Блог инженера теплоэнергетика | Расчет элеватора
Здраствуйте, уважаемые читатели! Элеватор отопления — это по сути, водоструйный насос, действие которого основано на подмешивании воды из обратки в подачу отопления. Подавляющее количество жилых домов в советское время строилось именно с элеваторными теплоузлами. Тогда, в то время, это было обоснованно и правильно. Элеваторный узел дешев, прост, в то же время при нормальной работе обеспечивает необходимую комфортную температуру в квартирах, и даже с избытком. В советское время учет тепла в жилых домах практически не велся. Приборы учета тепла были только на теплоисточниках (ТЭЦ, котельных), ну может быть кое где в ЦТП (центральных тепловых пунктах). О домовом, а уж тем более поквартирном учете тепла тогда никто и не думал. Сейчас, конечно, уже совсем другая ситуация. Переплачивать за тепло никто не хочет.
Кое где, конечно, элеваторные схемы заменены на более современные схемы с двух, трехходовыми клапанами регулирования расхода.
Но в подавляющем количестве жилых домов и зданий применяется именно элеваторная схема отопления с подмесом. Вот почему так важно знать и уметь рассчитывать элеваторный узел, для того чтобы он функционировал в нормальном режиме, а не в режиме недогрева или перегрева.
Мое личное отношение к элеваторным узлам таково — конечно, их нужно менять на более современные схемы. Как минимум, на схемы с электронными погодозависимыми элеваторами с регулируемым соплом.
Они довольно быстро окупают себя за счет того, что на них можно выставлять ночное понижение температуры и за счет устранения перегрева в осенне — весенний период. Или, что еще лучше, на схемы с циркуляционным насосом и регулируемым клапаном (лучше двухходовым). Схемы такие в европейских странах применяют уже давно.
Но у нас в стране элеватор, я думаю, еще долго будет «рулить». Какие же параметры важны для нормальной работы элеватора и соответственно должны быть правильно просчитаны? Это прежде всего коэффициент смешения u.
Коэффициент смешения u показывает отношение расхода через подмес элеватора из обратки G2 к расходу воды, поступающей из теплосети к элеватору Gт.с., u = G2/Gт.с. То есть цифра нужная.
u = (t1-t3)/(t3-t2) ; где
t1 — температура воды в подаче, °С.
t2 — температура воды в обратке,°С.
t3 — температура воды после элеватора,°С.
При расчете элеватора нам необходимо просчитать такие параметры, как минимально необходимый напор перед элеватором и диаметр горловины элеватора. Минимально необходимый напор перед элеватором рассчитывается по формуле : H = 1,4*h*(1+u)² ; где
h — потери напора, или по другому сопротивление системы. Эта цифра должна быть у вас в проектной документации на здание. Если нет, значит надо просчитывать гидравлику, что довольно затруднительно. Но вообще сопротивление системы обычно составляет от 0,8 до 1,5 м. Если больше двух, то элеватор скорее всего, нормально работать не будет.
u — коэффициент смешения элеватора.
Диаметр горловины рассчитывается по формуле :
где: G — расход сетевой воды, т/ч.
u — коэффициент смешения.
Н — потери напора, или другими словами сопротивление системы, м.
Для нормальной работы элеватора, а особенно механического, просто необходимо знать диаметр сопла элеватора. Считается диаметр по формуле :
где: G — расход сетевой воды, т/ч.
Н1 — напор перед элеватором,м. Если все делать правильно, то он определяется по пьезометрическому графику. Но мы в такие дебри лезть не будем, напор берем фактический, который у вас в теплоузле ( напор — это перепад давлений между подачей и обраткой) , либо который можно выставить.
Просчитав все эти цифры, можно приступать к выбору элеватора.
Выбирается по диаметру горловины. При выборе элеватора следует выбирать стандартный элеватор с ближайшим меньшим диаметром горловины.
Элеваторы подразделяются по номерам от 1 до 7. Соответственно, чем больше номер, тем больше диаметра горловины. Лучше всего, на мой взгляд, расчет элеватора расписан в СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». Ссылка ниже по тексту:
СП 41-101-95, Проектирование тепловых пунктов
Весь этот расчет я полностью автоматизировал и расписал в программе в формате Exel, и вы можете ее приобрести , для этого вам нужно написать мне по эл.почте [email protected] , и я вышлю вам программу по эл.почте. Нужно только подставить свои исходные данные.
Что еще хотелось бы сказать по поводу элеваторной схемы отопления. Централизованное теплоснабжение еще долго будет лидировать, соответственно и изобретение нашего отечественного инженера В.М.Чаплина — элеватор еще долго будет в работе.
Я не сторонник такой схемы подключения, хотя и можно сказать, что электронные элеваторы с регулируемым соплом работают неплохо и даже довольно быстро окупаются.
Но все же более перспективными представляются схемы с насосным подключением с двух и трехходовыми клапанами. То есть циркуляционный насос для поддержания циркуляции и регулирования режимов работы, и клапан для регулировки давления и расхода воды.
Совсем недавно я написал и выпустил книгу «Устройство ИТП (тепловых пунктов) зданий». В ней на конкретных примерах я рассмотрел различные схемы ИТП, а именно схему ИТП без элеватора, схему теплового пункта с элеватором, и наконец, схему теплоузла с циркуляционным насосом и регулируемым клапаном. Книга основана на моем практическом опыте, я старался писать ее максимально понятно, доступно.
Вот содержание книги:
1. Введение
2. Устройство ИТП, схема без элеватора
3. Устройство ИТП, элеваторная схема
4. Устройство ИТП, схема с циркуляционным насосом и регулируемым клапаном.
5.
Заключение
Просмотреть книгу можно по ссылке ниже:
Устройство ИТП (тепловых пунктов) зданий.
Методика расчета и наладка элеваторов и элеваторных узлов
В настоящее время большинство систем отопления подключены к элеваторной схеме. В то же время опыт показывает, что многие люди не очень хорошо понимают принципы элеваторных компонентов. В результате, эффективность систем отопления не всегда эффективно. При нормальной температуре, температура охлаждающей жидкости из квартиры и дома, либо слишком низкая или слишком высокая. Этот эффект можно наблюдать не только в неправильной конфигурации элеваторов, но большинство проблем, возникающих по этой причине. Таким образом, расчет и настройка элеваторов устройство должно быть уделено наибольшее внимание.
