本文的第2部分将刊登在即将出版的《泵与系统。BETVICTOR体育官网
的两个工程师设计管道系统的首要任务包括在时间和预算。但这些都是次要的会议系统的设计要求。是否有反应的传热要求组件,系统流量要求供应,或水力坡降线(HGL)的要求,以避免高程问题,设计由需求定义。
在设计阶段,工程工作像拔产品规格、分级设备和确保一个保守的安全保证金占用大部分的设计过程。有限的时间压力的设计选择,常常给人留下管大小作为under-considered参数。
尽管管大小一般通知的基础设计(通知速度、压降、设备、配件成本),管大小通常不会得到应有的重视。任何偏差管大小基本上重置的工程工作从原始管大小、不同管大小可以耗时。然而,探索影响管道的大小对系统设计、操作和成本有可能提高一个优化的系统设计和方法。
为什么考虑管尺寸吗?
最近的趋势在设计已经开始看整体设计系统。虽然在效率也主要集中在性能改进,注意力开始转向提高系统设计。分析组件(比如泵、阀门和管道作为一个相关矩阵提供了许BETVICTOR体育官网多机会来改善系统的运行和效率。
例如,管道和泵之间的关系创造了许多经济权衡考虑。BETVICTOR体育官网而小管有较低的资本成本,更大的泵需要克服附加压力损失将花费更多的资本和长期运营成本(包括)。与此同时,一个更大的管更多的前期成本,但可以降低运营成本的泵不需要努力工作。即使在这个简单的例子中,很明显有一个点,一个完美的大小泵配上一个完美的大小管可以降低系统成本。这一点可以看出视觉在图像1。每一对泵管通知的基本设计要求,将每一个潜在的组件技术对在平等的基础上竞争。
如果一双完美的管道和泵存在对于任何设计要求,所有液压设计为什么BETVICTOR体育官网不追求最佳组合呢?最后期限。
历史的教训
了解系统设计达到了其当前状态,看看水力设计的历史。最早的祖先,有时还用今天,依赖于手工计算和手册。预先计算的水头损失的收集各种各样的管道尺寸和流量容易通知克服在泵的摩擦头大小。这些手册是有用的在时代电脑是大。
虽然手册是一个更好的选择手工计算摩擦水头损失,他们可以限制。例如,假设设计的所需流量翻倍,或用于初始的粘度大小是不准确的,或管扩展现有系统影响每个管道的摩擦损失。虽然一个工程师可以预见很多考虑,不考虑任何因素需要从手册执行新的计算新值。希望不改变计算,泵规范必须取消。这些不确定性设计输入要求保守设计利润,导致超大设备成本更多前期和成本。虽然遗憾的是看到一个控制阀控制一个超大号的泵,许多工程师宁愿支付额外成本的生活比建立一个系统,系统不能满足其需求。
努力设计一个系统,同时避免过度保守的(因此过于昂贵),难怪管大小设置并遗忘参数。任何改变管尺寸需要很多重复的努力,使潜在的储蓄和提高操作放在桌子上。
电子表格:假先知
有几个原因最年轻的工程师们从未见过液压手册:他们不灵活,占用宝贵的工程时间将价值观和他们可以导致过于保守的设计。幸运的是,所有最好的工程师利用计算器比尔盖茨可以提供:电子表格。
电子表格大小是一个流行的选择手册计算和做液压设计时是一个很好的选择。电子表格时提高计算灵活性通过自动更新结果输入参数变化,减少繁琐的计算时间。由于计算自动更新和遵循相同的基本形式,更容易更复杂的系统模型。如果一个工程师构建一个令人印象深刻的电子表格,它可以住在多年来作为标准。
然而,电子表格(和人类发展)远非完美。任何人曾经发现一个错误在计算表格可以同情的痛苦与细胞的细胞,公式,公式发现错误或错过了参考。这不仅故障排除需要时间远离分析和其他有价值的工程工作,但它也抛出质疑结果的可信度。电子表格再可视化结果困难,花费宝贵的工程时间得到结果为一种容易理解的形式。
而管尺寸比手更容易变化的电子表格计算,电子表格仍有其局限性。例如,电子表格必须为每个系统独立开发,提供机会引入误差。这些系统必须经常简单,避免了额外的迭代求解所需的旁路循环或冷却循环系统。在设计一个操作系统是很容易的,很难管理多样化的操作条件或探索扩展或增加摩擦的影响与电子表格。由于系统设计迭代,结果影响输入影响的结果。确保每个场景是使用相同的输入可以是自己的管理挑战。
建模软件的崛起
电子表格留出空间改善report-ready-result可视化,场景管理和整体输入的灵活性。有这个机会改善分析,多套房的流建模软件进入市场来消除这个差距。几乎每一个工程行业,采用流建模软件允许计算让开所以工程师可以关注的分析设计方案。
与计算管理分类,100 -管道系统建模的工作占了所有可能的操作条件。虽然是比以往更容易使排列设计,再次在管大小限制因素归结为时间。
了解管道尺寸优化的挑战,看一个例子。想象一下一个简单的系统与单管的两个水库之间的泵:
- 设计要求:流过管
- 限制:泵不能添加更多比X数量的头
- 管的候选人:标准ANSI钢从1/8英寸到18英寸(21选项)
- 目标:降低寿命周期成本超过五年
根据管道的范围大小,有超过441个独特的组合需要考虑。和之前一样,其中一个441组合系统的生命周期成本最小化。然而,依靠人类的判断和有限的工程时间探索每一个组合使手动优化不可能,不管建模工具的计算能力。
可以想象,管道尺寸优化的复杂性随着管道数量的增加呈指数增长。如图2所示,添加一个第三管增加了潜在的组合9261年,第四个管增加194481种组合,五分之一管进入数以百万计的组合。现在,一天100 -管模型的?指定的标准ANSI钢范围、100 -管道系统将有1 e130可能的组合。手工优化管尺寸为100 -管道系统就像寻找一根针haystack-a干草堆十duoquadragintillion组合。
共享的信念,“不要让完美成为不错的敌人,“难怪工程师不花时间优化管道尺寸。尽管如此,考虑一个适当大小的网络可以带来的好处。