專利名稱：一種實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的新型系統(tǒng)劃分方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能工程領(lǐng)域，涉及鍋爐性能計算(設(shè)計和校核計算)方法，尤其涉及劃分鍋爐水動力系統(tǒng)實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的方法。
背景技術(shù)：
鍋爐的性能計算包括鍋爐熱力計算、水動力計算、強(qiáng)度計算以及其他鍋爐輔助設(shè)備的計算。在水動力計算中，最關(guān)鍵的是流量分配的計算。因為分配特性直接影響到鍋爐運(yùn)行的安全。手工進(jìn)行鍋爐水動力計算的工作量非常大。隨著鍋爐容量的增大和參數(shù)的提高，系統(tǒng)類型更加多樣，水動力系統(tǒng)復(fù)雜程度急劇增加，手工計算耗時之大已不能滿足需要。
使用計算機(jī)進(jìn)行計算的高效性有目共睹，采用計算機(jī)來代替水動力的手工計算已成為趨勢。不少學(xué)者和單位都進(jìn)行過水動力計算程序的編制，但是現(xiàn)有的程序都是針對某一具體的鍋爐進(jìn)行的，鍋爐內(nèi)的水動力系統(tǒng)在編制前已經(jīng)確定。當(dāng)鍋爐水動力系統(tǒng)發(fā)生改變時，就必須重新編制計算程序?，F(xiàn)有的水動力計算程序都無法做到通用，主要因為無法對復(fù)雜的、布置靈活的鍋爐水動力系統(tǒng)采用統(tǒng)一的形式進(jìn)行描述。手工計算常采用繪制水動力特性曲線的簡化計算方法。計算機(jī)計算時，如果采用繪制水動力特性曲線的方法，曲線的疊加與計算回歸過程比較復(fù)雜和困難，并且當(dāng)出現(xiàn)水動力不穩(wěn)定時，曲線擬合會帶來很大的不準(zhǔn)確性，因此，計算機(jī)處理時常采用迭代法。當(dāng)采用迭代法計算時，必須針對不同的系統(tǒng)類型采用不同的迭代方法，如果出現(xiàn)了新的系統(tǒng)類型，則必須采用新的迭代算法。因此，系統(tǒng)類型的多樣性造成了計算機(jī)進(jìn)行鍋爐水動力計算非常復(fù)雜又不能實現(xiàn)通用。解決的辦法之一就是尋找一種系統(tǒng)劃分方法能將復(fù)雜多樣的水動力系統(tǒng)變得簡單統(tǒng)一，迄今為止，還沒有相關(guān)的專利。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述鍋爐水動力計算中的不足，本發(fā)明從簡化鍋爐水動力系統(tǒng)類型從而簡化計算出發(fā)，提出了一種實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的新型系統(tǒng)劃分方法。采用該方法，可以做到簡化鍋爐系統(tǒng)類型、便于計算機(jī)處理，提高鍋爐水動力計算的效率，縮短鍋爐設(shè)計制造的周期，為鍋爐水動力通用計算軟件的開發(fā)打下基礎(chǔ)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的新型系統(tǒng)劃分方法，其特征在于，該方法根據(jù)鍋爐水動力系統(tǒng)的水動力分配原則，在真實鍋爐水動力系統(tǒng)中添加虛擬部件，簡化鍋爐水動力系統(tǒng)類型，包括下列步驟1)對鍋爐水動力系統(tǒng)中的真實部件進(jìn)行編號。
對鍋爐水動力系統(tǒng)中的每個真實部件進(jìn)行編號，系統(tǒng)中的每個真實部件都具有唯一編號，計算時通過調(diào)用編號可以查找到每個真實部件。所述真實部件是指廣義部件，可以代表管屏、集箱、閥門、連接管、三通、汽水分離器、噴水減溫器等鍋爐中真實存在的任意形式的部件。
2)對鍋爐水動力系統(tǒng)劃分串并聯(lián)系統(tǒng)。
將鍋爐水動力系統(tǒng)劃分為簡單系統(tǒng)、一級系統(tǒng)、二級系統(tǒng)以及由以上三種系統(tǒng)組成的復(fù)雜串并聯(lián)系統(tǒng)。由相同的進(jìn)口集箱和相同的出口集箱連接的管組可以看作簡單系統(tǒng)；如果鍋爐上升系統(tǒng)的一組水冷壁并聯(lián)，并有同一引入、引出管，其受熱狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性各不相同，不能作為一個管組來處理，此時屬于一級并聯(lián)系統(tǒng)；由一個引入管與多個引出管連接而成的管組或由多個引入管與一個引出管連接而成的管組統(tǒng)稱為二級并聯(lián)系統(tǒng)，即采用集中引入、分散引出或分散引入、集中引出的結(jié)構(gòu)。