Расчетный диаметр шеи элеватор, мм, определяется по формуле:
Где:
GP — Проектирование сетей поток воды, т / ч;
USM — расчетный коэффициент смешения силоса;
ч — потери напора в системе отопления на расчетный расход смешанной воды, м
Если одноразовые голову к элеватору строго соответствует стоимости, определяемой по формуле:
Нз = 1,4 ч (1 + USM) 2 (2)
Где:
ч — потери напора в системе отопления при расчетной скорости потока охлаждающей жидкости, м;
USM — рассчитывается соотношение смешивания elvatora;
Это необходимый диаметр сопла, мм, определяется по формуле:
или:
Как правило, одноразовые голову к элеватору более или менее определяется по формуле (2) и диаметром сопла рассчитывается на основе тушения условиях одноразовых голове.
В этом случае диаметр сопла, мм, определяется по формуле:
Где:
H — одноразовые напор, м
Для того, чтобы избежать вибрации и шума, который обычно происходит при работе под давлением в элеватор, в 2 — 3 раза выше, чем хотелось бы, некоторые из рекомендуемых давления для тушения газа диафрагмы, установленной перед монтажом труб к элеватору. Более эффективный способ — установить контроль потока на элеваторе, который будет наиболее эффективно настроить и эксплуатировать элеватор устройства.
Диаметр сопла должны быть определены с точностью до десятой доли миллиметра, округляется вниз. Диаметр сопла для предотвращения засорения не должна быть менее 3 мм.
При установке элеватора в группу небольших зданий его количество определяется по максимальной потери давления в сети после распределителя элеватора и системы отопления для самого неблагоприятно расположенного потребителя, которые должны быть приняты с К = 1.
1. В то же время перед каждой системы отопления здания для установки диафрагмы газ, рассчитанной на гашение избыточного давления при номинальном расходе смешанной воды.Корректировки должны быть сделаны только после выполнения всех ранее разработанных мер регулирования.
Прежде чем приступить к настройке системы отопления должны быть снабжены автоматическими устройствами работ, предусмотренных в разработке мер для поддержания заданного гидравлического режима и безаварийной работы источника тепловых сетей, насосных станций и подстанций.
Регулировка системы центрального отопления начинается с фиксации фактического давления воды в системах отопления при работе с сетью насосы, рассчитанные в соответствии с режимом, а также поддержание тепла обратном коллекторе источника указанного давления.
При сравнении фактических пьезометрический графа с заданным появляются значительно увеличили потери напора на участках, чтобы определить их причину (операционные перемычки не полностью открыть клапан, расхождение с принятыми диаметр трубы гидравлические расчеты, препятствия и т.
д.) и принять меры по их устранению.В некоторых случаях, невозможность устранения причин чрезмерной по сравнению с расчетом потерь напора, такие как диаметр труб, занижены, можно сделать путем изменения гидравлического давления режима путем изменения сетевых насосов, так что давление на одноразовые тепла Входы потребителей в соответствии с расчетными.
Регулировка систем отопления с грузом горячей воды, для которых гидравлических и тепловых режимов были рассчитаны с учетом соответствующих регуляторов тепла входов, проведенного функционирования работы этих регуляторов.
Корректировка расхода тепла и конкретные теплопотребляющих устройств, основанных на проверке соответствия фактических расходов воды рассчитывается. В этом случае рассчитывается ставка среднего течения воды в потреблении тепла или теплопотребляющем устройство, которое предоставляет данный температурный график. Соответствует необходимый поток проектирования для создания внутренней температуры дизайн для площади поверхности в соответствии с установленными отопления требуется.
Степень соответствия фактического расхода определяется расчетным понижением температуры воды в системе, либо в отдельном устройстве теплопотребляющем. В этом случае фактическая температура воды в сети не должно отклоняться от графика более чем на 2 ° C. Разница температур недооценен указывает чрезмерное потребление воды и, следовательно, завышенным отверстия диафрагмы газ или сопла. Чрезмерное падение температуры указывает слишком низкой скорости потока и, следовательно, недооценивается газ родила диаметр отверстия или насадки.
Соответствие фактического потребления сеть воды рассчитывается при отсутствии приборов учета (счетчиков) с достаточной для практических целей точностью определяется:
потребления тепловой энергии для систем, подключенных к сети с помощью элеватора или подмешивающий насос, в соответствии с формулой
Где:
у = Gf / GP — отношение фактической потребляемой мощности воды, подаваемой в систему отопления, в селение;
t’1, t’3 и Т2 — измеряется по тепловой мощности температура воды, соответственно, в поток, смешанный и обратная ° С;
T1, T2 и T3-температура воды, соответственно, в поток, смешанный, и обратный график температуры фактической температуры наружного воздуха, ° С;
t’v и ТВ — фактической и предполагаемой температуры воздуха в помещении;
Для систем теплопотребления жилых и офисных зданий, которые подключены к сети без тепловой устройств шунта, а также для приборов отопления и рециркуляции калориферных установок следующим образом:
Для отопления и калориферных вентиляционных установок, унося наружного воздуха и потребления тепла для систем промышленных зданий, ограждающих конструкций, которая не имеет большой емкости тепла, подключены к сети без тепловой устройств подмешивающих, а именно:
Там, где Ц — фактические температуры наружного воздуха.
Скорректированная элеватор сопла и газа диафрагмой, расположенной перед системой, расчетной нагрузки при падении которого мала по сравнению с одноразовыми давление на входе в систему (не более 5-10%) определяется по формуле:
Где DH и DST — новые и исправлены существующие отверстия диаметром дросселя или отверстия, мм.
Для систем потребления тепловой энергии и тепла, по оценкам, падение давления, которое является относительно велик по сравнению с одноразовыми давление в сети перед ними, скорректированный диаметр дроссельной диафрагмы:
с возможностью определения фактических потерь напора в hф м, по формуле:
если вы не можете определить фактические потери давления в системе расчетной стоимости их л, м, по формуле:
где Н — одноразовые системы давление на тепло и потребления тепловой энергии. Значение л.с. взять на себя проектные данные, либо в соответствии с гидравлическим расчетом.
