一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统与流程

本发明涉及船舶管道流量调控，具体涉及一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统。

背景技术：

1、管路系统是船舶的重要组成部分，其中，船舶冷却水系统为全船提供冷却水，把设备运行过程中产生的多余有害的热量带走，从而保证设备的正常运转。系统中需要散热冷却的机械设备包括主、辅柴油机、滑油冷却器、淡水冷却器、轴系的轴承、空压机、冷凝器、空调等，其中以主机散热的量为最多。因此，船舶冷却水系统往往以主机的冷却管路为中心，与其他机械设备的冷却管路以及各种冷却附属设备共同构成，设备众多、管网复杂。

2、冷却水系统中各种设备所需散热的量往往存在差异，故而在决定冷却水流量分配时要充分考虑到冷却不足或冷却过度所带来的后果。如以主机为例，冷却不足将使部件受热过度，导致材料机械性能下降，产生热应力与变形，造成过度的磨耗甚至咬死而损坏。相反，冷却过度将使冷却水带走的热量过多，从而使主机经济性下降。使用含硫量较高的油料时，冷却过度会使气缸内形成硫酸而腐蚀缸壁及活塞。因此，冷却水系统的流量合理分配是十分重要的。

3、目前，关于管网系统流量调控方面已有公开专利主要集中于给排水管网、通风管网、供热管网、液冷管网等领域，如发明专利cn102278598b提供了一种大型管网流量分配试验方法，通过标定管网各通风支路的流量阻力特性曲线，依次放开最大流阻通风支路及最近支路，在各支路通风口处逐步加装限流环，控制各支路流阻为设计通风流量下的流阻，从而完成管网流量的分配。

4、鉴于实际冷却水系统中对阀门的大量使用，冷却水的高效调节可转化为对阀门的合理设置。然而，船舶冷却水系统阀门通常只有开和关两种状态，在系统运行中，当阀门开、关两种状态无法满足管网系统流量要求时，一般采用节流孔板调节压力，进而调节对应管路流量，以避免设备内部流量过大。因此，冷却水分配进一步转换为节流孔板几何尺寸的设定。

5、在现场调试过程中，由于管网复杂，当阀门全开时，节流孔板安装后其结构固定，只能通过不断更换节流孔板或现场修改孔板结构的方式调节孔径，以达到实际所需的管道流量。此调节过程需反复迭代，难度大、周期长，常常因孔径调节不当造成节流孔板报废，导致人工和物料的巨大浪费，故而急需一种船舶冷却系统高精确度优化设计及调试方法，在管网设计阶段进行流量调试。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统，以实现冷却水系统的流量的合理分配，实现高准确度的流量调试，避免造成机械设备冷却不足或者冷却过度。

2、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法，包括：

3、s1：构建船舶冷却水系统的管网模型，管网模型内包括多种部件，多种部件中包括管路及阀门；

4、s2：设置管网模型内各个部件的数据参数及管网内的流体参数，并将阀门的阻力系数设置为最小，此时阀门对应的阻力系数为第一阀门阻力系数；

5、s3：根据数据参数的设置值、流体参数的设置值、第一阀门阻力系数以及阀门全开时阻力系数-雷诺数的关系曲线，计算每段管路内的第一流量值及湍流强度值；

6、s4：将湍流强度值与预设湍流强度范围进行对比，判断湍流强度值是否处于预设湍流强度范围内；

7、s5：将湍流强度值处于预设湍流强度范围内时所对应的第一流量值与第一预设流量范围进行对比，判断第一流量值是否处于第一预设流量范围内，根据处于第一预设流量范围内的第一流量值获取每个阀门的第二阀门阻力系数；

8、s6：根据阻力系数-阀门开度曲线及第二阀门阻力系数，获取第一阀门开度；

9、s7：将第一阀门开度应用于实际船舶管路系统中，获取实际船舶管路系统中的流量值，记为第三流量值；

10、s8：计算第三流量值与第一阀门开度所对应的模型流量值之间的误差值，判断误差值是否处于预设误差范围；

11、s9：将处于预设误差范围内的第三流量值所对应的阀门开度作为最终执行阀门开度，或者继续判断第三流量值是否处于第二预设流量范围内，根据处于第二预设流量范围内的第三流量值所对应的阀门开度作为最终执行阀门开度。

12、可选地，在判断湍流强度值是否处于预设湍流强度范围内的步骤中，包括：

13、当湍流强度值处于预设湍流强度范围时，执行步骤s5；

14、当湍流强度值不处于预设湍流强度范围时，则对管网模型中的管段进行调整，并返回步骤s1。

15、可选地，在判断第一流量值是否处于第一预设流量范围内的步骤中，包括：

16、当第一流量值处于第一预设流量范围内时，第一阀门阻力系数即为第二阀门阻力系数；

17、当第二流量值未处于第一预设流量范围内时，将各管路的流量值设置在第一预设流量范围内，将设置在第一预设流量范围内的流量值定义为第二流量值，根据第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数。

18、可选地，在根据第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数的步骤中，包括：

19、若试算求解成功，则求解成功的每个阀门的阻力系数即为获取到的每个阀门的第二阀门阻力系数；

20、若试算求解失败，则需对管网模型的管路系统进行调整，重复步骤s1～s5，直至获取每个阀门的第二阀门阻力系数。

21、可选地，在判断误差值是否处于预设误差范围的步骤中，还包括：

22、当误差值处于预设误差范围内时，执行步骤s9；

23、当误差值不处于误差范围时，对管网模型内的管路、阀门及其他部件的数据参数进行修正，并重新执行步骤s1～s8，直至误差值处于预设误差范围内。

24、可选地，在判断第三流量值是否处于第二预设流量范围的步骤中，包括：

25、若第三流量值处于第二预设流量范围，则此时的第三流量值所对应的阀门开度为最终执行阀门开度；

26、若第三流量值不处于第二预设流量范围，则对管网模型中的管段进行调整，并返回步骤s1，直至第三流量值处于第二预设流量范围，以此时的阀门开度作为最终执行阀门开度。