3)在鍋爐水動力系統(tǒng)中添加虛擬部件。
一般地，鍋爐水動力系統(tǒng)不僅由簡單系統(tǒng)和一級并聯(lián)系統(tǒng)組成，還包含有二級并聯(lián)系統(tǒng)或其他更復(fù)雜的系統(tǒng)，在適當(dāng)位置添加虛擬部件，并對虛擬部件進(jìn)行編號，虛擬部件的加入可以將二級并聯(lián)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一級并聯(lián)系統(tǒng)，或?qū)?fù)雜的嵌套系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為僅由多個一級并聯(lián)系統(tǒng)與簡單系統(tǒng)構(gòu)成的嵌套系統(tǒng)，虛擬部件相當(dāng)于集箱的作用，在計算鍋爐水動力時取虛擬部件的壓力降為零，使添加所述虛擬部件之后的系統(tǒng)與真實系統(tǒng)等價。
本發(fā)明所添加的虛擬部件的加入沒有改變真實系統(tǒng)的流量分配，僅對流量分配起輔助作用，可以簡化鍋爐系統(tǒng)類型、便于手工計算或計算機(jī)處理，提高鍋爐水動力計算的效率，縮短鍋爐設(shè)計制造的周期，并為鍋爐水動力通用計算軟件的開發(fā)打下基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
圖2是一個鍋爐真實水動力系統(tǒng)的示意圖。
圖3是圖2所示真實系統(tǒng)添加虛擬部件后的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)示意圖。
為了更清楚地理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實施例方式
參見附圖，圖1是本發(fā)明方法的流程圖，首先為鍋爐水動力系統(tǒng)中的真實部件進(jìn)行編號，然后將鍋爐水動力系統(tǒng)劃分為若干個串、并聯(lián)系統(tǒng)，接下來進(jìn)行判斷是否存在二級系統(tǒng) 如果是，則添加虛擬部件，將每個二級系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一級系統(tǒng)，否則即結(jié)束。
圖2為鍋爐真實水動力系統(tǒng)圖，圖3為添加虛擬部件后的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)圖。在圖2、圖3中部件1～16表示系統(tǒng)中真實存在的部件，圖3中部件17、18、19表示添加的虛擬部件。從圖2中可以看到，真實系統(tǒng)總體上是一個一級系統(tǒng)，記為系統(tǒng)1，系統(tǒng)1中既包含一個簡單支路，還嵌套三個二級系統(tǒng)，分別記作系統(tǒng)2、系統(tǒng)3與系統(tǒng)4。系統(tǒng)2與系統(tǒng)3并聯(lián)，系統(tǒng)4嵌套在系統(tǒng)3之內(nèi)。系統(tǒng)1由部件1～16組成，簡單支路由部件2、7和12組成；系統(tǒng)2由部件6、10、11、14和15組成；系統(tǒng)3由部件3、4、5、8、9和13組成；系統(tǒng)4由部件4、5和9組成。
可以看到，系統(tǒng)2的兩條支路(部件10、14組成的支路與部件15、11組成的支路)有共同的引出部件6連接，因此，在部件14、15和16之間添加一個虛擬部件19，可以使部件19與原系統(tǒng)2共同組成一個一級系統(tǒng)。系統(tǒng)3是兩條支路組成，一條支路為簡單支路(由部件3、8組成)，另一條支路中嵌套系統(tǒng)4，系統(tǒng)4為一個二級系統(tǒng)。在部件4、5與部件1之間添加虛擬部件18，可以使虛擬部件18與系統(tǒng)4共同組成一個一級系統(tǒng)。在部件3、18與部件1之間再添加虛擬部件17，可以使虛擬部件17與系統(tǒng)3共同組成一個一級系統(tǒng)，其中嵌套一個一級系統(tǒng)(由系統(tǒng)4轉(zhuǎn)化而成)。因此，分別在系統(tǒng)中添加虛擬部件17、18和19，可以將原系統(tǒng)1轉(zhuǎn)化為僅由簡單系統(tǒng)與一級系統(tǒng)串并聯(lián)或嵌套而成的系統(tǒng)。這樣，僅采用現(xiàn)有的針對一級系統(tǒng)的迭代算法就可以對轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)1進(jìn)行迭代求解，大大減少了系統(tǒng)的類型數(shù)，將系統(tǒng)的復(fù)雜性與靈活性對水動力計算的影響減小到了最低程度，使編制通用的鍋爐水動力計算程序成為可能。