Измерение температуры на тепло со стабильной температурой точки водозабора не отличается от той, которую дают температуру графика более чем на 2 гр.
С.
Замена сопла элеваторов и газ сделали диафрагмы при значениях 0,9> у> 1,15, если установленная площадь поверхности соответствует отопления, необходимые для поддержания в помещении около внутреннюю температуру.
Если площадь поверхности нагрева фактически установлено отопительное оборудование не соответствует необходимым замену элеваторов и отверстие дросселя сопло должно быть сделано после анализа внутренней температуры в помещениях. Таким образом, в области чрезмерного потребления тепла поверхностей нагрева системы должны работать с относительной скоростью потока от <1, с недостаточным, должны быть сделаны дополнительные устройства теплопотребляющие установки.
Относительная скорость потока в этом случае рассчитывается по формуле.
Где:
tв — усредненная замеренная температура воздуха в помещениях, гр.С;
tв.р — расчетная температура воздуха в помещениях, °С;
Тн — текущая температура наружного воздуха,°С.
В конце приводим некоторые параметры наиболее часто используемых типов элеваторов.
Стальной элеватор типа ВТИ — Теплосети Мосэнерго
Элеватор чугунный типа ВТИ — Теплосети Мосэнерго на Ру=9 кгс/см2
Элеватор чугунный типа ЭЧА на Ру=10 кгс/см2 № 1 и 2
Элеватор чугунный типа ЭЧА на Ру=10 кгс/см2 № 3-7
Основные размеры элеваторов чугунных типа ВТИ — Теплосети Мосэнерго, ЭЧА и 40С10бк-М:
| № | Диаметр камеры смешения d, мм | Общая длина L, мм | От фланца до центра подсоса l, мм | Диаметр патрубка подсоса, мм | Наружные диаметры присоединительных фланцев, мм | ||
| D | D1 | D2 | |||||
| Элеватор типов ВТИ — Теплосети Мосэнерго и 40С10бк-М | |||||||
| 1 | 15 | 425 | 90 | 51 | 145 | 160 | 160 |
| 2 | 20 | 425 | 90 | 51 | 145 | 160 | 160 |
| 3 | 25 | 625 | 135 | 70 | 160 | 195 | 180 |
| 4 | 30 | 625 | 90 | 51 | 145 | 160 | 160 |
| 5 | 35 | 625 | 90 | 51 | 145 | 160 | 160 |
| 6 | 47 | 720 | 180 | 100 | 195 | 215 | 215 |
| 7 | 59 | 720 | 180 | 100 | 195 | 215 | 215 |
| Элеватор типа ЭЧА | |||||||
| 1 | 15 | 425 | 90 | 32 | 150 | 165 | 165 |
| 2 | 15 | 425 | 90 | 32 | 150 | 165 | 165 |
| 3 | 25 | 625 | 135 | 44 | 165 | 200 | 185 |
| 4 | 30 | 625 | 135 | 44 | 165 | 200 | 185 |
| 5 | 47 | 625 | 135 | 44 | 165 | 200 | 185 |
| 6 | 47 | 720 | 180 | 72 | 200 | 220 | 220 |
| 7 | 59 | 720 | 180 | 72 | 200 | 220 | 220 |
Гидравлическая подъемная сила — ТВС
Анализ гидравлической подъемной силы является одним из наиболее важных анализов при проектировании ТВС и анализе гидравлической совместимости смешанных активных зон.
Вертикальные силы индуцируются восходящим высокоскоростным потоком через активную зону реактора, и путь потока теплоносителя реактора через корпус реактора будет следующим:
- керн.
- Колонный ствол заставляет воду течь вниз в пространство между стенкой корпуса реактора и колонковым стволом. Это пространство обычно называют сливным стаканом .
- Поток реверсируется вверх по активной зоне от днища корпуса высокого давления к тепловыделяющим сборкам, где температура теплоносителя повышается по мере его прохождения через твэлы.
- Наконец, более горячий теплоноситель реактора поступает в область верхних внутрикорпусных устройств, где через выходной патрубок направляется в горячие нитки первого контура и поступает в парогенераторы.
удерживаются узлом верхней направляющей конструкции , который определяет верхнюю часть активной зоны.
Эта сборка изготовлена из нержавеющей стали и имеет много назначений. Узел верхней направляющей конструкции оказывает осевое усилие на ТВС (через пружины в головном стакане), определяя тем самым точное положение ТВС в активной зоне. 9Фланец 0003 узла верхней направляющей конструкции удерживается на месте и предварительно натягивается фланцем крышки корпуса реактора. Узел верхней направляющей конструкции также направляет и защищает узлы управляющих стержней и внутриреакторные приборы.
Необходимо тщательно рассчитать требуемую прижимную силу узла верхней направляющей конструкции на ТВС. Недостаточная прижимная сила может привести к подъему ТВС . С другой стороны, чрезмерная прижимная сила может привести к искривление ТВС , что также недопустимо.
Что такое сопротивление в физике
В гидродинамике сопротивление — это сила, действующая противоположно относительному движению любого движущегося объекта.
Сила, с которой поток жидкости действует на тело в направлении потока. В отличие от других сил сопротивления, таких как сухое трение, почти не зависящих от скорости, силы сопротивления зависят от скорости. Сила сопротивления пропорциональна скорости ламинарного потока и квадрату скорости турбулентного потока. Перетаскивание обычно вызывается двумя явлениями:
- Источник: wikipedia.org Лицензия: CC BY-SA 3.0
Трение кожи . В общем, когда жидкость течет по стационарной поверхности , например, плоской пластине, руслу реки или стенке трубы, жидкость, касающаяся поверхности , приводится в состояние покоя под действием напряжения сдвига в момент стена. Пограничный слой представляет собой область, в которой поток регулирует скорость от нулевой на стенке до максимальной в основном направлении потока. Следовательно, движущаяся жидкость оказывает на поверхность тангенциальные силы сдвига из-за отсутствие проскальзывания вызвано эффектами вязкости.
