JPH06187321A - 圧縮性流体配管系シミュレータ装置 - Google Patents

圧縮性流体配管系シミュレータ装置

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JPH06187321A
JPH06187321A JP33409792A JP33409792A JPH06187321A JP H06187321 A JPH06187321 A JP H06187321A JP 33409792 A JP33409792 A JP 33409792A JP 33409792 A JP33409792 A JP 33409792A JP H06187321 A JPH06187321 A JP H06187321A
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JP
Japan
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pipe
network system
simulator device
pressure
volume
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JP33409792A
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English (en)
Inventor
Akiyoshi Nakajima
章喜 中島
Junichi Tanji
順一 丹治
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】多数の配管で構成された大規模な管路網系で圧
縮性流体を作動させるプラントにおいて、動特性解析処
理時間の短縮に関する改善方法を備えた、管路網系での
圧縮性流体の動特性を解析する配管系シミュレータ装置
を提供する。 【構成】多数の配管で構成された大規模な管路網系内の
動特性を解析するシミュレータ装置に、配管どうしの結
合部を、管路網系で結合部の体積が相対的に大きい第1
の配管結合部と、主配管から別の配管が分岐した結合部
のように、結合部の体積が相対的に小さい第2の配管結
合部とを考えることにより、管路網系全体を第1の配管
結合部を管路端として囲まれるサブ管路網系に分類する
という解析手順を含める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の配管で構成され
た管路網中の圧縮性流体の流れを予測するシミュレータ
装置に係り、特に、圧縮性流体を作動流体とした、大規
模な配管系の解析に好適なシミュレータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大規模な配管系システムは、火力発電プ
ラントやコジェネレーションシステム等がある。例え
ば、火力発電プラントでは、近年、その改良が進んでお
り、排熱ガス温度が高い高性能なガスタービンが採用さ
れている。そのガスタービンから出た排熱ガスを利用し
て蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンで利用する、
いわゆる、複合発電方式が実用化されている。この複合
発電方式の一つとして、複数のガスタービンから出た排
熱ガスを利用して蒸気を生成し、各々生成した蒸気を集
め、その蒸気を蒸気タービンで利用する多軸型複合発電
方式がある。このような複合発電方式を採用した火力発
電プラントでは、蒸気が通る管路網が従来よりも複雑化
するとともに、規模が大きくなる。したがって、複合火
力発電プラントをはじめとした、大規模な圧縮性流体配
管系プラントの設計効率を向上するためには、汎用的で
解析処理時間を短くする手段を採用したシミュレータ装
置が必要である。
【0003】大規模プラント用シミュレータ装置の動特
性解析処理時間の短縮化を図る従来技術として、特開昭
63−216163号公報がある。この従来技術は、プラントの
規模が大きくなるにともない、蒸気表,密度,比熱等の
物性値が膨大になることに注目し、動特性コード解析処
理に並行して、物性値の演算処理だけを独立して実行す
るようにシミュレータ装置を構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】複合火力発電プラント
は熱効率が高く、今後の火力プラントの主流になると考
えられる。また、火力発電では、電力需要に応じた、高
度な負荷追従運転を行う必要がある。したがって、火力
プラントの運転性能を精度良く、短時間で解析できる、
シミュレータ装置を提供することは非常に重要な課題で
ある。
【0005】また、プラントが大規模になると、動特性
解析処理時間それ自体が増大する恐れがある。従来技術