27、可选地，在确定最终执行阀门开度之后，还包括：

28、在实际船舶管路系统中执行最终执行阀门开度，并获取实际阻力系数，并记为第三阀门阻力系数，同时获取雷诺数值；

29、根据最终执行阀门开度、第三阀门阻力系数及雷诺数值，对阻力系数-阀门开度-雷诺数曲线进行修正。

30、可选地，在实际船舶管路系统中执行最终执行阀门开度，并获取第三阀门阻力系数的步骤中，包括：

31、根据第三阀门阻力系数以及第一阀门阻力系数计算节流孔板的阻力系数；

32、根据节流孔板的阻力系数计算节流孔板的孔径参数；

33、根据调节实际船舶管路系统中的节流孔板的孔径参数执行最终执行阀门开度。

34、可选地，在获取第三阀门阻力系数的步骤中，包括：

35、通过设置在实际船舶管道系统中的压力传感器的压差读数计算第三阀门阻力系数。

36、可选地，在对阻力系数-阀门开度-雷诺数曲线进行修正之后，还包括：

37、采用修正后的阻力系数-阀门开度-雷诺数值曲线计算每个阀门对应阀门开度下的第四阀门阻力系数；

38、根据第四阀门阻力系数、第一阀门阻力系数计算节流孔板的阻力系数；

39、根据节流孔板的阻力系数计算节流孔板的孔径参数；

40、根据节流孔板的孔径参数对实际船舶管路系统中的节流孔板的孔径进行检验及修正。

41、本发明还提供一种流量调试系统，包括：

42、管网模型构建模块，用于根据实际船舶管路系统构建管网模型；

43、数据参数设置模块，用于设置管网模型中的各类部件的数据参数及管网内的流体参数，并将阀门的阻力系数设置为最小，此时阀门对应的阻力系数为第一阀门阻力系数；

44、计算模块，用于根据数据参数、流体参数及第一阀门阻力系数计算每段管路内的第一流量值及湍流强度值；

45、第一对比判断模块，用于将湍流强度值与预设湍流强度范围进行对比，判断湍流强度值是否处于预设湍流强度范围内；并将湍流强度值处于预设湍流强度范围内时所对应的第一流量值与第一预设流量范围进行对比，判断第一流量值是否处于第一预设流量范围内，根据处于第一预设流量范围内的第一流量值获取每个阀门的第二阀门阻力系数；

46、阀门开度计算模块，用于根据阻力系数-阀门开度曲线及第二阀门阻力系数，获取第一阀门开度；

47、误差计算模块，用于获取第三流量值与第一阀门开度所对应的模型流量值之间的误差值；

48、第二对比判断模块，用于判断误差值是否处于预设误差范围，当第三流量值处于预设误差范围内时，判断第三流量值是否处于第二预设流量范围内，根据处于第二预设流量范围内的第三流量值所对应的阀门开度作为最终阀门开度。

49、可选地，第一对比判断模块中还包括：

50、湍流强度对比判断模块，用于将湍流强度值与预设湍流强度范围进行对比，判断湍流强度值是否处于预设湍流强度范围内；

51、流量对比判断模块，将湍流强度值处于预设湍流强度范围内时所对应的第一流量值与第一预设流量范围进行对比，判断第一流量值是否处于第一预设流量范围内，根据处于第一预设流量范围内的第一流量值获取每个阀门的第二阀门阻力系数；

52、试算模块，当流量对比判断模块判断第一流量值不处于第一预设流量范围时，试算模块将各管路的流量值设置在第一预设流量范围内，将设置在第一预设流量范围内的流量值定义为第二流量值，根据第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数。

53、可选地，流量调试系统还包括：

54、阻力系数-阀门开度-雷诺数曲线修正模块，用于根据在实际船舶管路系统中执行最终执行阀门开度时获取的第三阀门阻力系数、最终执行阀门开度及雷诺数值，对阻力系数-阀门开度-雷诺数曲线进行修正；

55、节流孔板孔径参数计算模块，用于根据修正后的阻力系数-阀门开度-雷诺数曲线修正模块计算第四阀门阻力系数，根据第四阀门阻力系数、第一阀门阻力系数计算节流孔板的阻力系数，进而根据节流孔板的阻力系数计算节流孔板的孔径参数。

56、与现有技术相比，本发明所述的用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统至少具备如下有益效果：

57、相比于工程实践，当前公开专利中，船舶冷却水系统流量分配调试方面的专利存在较少，且多数管网仿真采用查表方式获取阀门全开时阻力系数，此处以截止阀为例，其全开时阻力系数如表1所示，阀门开度、流动状态和阻力系数的对应关系未知。而对于船舶冷却系统的精细化设计与仿真，需同时考虑阀门开度和流态对阀门阻力系数影响，进而让可靠的管网仿真结果结合节流孔板设计，为冷却系统设计及调试提供指导。

58、本发明所述的流量调试方法可在船舶冷却水系统管网设计阶段进行高精确度流量调试，保证各个管路满足流量需求，修正流阻系数/阀门开度/雷诺数曲线并进行阀门开度和阻力系数的求解，输出节流孔板孔径参数，为后期现场调试提供指导，在促进高精确度调试进程、提供冷却水管网优化设计方案、降低人工和物料成本等方面有着巨大优势。

59、本发明所述的流量调试系统应用于上述方法，同样地具有上述技术效果。