Этот тип силы сопротивления зависит, в частности, от геометрии, шероховатости твердой поверхности и типа потока жидкости. - Перетаскивание формы . Сопротивление формы, , также известное как сопротивление давлению, возникает из-за формы и размера объекта. Этот тип силы сопротивления является интересным следствием эффекта Бернулли . Согласно принципу Бернулли, быстрее движущийся воздух оказывает меньшее давление, и это приводит к тому, что между поверхностями объекта может быть разница давлений. Общий размер и форма тела являются наиболее важными факторами в из перетаскивания . Как правило, тела с большим представленным геометрическим поперечным сечением будут иметь большее сопротивление, чем более тонкие тела.
Этот тип силы сопротивления зависит, в частности, от геометрии, шероховатости твердой поверхности и типа потока жидкости. Обе эти силы, как правило, имеют компоненты в направлении потока, и, таким образом, результирующая сила сопротивления возникает из-за комбинированного действия давления и трения кожи сил в направлении потока.
Когда доступны коэффициенты трения и сопротивления давления, общий коэффициент сопротивления определяется простым их сложением:
Большая часть сопротивления обусловлена сопротивлением трения при низких числах Рейнольдса , особенно для тел с высокой обтекаемостью, таких как аэродинамические поверхности. С другой стороны, падение давления является значительным при высоком числе Рейнольдса , что увеличивает сопротивление формы.
Компоненты давления и силы кожного трения в нормальном направлении к потоку имеют тенденцию перемещать тело в этом направлении, и их сумма называется подъемной силой .
9Подъемная сила 0003 — это сила, действующая вверх на крыло самолета или аэродинамический профиль в аэронавтике. Принцип Бернулли требует, чтобы аэродинамический профиль имел асимметричную форму .
Сила сопротивления – уравнение сопротивления
Сила сопротивления , F D , зависит, среди прочего, от плотности жидкости, скорости восходящего потока, а также от размера, формы и ориентации тела. Один из способов выразить это — использовать уравнение сопротивления 9.0004 . Уравнение сопротивления представляет собой формулу, используемую для расчета силы сопротивления , испытываемой объектом из-за движения в жидкости.
Базовая площадь A определяется как площадь ортогональной проекции объекта на плоскость, перпендикулярную направлению движения. Для полых объектов эталонная площадь может быть значительно больше площади поперечного сечения, но для неполых объектов она равна площади поперечного сечения.
Пример: Сила сопротивления – Коэффициент сопротивления – Связка топлива
Рассчитайте сопротивление трения одиночного топливного стержня внутри активной зоны реактора при нормальной работе (расчетный расход).
Предположим, что этот твэл является частью пучка твэлов с прямоугольной топливной решеткой, и этот твэл не содержит дистанционирующих решеток. Его высота h = 4м, , а скорость потока ядра постоянна и равна V ядро = 5 м/с.
Предположим, что:
- наружный диаметр оболочки: d = 2 x r Zr,1 = 9,3 мм
- шаг твэлов: p = 13 мм
- относительная шероховатость ε/D = 5×10 -4
- плотность жидкости ρ = 714 кг/м 901 79 3
- скорость основного потока постоянным и равным В активная зона = 5 м/с
- средняя температура теплоносителя реактора: T объем = 296°C 9 0021
- наружный диаметр облицовки: d = 2 x r Zr,1 = 9,3 мм (для расчета гидравлического диаметра)
- шаг топлива контакты: p = 13 мм (для расчета гидравлического диаметра)
- динамическая вязкость насыщенной воды при 300°С составляет: μ = 0,0000859 Н. с/м 2
- плотность жидкости: ρ = 714 кг/м 3
- коэффициент трения Дарси равно f D = 0,017
- Коэффициент трения веера равен f F = f D /4 = 0,00425
- коэффициент поверхностного трения, который равен: C D,трение = 0,00425
- площадь поверхности пальца, которая равна: A = π. d.h = 0,1169 м 2 90 010
- плотность жидкости, которая составляет: ρ = 714 кг /м 3
- скорость основного потока, которая постоянна и равна В ядро = 5 м/с
- ТВЭЛы . Топливные стержни содержат топливо и выгорающие яды.
- Верхняя насадка . Обеспечивает механическую поддержку конструкции ТВС.
- Нижняя насадка . Обеспечивает механическую поддержку конструкции ТВС.
- Дистанционная сетка . Обеспечивает точное направление твэлов.
- Направляющая трубка . Свободная труба для регулирующих стержней или внутриреакторных приборов.
- узел верхней направляющей
Расчет числа Рейнольдса
Расчет числа Рейнольдса , мы должны знать:
с/м 2 Гидравлический диаметр, D h , является широко используемым термином при работе с потоком в некруглых трубах. и каналы . гидравлический диаметр топливного канала , D h , равно 13,85 мм .
См. также: Гидравлический диаметр
Число Рейнольдса внутри топливного канала тогда равно:
Это полностью удовлетворяет турбулентным условиям .
Расчет коэффициента трения о кожу
Коэффициент трения для турбулентного потока сильно зависит от относительной шероховатости . Определяется уравнением Коулбрука или может быть определен с помощью График Муди . Диаграмма Муди для Re = 575 600 и ε/D = 5 x 10 -4 возвращает следующие значения:
Таким образом, коэффициент поверхностного трения равен:
Расчет силы сопротивления
Чтобы рассчитать силу сопротивления , мы должны знать:
d.h = 0,1169 м 2 90 010Из коэффициента кожного трения , который равен Коэффициент трения веера , мы можем рассчитать компонент трения силы сопротивления . Сила сопротивления определяется как:
Если предположить, что ТВС может иметь, например, 289 твэлов (17×17 ТВС), то составляющая трения силы сопротивления составляет тогда порядка килоньютона . Более того, эта сила лобового сопротивления возникает исключительно за счет поверхностного трения пучка топлива. Но типичная ТВС PWR содержит другие компоненты, влияющие на гидравлику ТВС:
Топливные стержни содержат топливо и выгорающие яды.Как уже было сказано, вторая составляющая силы сопротивления – это сопротивление формы. Сопротивление формы, также известное как сопротивление давлению, возникает из-за формы и размер объекта. Сила сопротивления давления пропорциональна разнице между давлениями, действующими на переднюю и заднюю часть погруженного тела и на лобовую область.
