1.本发明涉及船舶管道流量调控技术领域，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：
2.船舶管系是包含燃油、滑油、消防、冷却水等多个管网的集合，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，把相关散热设备运行过程中产生的多余热量带走，从而保证设备的正常运转。系统中需要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。
3.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。
4.目前，关于管网系统流量调控方面的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。
5.当前公开专利中，鲜有船舶冷却水系统流量分配调试方面的相关专利。船舶冷却水系统阀门通常只有开和关两种状态，当运行状态下阀门开关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；同时，部分换热设备需安装节流孔板装置，以避免设备内部流量过大。且工程中部分参数无法获知或无法准确获知，需进行预估。在现场调试过程中，由于管网复杂、设备和阀门众多，尤其是阀门开度和阻力系数的对应关系未知，易导致节流孔板配制不合理。而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水高精确度分配优化方法，在管网设计阶段进行流量调试。
技术实现要素：
6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统，首先，构建船舶冷却水系统的管网模型，求解在阀门阻力系数最小情况下的管路的第一流量值；接着，求解预设流量范围内的第一阀门开度，并将其应用于实际船舶管路
系统中，根据应用结果对现有的阻力系数-阀门开度曲线进行修正；最后，利用修正后的阻力系数-阀门开度曲线，计算出每个阀门对应阀门开度下的第四阀门阻力系数，并根据第四阀门阻力系数计算出各个节流孔板的参数。本发明提供的流量调试方法及系统，通过冷却水管网模型仿真进行高准确度的流量调试，合理化配置节流孔板，满足通往各个设备的管路冷却水流量需求，避免造成机械设备冷却不足或冷却过度，保证所有设备的运行温度要求，为缩短冷却水系统调试时间提供了有力保证。
7.为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，包括如下步骤：
8.s1：构建船舶冷却水系统的管网模型，所述管网模型内包括多种部件，所述多种部件中包括管路及阀门；
9.s2：设置所述管网模型内各个所述部件的数据参数及流体参数，并将所述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；
10.s3：根据所述数据参数及所述第一阀门阻力系数，计算出每段管路内的第一流量值；
11.s4：判断所述第一流量值是否符合预设流量要求，并由此得到每段管路内的第二流量值和每个阀门的第二阀门阻力系数；
12.s5：根据阻力系数-阀门开度曲线及所述第二阀门阻力系数，得到第一阀门开度；
13.s6：将所述第一阀门开度应用于实际船舶管路系统中，并根据应用结果对阻力系数-阀门开度曲线进行修正；
14.s7：利用修正后的阻力系数-阀门开度曲线，计算出每个阀门对应阀门开度下的第四阀门阻力系数，并根据所述第四阀门阻力系数计算出各个节流孔板的参数。
15.可选的，在步骤s4中，若所述第一流量值符合预设流量要求，则将所述第一流量值记为第二流量值，将所述第一阀门阻力系数记为第二阀门阻力系数；反之，将预设流量记为第二流量值，并根据所述第二流量值得到每个阀门的第二阀门阻力系数。
16.可选的，在步骤s4中，根据所述第二流量值得到每个阀门的第二阀门阻力系数包括：根据所述第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数，若试算求解成功，则得到所述第二阀门阻力系数；若试算求解失败，则对管网模型的管路系统进行调整，重复步骤s2～s4，直至得到所述第二阀门阻力系数。
17.可选的，步骤s6包括：
18.s61：将所述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；
19.s62：根据所述第三流量值与所述第二流量值获取执行阀门开度；
