятствием может быть случай, когда цепочка между двумя локальными максимумами не имеет узлов отбора. Интенсивности подводов в этих узлах составляют расходы абсолютных значений соответствующих участков и счет можно продолжать.

В целом, случай отсутствия в цепочке узлов отбора является самой легко решаемой среди анализируемых. В этом случае участковый расход в данной цепочке кольца определяется однозначно по формуле

.

При известном значении значения и направления расхода на одном из участков, можно продолжать расчет расходов и давлений до конечного вида.

Совместимость исходных данных задач проверяется согласованностью между вновь вычисленными и заданными значениями давления в подводах в рамках выполнения точности машинного округления. А тип нештатной ситуации определяется разностью квадратов заданного и вновь вычисленного значений давлений в подводах, а также возникновения отрицательного значения квадрата в отдельном узле.


Литература:
  1. Коротаев Ю.П., Ширковский А.И. Добыча, транспорт и подземное хранение газа. - М.: Недра, 1997. – 487 с.

  2. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. – Новосибирск: Наука. ­– 1987. – 222 с.

  3. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Под общ. ред. В.А. Юфина. – М.: Недра,1978. – 407 c.

  4. Хужаев И.К., Юлдашев Б.Э., Куканова М.А. Эффективность кольцевой структуры газопровода и алгоритм расчета ее гидродинамических показателей // Вопросы вычислительной и прикладной математики. Аналитические методы и вычислительные алгоритмы решения задач математической физики. Ташкент. 2011. Вып. 126. С.132-143.

  5. Юлдашев Б.Э., Хужаев И.К., Куканова М.А. Гидравлический расчет «давки» в кольцевом газопроводе с двумя подводами и с одним отбором// Сочи, «European Researcher». № 1(16), 2012. - С.30-36.

Основные термины (генерируются автоматически): узел отбора, давление, узел подвода, нештатная ситуация, узел подключения, участок, цепочка, подвод, кольцевая сеть, наименьшее давление.


Ключевые слова

Лучевая и кольцевая структура сети газопроводов; штатная и нештатная ситуации; узел подвода; узел отбора; гидравлика.

Похожие статьи

Реактивный алгоритм динамической маршрутизации...

При этом узел-отправитель пользуется маршрутом с наименьшим количеством промежуточных (транзитных) узлов.

Оценка перспективной пропускной способности участков железнодорожной сети с учетом предоставления «окон», на основе применения...

Применение самозапуска для электродвигателей насосных...

Это отрицательно влияет на многие узлы агрегатов (выходят из строя сальниковые набивки

Значение напора гидравлического удара получается меньше манометрического напора

x — расстояние от начала координат;  — эквивалентные волны повышения давления...

Проведение замеров параметров потока в условиях трёхмерного...

Как пример подобного течения – течения в и за основными узлами установок (компрессор, турбина и т.д.). При этом, чем дальше исследуемое

Определению интегральных характеристик потока по результатам замеров (полное давление, полная температура, скорость, расход и т.д...

Сравнительный анализ многоступенчатого насоса типа ЦНС...

Технологичность, конструкции повысилась, так как отсутствуют узел разгрузки от осевой силы и дополнительное уплотнение по валу.

Потери в кольцевом подводе сложно посчитать, но их

Сравнительный анализ существующих методов определения повреждения тяговой сети.

Автоматизация подачи заданных расходов воды с двумя...

...обеспечивая заданное командование над орошаемыми участками.

3. автоматизация водораспределения регулированием объема воды: регулирование с перетекающими объемами; регулирование непосредственным отбором

Щитовой авторегулятор с камерой давления.

Геометрические (топологические) схемы улично-дорожной сети

Уровень загрузки центрального транспортного узла.

Основные термины (генерируются автоматически): прямоугольная схема, город, схема, улично-дорожная сеть, радиально-кольцевая схема, прямоугольно-диагональная схема, геометрическая схема...

Оптимизация размещения данных по узлам...

Введем обозначения: - множество узлов информационной сети. - множество файлов. - файл . - узел . - объем памяти узла . - объем файла

(1); (2), где . (3). Функция размещения, определяющая наименьшую стоимость хранения файлов, будет иметь следующий вид

Гидравлическая система летательных аппаратов: вертолета...

Сеть источников давления создает и регулирует рабочее давление, распределяет и размещает по потребителям запас жидкости. Сеть потребителей состоит из компонентов, предназначенных для запуска определенного механизма.

Увеличение протяженности сети доступа за счет использования...

Возможное решение — увеличение длины ODN, но взамен получаем меньшую длину участка агрегации сети.

Узлы ядра связаны между собой сетью кабельных трасс, по экономическим соображениям такая сеть не полносвязная.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Реактивный алгоритм динамической маршрутизации...

При этом узел-отправитель пользуется маршрутом с наименьшим количеством промежуточных (транзитных) узлов.

Оценка перспективной пропускной способности участков железнодорожной сети с учетом предоставления «окон», на основе применения...

Применение самозапуска для электродвигателей насосных...

Это отрицательно влияет на многие узлы агрегатов (выходят из строя сальниковые набивки

Значение напора гидравлического удара получается меньше манометрического напора

x — расстояние от начала координат;  — эквивалентные волны повышения давления...

Проведение замеров параметров потока в условиях трёхмерного...

Как пример подобного течения – течения в и за основными узлами установок (компрессор, турбина и т.д.). При этом, чем дальше исследуемое

Определению интегральных характеристик потока по результатам замеров (полное давление, полная температура, скорость, расход и т.д...

Сравнительный анализ многоступенчатого насоса типа ЦНС...

Технологичность, конструкции повысилась, так как отсутствуют узел разгрузки от осевой силы и дополнительное уплотнение по валу.

Потери в кольцевом подводе сложно посчитать, но их

Сравнительный анализ существующих методов определения повреждения тяговой сети.

Автоматизация подачи заданных расходов воды с двумя...

...обеспечивая заданное командование над орошаемыми участками.

3. автоматизация водораспределения регулированием объема воды: регулирование с перетекающими объемами; регулирование непосредственным отбором

Щитовой авторегулятор с камерой давления.

Геометрические (топологические) схемы улично-дорожной сети

Уровень загрузки центрального транспортного узла.

Основные термины (генерируются автоматически): прямоугольная схема, город, схема, улично-дорожная сеть, радиально-кольцевая схема, прямоугольно-диагональная схема, геометрическая схема...

Оптимизация размещения данных по узлам...

Введем обозначения: - множество узлов информационной сети. - множество файлов. - файл . - узел . - объем памяти узла . - объем файла

(1); (2), где . (3). Функция размещения, определяющая наименьшую стоимость хранения файлов, будет иметь следующий вид

Гидравлическая система летательных аппаратов: вертолета...

Сеть источников давления создает и регулирует рабочее давление, распределяет и размещает по потребителям запас жидкости. Сеть потребителей состоит из компонентов, предназначенных для запуска определенного механизма.

Увеличение протяженности сети доступа за счет использования...

Возможное решение — увеличение длины ODN, но взамен получаем меньшую длину участка агрегации сети.

Узлы ядра связаны между собой сетью кабельных трасс, по экономическим соображениям такая сеть не полносвязная.

Задать вопрос