Падение давления – ТВС
В общем, всего ТВС Падение давления образуется за счет трения ТВС (зависит от относительной шероховатости твэлов, числа Рейнольдса, гидравлического диаметра и т.
д.) и других перепадов давления конструктивных элементов (верхний и нижний патрубки, дистанционирующие или смесительные решетки).
В общем случае рассчитать перепады давления в ТВС (особенно дистанционирующих решетках) не так просто, и это относится к ключевому ноу-хау некоторых производителей топлива. В основном перепады давления измеряются в экспериментальных гидравлических контурах , а не рассчитываются.
Инженеры используют коэффициент потери давления , PLC . Отмечается K или ξ (произносится как «xi»). Этот коэффициент характеризует потерю давления конкретной гидросистемы или части гидросистемы и может быть легко измерен в гидроконтурах. Коэффициент потери давления может быть определен или измерен как для прямых труб, так и для локальные (незначительные) потери .
Используя данные из приведенного выше примера, коэффициент потери давления (только на трение из прямой трубы) равен ξ = f D L/D H = 4,9 .
Но общий коэффициент потери давления (с учетом дистанционирующих решеток, верхних и нижних патрубков и т. д.) обычно примерно в три раза выше. Этот ПЛК ( ξ = 4,9 ) вызывает падение давления порядка (с использованием предыдущих входных данных) Δp трение = 4,9 x 714 x 5 2 / 2 = 43,7 кПа (без дистанционирующих решеток, верхнего и нижнего патрубков). Примерно в три раза выше реальный PLC означает примерно в три раза выше Δp топливо будет. – Δp топливо
В результате общая потеря давления в реакторе – Δp реактор обычно порядка сотен кПа (допустим 300 – 4 00 кПа) для расчетных параметров .
Ссылки:
Физика реакторов и теплогидравлика:
- Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд. , Addison-Wesley, Reading, MA (1983). ).
- Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
- WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
- Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
- Тодреас Нил Э., Казими Муджид С. Ядерные системы, том I: Основы термогидравлики, второе издание. КПР Пресс; 2 издание, 2012 г., ISBN: 978-0415802871
- Зоури Б., Макдэниел П. Термодинамика в системах атомных электростанций. Спрингер; 2015 г., ISBN: 978-3-319-13419-2
- Моран Михал Дж., Шапиро Ховард Н. Основы инженерной термодинамики, пятое издание, John Wiley & Sons, 2006 г., ISBN: 978-0-470-03037-0
- Кляйнштройер К. Современная гидродинамика. Спрингер, 2010 г., ISBN 978-1-4020-8670-0.
- Министерство энергетики США, ТЕРМОДИНАМИКА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ПОТОК ЖИДКОСТИ. Справочник по основам Министерства энергетики США, тома 1, 2 и 3. 19 июня.92.
- Уайт Фрэнк М., Fluid Mechanics, McGraw-Hill Education, 7-е издание, февраль 2010 г., ISBN: 978-0077422417
, Addison-Wesley, Reading, MA (1983). ).
Справочник по основам Министерства энергетики США, тома 1, 2 и 3. 19 июня.92.См. выше:
Nuclear Fuel
Патент США ent Заявка на компенсацию жидкости Аппарат для резки Патентная заявка (Заявка № 20070037496, выданная 15 февраля 2007 г.)
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка основана на предварительных патентных заявках США сер. № 60/705,684, поданной 4 августа 2005 г., и сер. № 60/815,032, поданной 20 июня 2006 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Приведенное ниже обсуждение предназначено только для общей справочной информации и не предназначено для использования в качестве помощи в определении объема заявленного предмета изобретения.
Системы, в которых для точной резки материала используется такая жидкость, как вода, хорошо известны. Как правило, в таких системах жидкость находится под экстремальным давлением (например, 30 000 фунтов на квадратный дюйм или выше) и нагнетается через отверстие или отверстие, чтобы выбрасываться с высокой скоростью на материал, подлежащий резке, в процессе эрозии. Во многих случаях абразив также вводится в поток жидкости и выводится вместе с жидкостью для повышения эффективности режущего действия за счет усиления процесса эрозии.
Использование струи жидкости для резки материала обеспечивает разрезы с характеристиками, отличными от тех, которые выполняются обычными резаками. Обе фиг. 1 и 2 показан поток 10 текучей среды, выходящий из отверстия 12 сопла 14 для резки заготовки 16 . Как правило, в заготовке 16 требуется больше отверстия, поэтому сопло 14 и, следовательно, поток жидкости 10 перемещаются по желаемому пути 15 относительно заготовки 16 .
На фиг. 1 сопло 14 входит и выходит из страницы, а на фиг. 2 сопло 14 перемещается в направлении, указанном стрелкой 15 .
На фиг. 1, результирующий разрез 20 , выполненный потоком жидкости 10 , имеет ширину на верхней поверхности 22 (обращенной к соплу 14 ), которая отличается по ширине от нижней поверхности 24 (обращенной от сопло 14 ). Получившаяся конусность 28 из-за разницы в ширине обозначается как «угол пропила» 30 . Другими словами, угол пропила 30 представляет собой угол, на котором поверхность разреза 32 не параллельна оси потока жидкости (поток часто не перпендикулярен поверхности материала по конструкции). Конусность 28 зависит от толщины материала, а также от скорости резки или движения сопла 14 .
Как правило, конусность 28 становится меньше по мере замедления скорости резания, а затем, когда скорость резания снижается до определенного предела, конусность 28 отличается от показанного на РИС. 1 сужается к поверхности 22 . Компенсация конусности 28 обычно включает наклон сопла 14 относительно заготовки 16 вокруг оси движения сопла 14 .