20.s63：计算所述执行阀门开度下的第三阀门阻力系数，并根据所述执行阀门开度和所述第三阀门阻力系数对阻力系数-阀门开度曲线进行修正。
21.可选的，在步骤s62中，若所述第三流量值与所述第二流量值相符，则所述第一阀门开度即为执行阀门开度；反之，则对阀门开度进行调整，直至所述第三流量值与所述第二流量值相符，此时的阀门开度值即为执行阀门开度。
22.可选的，在步骤s63中，通过设置在实际船舶管道系统中的压力传感器测量阀门前后压差，从而计算出所述第三阀门阻力系数。
23.可选的，在步骤s7中，计算节流孔板的参数包括：
24.根据所述第四阀门阻力系数、所述第一阀门阻力系数计算出节流孔板的阻力系数；
25.根据节流孔板的阻力系数计算出节流孔板的孔径。
26.本发明还提供一种流量调试系统，所述流量调试系统用于上述任一项所述的流量调试方法，包括：
27.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；
28.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，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；
29.流量计算模块，用于根据所述数据参数及所述第一阀门阻力系数计算每段管路内的第一流量值；
30.流量对比模块，用于将所述第一流量值与预设流量范围进行对比，以及将所述第三流量值与所述第二流量值进行对比；
31.阀门开度计算模块，用于计算所述第一阀门开度和所述第四阀门阻力系数。
32.可选的，所述流量对比模块中还包括：
33.判断模块，当对比出所述第一流量值处于预设流量范围内时，判断所述第一阀门阻力系数为第二阀门阻力系数；
34.试算模块，当对比出所述第一流量值处于预设流量范围外时，所述试算模块将预设流量记为第二流量值，并根据所述第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数。
35.可选的，所述流量调试系统还包括修正模块，用于根据所述执行阀门开度和所述第三阀门阻力系数对阻力系数-阀门开度曲线进行修正。
36.可选的，所述流量调试系统还包括节流孔板参数计算模块，用于根据所述第四阀门阻力系数、所述第一阀门阻力系数计算出节流孔板的阻力系数，再根据节流孔板的阻力系数计算出节流孔板的孔径。
37.本发明提供的用于船舶冷却水系统的流量调试方法及系统，至少具有以下有益效果：
38.本发明提供的流量调试方法通过冷却水管网模型仿真进行高准确度的流量调试，合理化配置节流孔板，满足通往各个设备的管路冷却水流量需求，避免造成机械设备冷却不足或冷却过度，保证所有设备的运行温度要求，为缩短冷却水系统调试时间提供了有力保证。
39.本发明所述的流量调试系统用于上述流量调试方法，同样具备上述技术效果。
附图说明
40.图1显示为为实施例一提供的用于船舶冷却水系统的流量调试方法流程图。
41.图2显示为实施例一中船舶冷却水系统的管网仿真图。
42.图3显示为实施例一提供的用于船舶冷却水系统的流量调试方法的操作步骤图。
43.图4a显示为实施例一中无阀门开度指示的阀门的流阻系数-阀门开度曲线图。
44.图4b显示为实施例一中有阀门开度指示的阀门的流阻系数-阀门开度曲线图。
45.图5显示为实施例一中节流孔板的结构示意图。
46.图6显示为实施例二提供的用于船舶冷却水系统的流量调试系统的示意图。
47.元件标号说明
[0048]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
管道
[0049]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
节流孔板
[0050]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
节流孔板孔
具体实施方式
[0051]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0052]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0053]
实施例一
[0054]
本实施例提供一种用于船舶冷却水系统的流量调试方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0055]
s1：构建船舶冷却水系统的管网模型，所述管网模型内包括多种部件，所述多种部件中包括管路及阀门；
[0056]