では、動特性コード解析処理に並行して、物性値の演算
処理だけを独立して実行するようにシミュレータ装置を
構成しているが、動特性コード解析処理そのものの時間
の短縮化に対する配慮が欠けている。
【0006】本発明は、上記のような背景のもとに、特
に、大規模な配管の管路網系で圧縮性流体を作動させる
プラントにおいて、動特性解析処理時間の短縮に関する
改善方法を備えた、管路網系での圧縮性流体の動特性を
解析するシミュレータ装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、管路網系の圧
縮性流体の流量計算を以下に示す対象のモデル化と動特
性計算手順に従うことを特徴とする。
【0008】(1)解析対象の管路網系で、配管と配管
を結合する部分を、2種類の配管結合部でモデル化す
る。即ち、管路網系で体積が相対的に大きい第1の配管
結合部(以下ボリューム)と、主配管から別の配管が分
岐した、体積が相対的に小さい第2の配管結合部(分岐
点)を用いて、管路網系をモデル化する。
【0009】(2)前記ボリュームを管路網の境界と考
えることで形成される管路網系をサブ管路網系と考え
て、解析対象の管路網系を複数のサブ管路網系の結合形
と考える。
【0010】(3)前記ボリュームの圧力計算用演算装
置で、前記ボリュームの圧力変化率を計算し、前記圧力
変化率を用いることで、前記サブ管路網系の境界条件で
ある前記ボリュームの圧力をすべて計算する。
【0011】(4)手順(3)で求めた圧力データを、
手順(2)で生成された各サブ管路網系の流量計算用演
算装置に送り、各サブ管路網系の管路の流量,分岐点の
圧力およびエンタルピ計算を同時に実行する。
【0012】(5)手順(4)で求めた流量およびエン
タルピのデータを、前記ボリュームの圧力計算用演算装
置に転送する。
【0013】(6)以下、手順(3)から(5)の手順
を解析したい終了時刻まで繰り返す。この計算手順に従
えば、ある時刻における、各サブ管路網系の圧縮性流体
の流量計算を同時に実行することができ、大規模な管路
網系の動特性解析処理時間を短縮化できる。
【0014】
【作用】まず最初に、本発明で解析する対象例を図2に
示す。図2は、火力複合発電プラントの水・蒸気管路網
系の概略を示すものである。復水器17から出た水は管
路18を経て、排熱回収ボイラ11に達し、各排熱回収
ボイラ11で蒸気に変わる。生成された蒸気は、各々の
圧力レベルに応じて、蒸気ドラム12を経て管路19を
通る。その後、各圧力レベルの蒸気ヘッダ13で各排熱
回収ボイラ11で生成された蒸気が合流し、蒸気タービ
ン14に達する。一方、蒸気ヘッダ13に至る前には、
管路の分岐部分15があり、制御弁16の開閉によっ
て、蒸気が復水器17へ抜けるようにバイパス系が設置
されている。
【0015】この対象例で、蒸気が通る配管の結合部
は、蒸気ドラム12や蒸気ヘッダ13を、体積が相対的
に大きい第1の配管結合部と、バイパス系の管路端にあ
たる分岐部分15を、体積が相対的に小さい第2の配管
結合部とに分類して考えることができる。
【0016】結合部において、圧縮性流体の圧力変化率
P/dtは、エネルギ保存式,質量保存式、および状態
方程式を連立させることで、次式で求められる。
【0017】
【数1】
【0018】数1の右辺第1項は、圧縮性流体の出入に
よる影響を表わし、右辺第2項は、熱輸送による影響を
表わす。数1より、圧力変化率は結合部の体積Vに反比
例する。即ち、結合部の体積が大きい第1の配管結合部
では、圧力変化率は小さいと考えられる。したがって、
第1の配管結合部では、数1で求められる圧力変化率を
用いて、圧力を近似的に計算することができる。このよ
うに圧力を求められる第1の配管結合部を体系の境界と
考えることで、全管路網系をいくつかのサブ管路網系に
分割することができる。したがって、サブ管路網系の境
界である第1の配管結合部全てについて、数1を用いる
ことで圧力を与えてやれば、分割して形成されたサブ管
路網系をそれぞれ並列に解くことができる。
【0019】図3に解析対象をモデル化した例を示す。
この例では、管路網1a,1b,1cと、第1の配管結
合部2a,2b,2c,2d,2eおよび第2の配管結
合部3a,3b,3cとで、解析対象の全管路網系をモ
デル化する。この例では、第1の配管結合部で囲まれた
サブ管路網系4a,4b,4cが合計三つ形成される。
シミュレータ装置では、各サブ管路網系に対応して演算
装置を設置することにより、各サブ管路網系の流量計算
を同時に処理することができる。したがって、多数の配
管で構成される大規模な管路網系の動特性解析では、解
析時間の短縮を図ることができる。
【0020】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。
【0021】図1は、本発明による管路平均流量の動特