Помимо конусности 28 , присутствующей в срезе, присутствует «запаздывание» опять же из-за толщины материала и перемещения сопла 14 . Ссылаясь на фиг. 2, тем быстрее сопло 14 движется, тем больше поток жидкости 10 отклоняется материалом заготовки 16 . Как показано, расстояние отклонения 32 определяется как разница в длине между точкой, где поток 10 жидкости сталкивается с верхней поверхностью 22 , и точкой, где поток 10 выходит из нижней поверхности 24 , тогда как «Отставание пропила» можно определить как угол 34 с помощью прямой линии 36 9Между этими точками образовался 0004.
Как правило, отставание Kerf 34 не влияет на точность резки при резке по прямой линии, поскольку выходящая часть потока жидкости 10 следует за точкой удара. Однако, например, на углах отклонение потока жидкости 10 может привести к ошибкам резания, поскольку он расширяется к внешней стороне угла, оставляя позади или вырезая нежелательные конусы отклонения. Кроме того, на качество обработки даже прямых резов влияет скорость сопла 9.0003 14 . Однако, в отличие от конуса 28 , отставание 34 можно уменьшить за счет замедления движения сопла 14 по заготовке 16 . Подобно конусу 28 , наклон сопла 14 , в этом случае, вокруг оси, поперечной направлению движения, также может обеспечить некоторую компенсацию запаздывания 34 .
Усовершенствованы системы, использующие компенсацию ошибок Kerf, тем не менее желательны усовершенствования.
РЕЗЮМЕ
Настоящее резюме и реферат предназначены для введения некоторых понятий в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Резюме и реферат не предназначены для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта, а также не предназначены для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта. Кроме того, представленное здесь описание и заявленный предмет изобретения не следует интерпретировать как направленные на устранение каких-либо недостатков, обсуждаемых в разделе «Уровень техники».
Система и способ позиционирования потока жидкости для резки двухконтурной заготовки включает компенсационный модуль, выполненный с возможностью получения информации о траектории контура не менее чем в пяти степенях свободы для резки двухконтурной заготовки и скорости движения жидкости поток во время резки и сконфигурирован для предоставления в качестве выходных данных модифицированного пути контура с упомянутыми по меньшей мере пятью степенями свободы на основе ошибок компенсации пропила.
Контроллер движения выполнен с возможностью приема измененной контурной траектории указанных по меньшей мере пяти степеней свободы и скорости и выполнен с возможностью выдачи управляющих сигналов. Позиционер сконфигурирован для приема управляющих сигналов и соответствующего позиционирования потока текучей среды рядом с заготовкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
РИС. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию конуса, присутствующего в струйной резке предшествующего уровня техники.
РИС. 2 представляет собой схематическую иллюстрацию запаздывания потока текучей среды, присутствующего при резании потока текучей среды предшествующего уровня техники.
РИС. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерную работу системы резки потоком жидкости.
РИС. 4 представляет собой графическое изображение траектории резания с компенсацией.
ФИГ.
5A, 5B и 5 C являются графическим представлением основанной на полиноме компенсации для примерного материала.
РИС. 6 представляет собой иллюстративную схематическую иллюстрацию конуса, присутствующего в струйной резке согласно настоящему изобретению.
РИС. 7 представляет собой примерную схематическую иллюстрацию запаздывания потока текучей среды, присутствующего при резке потоком текучей среды в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
РИС. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерную работу системы 9 резки потоком жидкости.0003 100 . Как правило, материал режется с помощью устройства для резки потоком жидкости (также обычно называемого водоструйной системой, хотя могут использоваться и другие типы «жидкостей», которые определяются здесь как включающие жидкости, плазму, частицы, газы или их комбинации). 102 , которые хорошо известны и поэтому показаны схематически.
Ссылаясь на фиг. 6 и 7, устройство 102 включает сопло 14 ‘. Здесь следует отметить, что простые числа используются для обозначения подобных понятий выше; однако обрабатываемая заготовка и сам процесс резки отличаются тем, что разрезается сложная заготовка, которая может иметь двойные контуры и/или различную толщину.
В настоящем варианте осуществления режущее сопло 14 ‘ режущего устройства 102 перемещается относительно разрезаемого материала или заготовки с помощью многоосевого позиционера (например, 5- или 6-осевого управления) 104 . Подобно режущему устройству , 102, , такие позиционеры хорошо известны и не требуют подробного обсуждения для целей понимания описанных здесь концепций.
Вкратце, типичный метод резки потоком жидкости заключается в установке заготовки (иногда также называемой «разрезаемым материалом») в подходящее приспособление.
Поток жидкости или струя жидкости обычно направляется на заготовку для выполнения требуемой резки для получения целевой детали, имеющей форму, и обычно управляется компьютером или роботом. Мощность резания обычно создается с помощью насоса высокого давления, соединенного с режущей головкой через трубки высокого давления, шланги, трубопроводы, аккумуляторы и фильтры. Нет необходимости удерживать заготовку в неподвижном состоянии и манипулировать гидроструйным режущим инструментом. Заготовку можно манипулировать под стационарной режущей струей, или можно манипулировать и струей жидкости, и заготовкой, чтобы облегчить резку. Как будет описано ниже, спецификации требуемой заготовки, подлежащей резке, принимаются системой 9.0003 100 , в котором параметры резания, такие как, помимо прочего, скорость резания или скорость сопла, его траектория резания, включая ориентацию сопла, определяются для создания требуемой заготовки с необходимой компенсацией с учетом характеристик процесса резания.
В проиллюстрированном примерном варианте реализации технические характеристики заготовки реализованы в программе автоматизированного проектирования (САПР) или модели 106 . Модели САПР хорошо известны и могут быть разработаны для требуемой заготовки с использованием компьютерной рабочей станции (не показана), которая является отдельной или частью системы 9.0003 100 .
CAD-модель 106 предоставляется системе автоматизированной обработки (CAM) 108 , которая используется для определения начальных параметров обработки для создания желаемой заготовки, включая, помимо прочего, траекторию резания (т. е. движение профиль), который затем может быть «постобработан», если необходимо, в формат для конкретного позиционера или режущего устройства.