添加虛擬部件后，雖然轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)的部件個數(shù)(真實部件與虛擬部件之和)比真實系統(tǒng)的部件個數(shù)要多，但是虛擬部件的壓力降取為零，它們的加入不影響整個系統(tǒng)的壓力降，因此也不會對計算造成任何負(fù)擔(dān)。根據(jù)鍋爐水動力系統(tǒng)的水動力分配原則，可以得到，添加的虛擬部件沒有改變原有系統(tǒng)的水動力分配結(jié)果，僅對流量分配起輔助作用，因此，添加虛擬部件之后的系統(tǒng)與原系統(tǒng)是等價的。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的新型系統(tǒng)劃分方法，其特征在于，該方法根據(jù)鍋爐水動力系統(tǒng)的水動力分配原則，在真實鍋爐水動力系統(tǒng)中添加虛擬部件，簡化鍋爐水動力系統(tǒng)類型，包括下列步驟1)對鍋爐水動力系統(tǒng)中的真實部件進(jìn)行編號對鍋爐水動力系統(tǒng)中的每個真實部件進(jìn)行編號，系統(tǒng)中的每個真實部件都具有唯一編號，計算時通過調(diào)用編號查找到每個真實部件，所述的真實部件是指廣義部件，代表管屏、集箱、閥門、連接管、三通、汽水分離器、噴水減溫器等鍋爐中真實存在的部件；2)對鍋爐水動力系統(tǒng)劃分串并聯(lián)系統(tǒng)將鍋爐水動力系統(tǒng)劃分為簡單系統(tǒng)、一級并聯(lián)系統(tǒng)、二級并聯(lián)系統(tǒng)以及由以上三種系統(tǒng)組成的復(fù)雜串并聯(lián)系統(tǒng)，其劃分原則是A.由相同的進(jìn)口集箱和相同的出口集箱連接的管組看作簡單系統(tǒng)；B.如果鍋爐上升系統(tǒng)的一組水冷壁并聯(lián)，并有同一引入、引出管，其受熱狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性各不相同，不能作為一個管組來處理，此時屬于一級并聯(lián)系統(tǒng)；C.由一個引入管與多個引出管連接而成的管組或由多個引入管與一個引出管連接而成的管組統(tǒng)稱為二級并聯(lián)系統(tǒng)，即采用集中引入、分散引出或分散引入、集中引出的結(jié)構(gòu)；3)在真實鍋爐水動力系統(tǒng)中添加虛擬部件鍋爐水動力系統(tǒng)不僅由簡單系統(tǒng)和一級并聯(lián)系統(tǒng)組成，還包含有二級并聯(lián)系統(tǒng)或其他更復(fù)雜的系統(tǒng)，在適當(dāng)位置添加虛擬部件，并對虛擬部件進(jìn)行編號，虛擬部件的加入可以將二級并聯(lián)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一級并聯(lián)系統(tǒng)，或?qū)?fù)雜的嵌套系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為僅由多個一級并聯(lián)系統(tǒng)與簡單系統(tǒng)構(gòu)成的嵌套系統(tǒng)，虛擬部件相當(dāng)于集箱的作用，在計算鍋爐水動力時取虛擬部件的壓力降為零，使添加所述虛擬部件之后的系統(tǒng)與真實系統(tǒng)等價。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)鍋爐水動力通用計算的新型系統(tǒng)劃分方法，提出了不對壓力降產(chǎn)生影響、只對流量分配起輔助作用的虛擬部件的概念，將復(fù)雜的鍋爐水動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一級系統(tǒng)的嵌套或一級系統(tǒng)的串并聯(lián)。采用該方法進(jìn)行鍋爐水動力計算時，對現(xiàn)有的鍋爐水動力系統(tǒng)類型或新的鍋爐水動力系統(tǒng)類型都可采用一級系統(tǒng)的迭代算法，而不必針對新的系統(tǒng)開發(fā)新的迭代算法，可以使鍋爐水動力系統(tǒng)的劃分簡單明了，提高鍋爐水動力計算的效率，使得開發(fā)通用的鍋爐水動力計算軟件成為可能。
文檔編號F22B35/00GK1741025SQ20051009600
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者車得福, 李燕, 姚明宇, 霍鎖善 申請人:西安交通大學(xué), 東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司