性解析手順を示したものである。まず、ステップにお
いて、管路網系にあるすべての第1の配管結合部(ボリ
ューム)に対し、数1により圧力変化率dPl(n)/dt
を計算し、これを用いてボリューム圧力Pl(n+1)を計算
する。解析対象とする全管路網系は、サブ管路網系に分
割しておく。次に、ステップにおいて、各サブ管路網
系が必要とするボリューム圧力を各々に割り当てて、運
動量保存式および質量保存式を解くことで、サブ管路網
系内の各管路流量Wk(n+1)および分岐圧力PBj(n+1)
計算する。ステップで求まった流量は、次の時刻ステ
ップにおいて、ステップで求める圧力変化率を計算す
るのに用いる。
【0022】図4に動特性計算手順を適用したシミュレ
ーション装置の基本構成を示す。動特性コード演算装置
5は、ボリューム圧力を計算する境界圧力演算装置6
と、四つのサブ管路網系の流量および分岐圧力演算装置
7から構成される。境界圧力演算装置6では、サブ管路
網系の流量および分岐圧力演算装置7で計算される流量
およびエンタルピのデータを受け取り、ボリューム圧力
を計算する。計算したボリューム圧力のデータは、それ
ぞれ必要とされるサブ管路網系の流量および分岐圧力演
算装置7に引き渡し、流量および分岐圧力演算装置7
で、流量および分岐圧力を計算する。このようにして、
各サブ管路網系の動特性解析を並列して実行させること
により、解析処理時間を短縮することができる。
【0023】
【発明の効果】本発明によるシミュレータ装置を用いれ
ば、解析処理時間を短縮することができ、特に圧縮性流
体が流れる、多数の配管で構成された大規模な管路網系
を持つプラントの運転性能を解析するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の計算手順を示すフローチャート。
【図2】本発明のシミュレータ装置の解析対象例で、高
性能火力複合発電プラントの水・蒸気管路網系の系統
図。
【図3】本発明の計算方法を適用する時の、解析対象の
モデル化の例を示す説明図。
【図4】本発明の実施例で、シミュレータ装置の基本構
成を示す説明図。
【符号の説明】
1…管路網、2…第1の配管結合部、3…第2の配管結
合部、4…サブ管路網系、5…動特性コード演算装置、
6…境界圧力演算装置、7…流量および分岐圧力演算装
置。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮性流体が流れる多数の配管で構成され
    た大規模な管路網系内の動特性を解析するシミュレータ
    装置において、前記配管どうしの結合部を、前記管路網
    系で前記結合部の体積が相対的に大きい第1の配管結合
    部と、主配管から別の配管が分岐した結合部のように、
    結合部の体積が相対的に小さい第2の配管結合部とを考
    えることにより、前記管路網系全体を前記第1の配管結
    合部を管路端として囲まれるサブ管路網系に分類すると
    いう解析手順を含むことを特徴とする圧縮性流体配管系
    シミュレータ装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記各第1の配管結合
    部の圧力変化率を用いることにより、ある時刻の、前記
    各第1の配管結合部の圧力を1度にすべて計算する圧縮
    性流体配管系シミュレータ装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、計算したボリューム圧
    力のデータを複数の各サブ管路網系の流量計算用演算装
    置に転送し、前記演算装置を同時に実行させる圧縮性流
    体配管系シミュレータ装置。
JP33409792A 1992-12-15 1992-12-15 圧縮性流体配管系シミュレータ装置 Pending JPH06187321A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7096083B2 (en) 2002-07-29 2006-08-22 Hitachi, Ltd. Design support apparatus and method for supporting design of resin mold product
JP2007323510A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 流路網の計算方法
KR20190043775A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 현대자동차주식회사 유체의 유동 구현을 위한 시뮬레이션 방법
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