На фиг. 4, в иллюстративном варианте осуществления, описанном здесь и для целей понимания, траектория 9 резания0003 200 для части желаемой заготовки можно описать в терминах последовательности наборов данных 202 , содержащих координаты с пятью степенями свободы (X,Y,Z,C,B), например, три перемещения (X,Y ,Z) и два угла наклона или вектора нормали к поверхности (B,C) в базовой системе координат 202 .
Следует отметить, что можно также использовать траекторию резания, имеющую шесть степеней свободы, где шестая координата (А) относится к вращению режущей головки вокруг оси, ортогональной другим взаимно ортогональным осям наклона (В, С).
Здесь следует отметить, что модули, показанные на РИС. 3 и обсуждаются ниже, представлены для целей понимания и не должны рассматриваться как ограничивающие в том смысле, что дополнительные модули могут использоваться для выполнения некоторых функций описанных здесь модулей. Точно так же функции могут быть разделены или объединены другими способами между модулями. Модули могут быть реализованы с цифровыми и/или аналоговыми вычислительными устройствами, такими как компьютер.
Компенсационный модуль 113 , показанный в целом пунктирными линиями, показан для понимания как блок принятия решения 112 , узел компенсации траектории 140 и/или компонент компенсации пропила 160 и, как описано ниже, обеспечивает измененную траекторию контурной резки по крайней мере в 5 степеней свободы и скорости.
В дополнение к траектории резания 200 скорость сопла в зависимости от траектории резания также может быть предоставлена системой CAM 108 для формирования «профиля движения», который представлен на фиг. 3 по телефону 110 . В дополнение к траектории резания или траектории контура, ввод 110 может включать показания или критерии скорости (например, максимальную скорость). Тем не менее, любая начальная скорость, если она задана, может быть не оптимальной с учетом условий резания, таких как форма желаемой заготовки. Соответственно, скорость может регулироваться, как представлено блоком принятия решения , 112, .
Вход скорости в установившемся режиме модели A 9с 0003 114 по блок 112 обеспечивается компонентом обработки 116 с использованием известных моделей резки, таких как описанная Дж. Зенгом в «Механизмах эрозии хрупкого материала, связанной с обработкой гидроабразивной струей под высоким давлением», докторская диссертация, Университет Род-Айленд, Кингстон, Род-Айленд, 1992.
В частности, Цзэн описывает, что скорость резания можно определить с помощью уравнения вида: u=(fa*Nm*Pw1,594*d01,374*Ma0,343C*q*h *dm0,618)1,15
, где
- u: скорость резания (мм/мин или дюйм/мин)
- f a : коэффициент абразивности (1 для граната)
- N m : номер обрабатываемости
- P w : давление воды ( MPA или KPS)
- D 0 : Диаметр отверстия (мм или дюйм)
- M A : скорость абразивного потока (г/мин или фунт/мин)
- Q: Индекс уровня качества
- H: Готоба рабочей части). (мм или дюйм)
- d m : диаметр смесительной трубки (мм или дюйм)
- C: системная константа (788 для метрических единиц или 163 для английских единиц).
Как правило, компонент 116 получает в качестве входных данных тип разрезаемого материала 118 , качественную меру «качества» желаемого разреза 120 и толщину материала 122 и другие параметры, указанные выше в приведенном выше уравнении, для определения стационарной скорости модели 114 .
Однако дополнительный вход эффекта скорости 126 (также именуемый «эффект переходной упреждающей скорости»), представленный в данном документе, позволяет дополнительно модифицировать результирующую скорость 128 из блока 112 на основе ограничений, накладываемых физическими движениями сопла. Входной сигнал эффекта скорости 126 исходит от контроллера движения 148 для позиционера 104 , который может включать модуль 149 , который ищет условия необходимого снижения скорости. Например, помимо прочего, может быть необходимо отойти от скорости стационарного состояния модели 114 при приближении к острому углу, подлежащему вырезанию в заготовке, где, например, скорость сопла должна быть снижена до достижения фактического угла, подлежащего вырезанию. В еще одной ситуации снижение скорости было бы необходимо, если оператор нажимал кнопку «стоп» во время резки.
Однако другие модули движения 151 также могут влиять на скорость, такую как движение сопла к верхней поверхности 22 или от нее, что контролируется, например, подходящим датчиком. Короче говоря, вход 9 эффекта переходной скорости с опережением0003 126 основан на любом движении режущего сопла, которое заставляет его отклоняться от скорости 114 .
Скорость 128 , определенная в блоке 112 , однако не компенсирует ошибки, вносимые шириной пропила 28 ′, конусностью 30 ′ и запаздыванием 34 ′ как обсуждалось выше, как показано на фиг. 6 и 7. Узел компенсации пути 140 предназначен для устранения некоторых из этих ошибок. Узел компенсации пути 140 основан на использовании полиномиальных уравнений или моделей 143 для каждой ошибки пропила, ширины пропила (Kw), угла пропила (Ka) и отставания пропила (Kl) с использованием эмпирических данных 142 из фактических резов для различные материалы и данные о характеристиках материалов 144 вместе с входными данными, относящимися к фактическому используемому материалу, его толщине и желаемому качеству, а также результирующей скорости 128 из блока 112 .
Предусмотрена устойчивая (постоянные рабочие условия, включая, но не ограничиваясь скоростью) погрешность ширины пропила (Kw), угол пропила (Ka) и запаздывание пропила (Kl). Однако предыдущие методы не включали динамический аспект такой компенсации, которая обеспечивается обратной связью по входу скорости 9.0003 126 от контроллера движения 148 для позиционера 104 . В еще одном варианте такая компенсация, статическая (без ввода 126 ) или динамическая (с вводом 126 ), обеспечивается при резке заготовки, требующей не менее 5 степеней свободы, то есть резке заготовки, которая может имеют двойной контур, что представляет собой существенно отличающуюся и более сложную рабочую среду, чем резка заготовки в плоскости, но позволяет соплу обеспечивать наклон не менее двух градусов для компенсации пропила. Другими словами, поскольку динамические ограничения контроллера движения 148 в соответствии с обратной связью по входу эффекта переходной упреждающей скорости 126 уменьшает результирующую скорость 128 по сравнению с той, которая использовалась бы в противном случае, блок компенсации траектории 140 может рассчитать в динамическом смысле компенсацию требуется для ошибок на основе Kerf.