作为示例，构建船舶冷却水系统的管网模型，在本实施例中构建的管网模型如图2所示。该管网模型中包括多种部件，主要部件包括各个管路、管道附件(阀门、三通、弯头、异径等)以及各种设备。
[0057]
s2：设置所述管网模型内各个所述部件的数据参数及流体参数，并将所述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；
[0058]
如图3所示，获取冷却水系统管网的边界条件，该边界条件主要是指压力边界或者速度边界，并设置管网模型内的各个部件参数与流体参数，主要包括管路、管道附件参数、设备进出口参数、泵的性能曲线以及管内流体参数(密度、温度和压力)等。
[0059]
如图3所示，将管网模型内的所有阀门设置为全开状态，使得每个阀门对应的阻力系数最小，并将该最小阀门阻力系数记为第一阀门阻力系数。作为示例，截止阀、止回阀和闸阀的阀门最小阻力系数可以通过程序调取或者由表1获取。
[0060]
表1截止阀、止回阀和闸阀的阀门最小阻力系数
[0061][0062]
作为示例，蝶阀的最小阻力系数由公式(1)计算获得：
[0063][0064]
式(1)中：
[0065]
ξ——蝶阀最小阻力系数；
[0066]
g——重力加速度(9.81m/s2)；
[0067]
p2——局部阻力损失压头(pa)；
[0068]
v——流速(m/s)。
[0069]
s3：根据所述数据参数及所述第一阀门阻力系数，计算出每段管路内的第一流量值；
[0070]
作为示例，根据步骤s2中得到的各个部件的数据参数以及第一阀门阻力系数，采用applied flow technology、flowmaster等管网软件，或采用自主仿真软件进行迭代求解，获取各段管路的流量q，该流量值记为第一流量值。
[0071]
s4：判断所述第一流量值是否符合预设流量要求，并由此得到每段管路内的第二流量值和每个阀门的第二阀门阻力系数；
[0072]
作为示例，将第一流量值与预设流量范围进行对比，判断第一流量值是否符合预设流量要求。在本实施例中，如图3所示，预设流量范围介于2q
req
＞q＞1.2q
req
，其中q为实际流量值，q
req
为流量需求值。
[0073]
作为示例，当第一流量值符合预设流量要求时，第一阀门阻力系数即可作为第二阀门阻力系数，第一流量值即可作为第二流量值。
[0074]
作为示例，当第一流量值不符合预设流量要求时，将各管路的流量值设置在预设流量范围内，并将预设流量定义为第二流量值，根据第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数。具体地，将各管路阀门阻力系数设置为自变量，其最小值为阀门全开时的阻力系数，最大值设置为80，将各段管路流量(即目标变量)设置为2q
req
＞q＞1.2q
req
，进而对每个阀门的阻力系数进行求解。
[0075]
在一可选实施例中，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。
[0076]
在另一可选实施例中，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s2～s4，直至获取到每个阀门的第二阀门阻力系数。对管网模型的管路系统进行调整包括但不限于对应的管径调节、管路走势调节以及附件如泵等设备的更换等。
[0077]
作为示例，可以采用现有的商用软件进行试算。当管路中的流量q超过2q
req
时，就要把某个或者某些阀门的开度调小，并通过试算或者迭代的方式再次对q值进行计算，当计算的q值都能达到1.2q
req
～2q
req
时，则判断求解成功。如果无论如何调节阀门的开度，流量值均达不到这个预设流量范围，那么就需要调整管网系统，重复步骤s2～s4，直至流量值q达到预设流量范围，进而获取每个阀门的第二阀门阻力系数。
[0078]
s5：根据阻力系数-阀门开度曲线及所述第二阀门阻力系数，得到第一阀门开度；
[0079]
作为示例，根据步骤s4得到的第二阀门阻力系数，以及现有的阻力系数-阀门开度曲线获取第一阀门开度，若通过曲线无法查得对应阀门开度，则需要对对应管路进行调整。具体地，管路系统调整包括但不限于对应的管径调节、管路走势调节以及附件如泵等设备的更换等，然后重复步骤s2～s5。
[0080]
s6：将所述第一阀门开度应用于实际船舶管路系统中，并根据应用结果对阻力系数-阀门开度曲线进行修正；
[0081]