Используя пример снижения скорости для приближающегося острого угла, который необходимо вырезать, ошибки, связанные с пропилом, динамически компенсируются из-за чрезмерного эрозионного характера резки при резке потоком жидкости по мере уменьшения скорости сопла.
Следует отметить, что, поскольку полиномиальные модели ошибок пропила также могут быть основаны на толщине разрезаемого материала, значения толщины могут быть предоставлены анализатором поперечного сечения 154 на основе известной геометрии материала/ заготовка. Однако в дополнительном варианте осуществления, в дополнение или в качестве альтернативы анализатору поперечного сечения 154 , датчик 156 анализатора поперечного сечения может выдавать сигнал, относящийся к толщине, фактически измеренной во время резки. Примеры подходящих датчиков включают, но не ограничиваются ими, механические, оптические, электрические ультразвуковые датчики. Эта функция резки материала до желаемой формы, а также характеристики качества для постоянно меняющейся толщины особенно полезны в сложных, произвольных заготовках с двойным контуром, таких как компоненты крыла самолета, которые обычно различаются по толщине.
Ввиду того, что полиномиальные модели 143 обычно основаны на семействе кривых, для рабочих точек между сохраненными кривыми предусмотрен компонент интерполяции модели 150 . ФИГ. 5A-5C представляют полиномиальную компенсацию ошибки Керфа для примерного материала.
Компонент компенсации пропила 160 принимает ошибки ширины пропила, угла пропила, запаздывания пропила, рассчитанные из блока компенсации траектории 140 , а также наборы данных скорости и траектории контура (X, Y, Z, C, B) для пятимерной контрольной резки и (X,Y,Z,C,B,A) для шестимерной, при желании, из CAM-системы 108 . Компонент компенсации пропила 160 применяет ошибки компенсации пропила, рассчитанные узлом компенсации траектории 140 , к конкретному местоположению фактического разрезаемого контура. Другими словами, информация об ошибке компенсации ширины поперечного сечения, предоставленная узлом компенсации траектории 140 , сама по себе недостаточна для перемещения сопла 14 ‘.
Компонент компенсации пропила 160 включает вычислитель мгновенного вектора траектории инструмента 162 , который вычисляет вектор траектории мгновенного движения из точки программы обработки детали в окрестности текущей позиции, чтобы определить, каким образом необходимо обеспечить компенсацию с учетом того, какая сторона в любой заданной позиции является частью желаемой заготовки по сравнению с отходы, спасательный или падающий материал. В проиллюстрированном варианте осуществления программа обработки деталей по 5 или 6 осям и вычисленный вектор движения затем используются для вычисления мгновенной команды перемещения в 5D или 6D или кадра инструмента с помощью компонента 9.0003 166 . В динамическом режиме другие линейные, угловые и/или скоростные эффекты, определяемые планировщиком движения, учитываются одновременно. Полная компенсация, состоящая из ширины пропила, угла пропила, запаздывания пропила и эффектов планировщика движения, применяется к кадру команды компонентом 170 .
Результирующий измененный путь и скорость могут быть сохранены по адресу 168 , и, при желании, сводный отчет, содержащий соответствующую информацию, относящуюся к процессу резки, также может быть сгенерирован и сохранен также по адресу 9.0003 168 , например, сколько времени потребовалось для резки заготовки. Следует отметить, что этот отчет может быть основан на смоделированной резке, потому что с учетом известной траектории резки и изменений динамической скорости можно оценить фактическое общее время резки или обнаружить другие проблемы до фактической резки. Однако, в дополнение или в качестве альтернативы, в режиме резки в реальном времени измененные данные пути и скорости передаются для выполнения контроллером движения , 148, .
Возвращаясь к траектории резания или инструмента 200 на РИС. 4, также может быть объяснена форма предоставляемой компенсации. Путь 200 определяется относительно некоторой базовой или командной системы координат 204 ; однако ввиду того, что по меньшей мере пять градусов управления движением определяют траекторию , 200, резания, также предусмотрены два градуса наклона (векторы нормали к поверхности).
Соответственно, как указано выше, заданные точки , 202, на траектории резки представлены (в качестве примера с пятью степенями управления) как (X, Y, Z, C, B).
В каждой точке траектории движения инструмента 200 проверяются соседние точки до и после рассматриваемой текущей точки для определения мгновенного вектора движения 206 в текущей точке (точка 202 A посредством пример). Мгновенный вектор движения 206 затем используется для определения поперечного сечения 208 выполняемого разреза (фиг. 1), которое ортогонально вектору мгновенного движения 206 , а также поперечное сечение по разрезу (фиг. 2), которое проходит по вектору мгновенного движения 206 . Таким образом, поправки Керфа вносятся относительно мгновенной системы координат в текущей позиции 202 A и переводятся обратно в исходную систему координат 204 как (X′,Y′,Z′,B′,C′), где эффект обратной связи по скорости 126 не предусмотрен или как (X″,Y″,Z″,B″,C″), когда присутствует эффект обратной связи по скорости 126 .
Компонент компенсации пропила 160 может также учитывать другие переменные процесса, отслеживаемые модулем мониторинга процесса 182 , такие как, помимо прочего, изменение диаметра отверстия по мере износа сопла (например, из-за времени «впрыскивания» ), скорость абразива, давление и т. д. Это показано сигнальной линией 180 , вход которой также может быть применен к узлу компенсации траектории 140 . Хотя это и не имеет прямого отношения к компенсации пропила, модуль 184 может использоваться для подачи сигнала о необходимости замены форсунки или о необходимости внимания к другим параметрам процесса.
Таким образом, некоторые аспекты, описанные в настоящем документе, включают компенсацию пропила в реальной пятимерной или более среде резки, компенсация которой может дополнительно включать динамическую компенсацию, основанную на ограничениях или желаемом движении сопла по другим причинам, помимо качества резки, а также заготовки, имеющие постоянно изменяющуюся толщину.