首先，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。作为示例，根据第一阀门开度输出执行，对现场阀门开度进行调整，当现场阀门有开度指示时，根据仿真计算输出的阀门开度(0-100％开度)进行调节；无开度指示时，为便于现场操作，进行1/4开度、1/2开度、3/4开度和全开时的调试指导即可。阀门开度调整完成后，读取记录相应管段的真实流量值qr，该真实流量值qr记为第三流量值。
[0082]
接着，根据第三流量值与第二流量值获取执行阀门开度。作为示例，若第三流量值与第二流量值相符，则第一阀门开度即为执行阀门开度；反之，操作人员现场对阀门开度进行调整，直至第三流量值与第二流量值相符，此时的阀门开度值即为执行阀门开度。
[0083]
最后，计算执行阀门开度下的第三阀门阻力系数，并根据执行阀门开度和第三阀门阻力系数对阻力系数-阀门开度曲线进行修正。作为示例，通过设置在实际船舶管道系统中的压力传感器测量阀门前后压差
△
p，从而计算出第三阀门阻力系数，具体的，根据公式对第三阀门阻力系数进行求解，公式中的
△
p为阀门前后压差，ρ为流体密度，v为流速，ξ为阻力系数。作为示例，通过多个阀门的执行阀门开度和第三阀门阻力系数的数据，对阻力系数-阀门开度曲线进行修正，如图4a或4b所示。需要说明的是，图4a和图4b中的流阻系数与阻力系数为同一概念，为了产生误解，在此进行说明。
[0084]
s7：利用修正后的阻力系数-阀门开度曲线，计算出每个阀门对应阀门开度下的第四阀门阻力系数，并根据所述第四阀门阻力系数计算出各个节流孔板的参数。
[0085]
首先，利用修正后的阻力系数-阀门开度曲线，获取每个阀门所需阀门开度下的第四阀门阻力系数。
[0086]
接着，根据第四阀门阻力系数、第一阀门阻力系数计算出节流孔板的阻力系数。一维管路局部阻力计算方法如公式(2)所示：
[0087]
ξa＝ξ ξ
orifice
ꢀꢀ
(2)
[0088]
式(2)中：
[0089]
ξa——有开度的阀门阻力系数，a为阀门开度：0-100％开度(或者：1/4开度、1/2开度、3/4开度和全开)；
[0090]
ξ——全开时阀门阻力系数；
[0091]
ξ
orifice
——对应节流孔板阻力系数。
[0092]
最后，根据节流孔板的阻力系数计算出节流孔板的孔径。作为示例，根据第四阀门阻力系数获取该管路中对应节流孔板阻力系数，从而计算并输出节流孔板的孔径。限于篇幅，此处仅使用有斜角类型的节流孔板举例说明，其结构如图5所示，图中节流孔板设置在管道内，节流孔板阻力系数和参数之间的关系如公式(3)所示：
[0093][0094]
式(3)中：
[0095]kup
——阻力系数；
[0096]aup
——节流孔板上游管道截面积；
[0097]adown
——节流孔板下游管道截面积；
[0098]aorifice
——节流孔板孔面积；
[0099]
其中，a
up
和a
down
为已知参数。
[0100]
需要说明的是，节流孔板还包括上下游有面积变化的、圆滑过渡的等多种类型，采用对应公式进行求解即可。
[0101]
实施例二
[0102]
本实施例提供一种流量调试系统，如图6所示，该流量调试系统包括管网模型构建模块、数据参数设置模块、流量计算模块、流量对比模块以及阀门开度计算模块，该流量调试系统用于实施例一提供的用于船舶冷却水系统的流量调试方法。
[0103]
作为示例，管网模型构建模块用于根据实际船舶管路系统构建仿真管网模型；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，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；流量计算模块用于根据数据参数及第一阀门阻力系数计算每段管路内的第一流量值；流量对比模块用于将第一流量值与预设流量范围进行对比，以及将第三流量值与第二流量值进行对比；阀门开度计算模块用于计算第一阀门开度和第四阀门阻力系数。
[0104]
作为示例，流量对比模块还包括判断模块和试算模块。当对比出第一流量值处于预设流量范围内时，判断模块判断第一阀门阻力系数为第二阀门阻力系数。当对比出第一流量值处于预设流量范围外时，试算模块将预设流量记为第二流量值，并根据第二流量值试算每个阀门的第二阀门阻力系数。
[0105]
作为示例，流量调试系统还包括修正模块，用于根据执行阀门开度和第三阀门阻力系数对阻力系数-阀门开度曲线进行修正。
[0106]
作为示例，流量调试系统还包括节流孔板参数计算模块，用于根据第四阀门阻力系数、第一阀门阻力系数计算出节流孔板的阻力系数，再根据节流孔板的阻力系数计算出节流孔板的孔径。
[0107]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。