JP2021177350A - ガス流量解析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このモデルは、P0及びP9の2つの固定圧力点と内部の1から8の分岐圧力点を有していて、それ以外の分岐圧力点であるP1、P4およびP8が微小に変化した場合の各分岐点の圧力変動を求める。
流量Q ∝ SQRT(P1−P2) (1)
ボイラ系全体の圧力変動は、計算機によりヤコビアン行列を用いた行列演算と圧力と流量双方の収束演算を行って求める。
調整弁は液体、気体などの流体を通過させたり遮断したりする目的で使用される。
(別途、計算式には計算精度が高いIEC(国際電気標準会議)規格があるが、この式の計算はコンピュータを用いて行う必要がある。)
但し
Q : 最大流量(m3/hr) (15.6℃,101.3kPa・A)
G : 比重 (空気=1)
Tf : ガス温度(℃)
P1 : 1次側絶対圧力(kgf/cm2 abs)
P2 : 2次側絶対圧力(kgf/cm2 abs)
ΔP : P1−P2(kgf/cm2)
(2)式と(3)式が、係数287と290の微小な差異を除き一致することは明らかである。
流量Q=係数×SQRT((P1)2−(P2)2) (4)
但し、SQRT( )は( )内の数値の平方根を表す。(以下同様。)
タンクのガス圧力Pを、下記[数1]から求め、
[数1]
PV=XM×RC×T
(ここで P;ガス圧力、V;タンク容積、XM;ガス量、RC;ガス固有の定数、T;ガス温度)
タンクN,M間を結ぶガス管路に流れるガス流量を、下記[数2]から求める段階と、
[数2]
流量=流量係数×SQRT((タンクNのガス圧力)2−(タンクMのガス圧力)2)
[数1]で求められる前記複数タンクの中の各タンクのガス量XMの初期値を、各タンクのガス圧力、タンク容積、ガス固有の定数及びガス温度の初期値から求め、
[数2]で求められるNとMを結ぶガス管路に流れるガス流量係数の初期値を、タンクNとタンクMの間の初期流量、及び、タンクNとタンクMのガス圧力の初期値から求めて、変数値として変数メモリに代入する初期値設定段階と、
予め定められた演算時間(Δt)ごとに、各ガス管路に流れるガス流量の変化から、各ガス管路を結ぶタンクのガス量XMを求め、
[数1]に従い、複数タンクのガス圧力を求める段階と、を含み、
ガス管路のいくつかがアクチュエータを備え、アクチュエータの開度を設定する段階を更に含む、2系統以下のガス管路で従属接続される複数タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量を求めることを特徴とする。
また、アクチュエータをガス管路の任意の場所に設定し、アクチュエータ開度を全閉した場合の事故解析を行うことができる。
本発明の実施例は、ガスとして窒素ガスを用いる。以下窒素ガスを単にガスと呼ぶ。
演算時間を累積していくことにより、所定時間内の各タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量の変動を解析することができる。
[数1]
PV=XM×RC×T
ここで、
P;ガス圧力、V;タンク容積、XM;ガス量、RC;ガス固有の定数、T;ガス温度である。
[数2]
流量WA=AG(流量係数)×SQRT((タンク1の圧力)2−(タンク3の圧力)2)
[数3]
DXM=ガス管路に流れる今回のガス流量−ガス管路に流れるΔt前のガス流量
従って、演算時間刻みΔtごとのタンク内のガス量XMは下記[数4]で求められる。
[数4]
ガス量XM=前回のガス量XM+ガス流量の変化DXM×演算時間刻みΔt
ガス圧力P=(ガス量XM×ガス固有の定数RC×ガス温度T)/タンク容積V
処理フローは図2に示すメインルーチンと図3に示すサブルーチンからなる。
ここで、ガス管路A〜Dそれぞれの初期流量WA1、WB1、WC1、WD1は、計算式(2)、過去の類似システムの実測値、或いは稼働中のシステムの実測値を参考にして定めるものとする。
また、後の演算で用いられる初回演算時の前回ガス流出入量は、前回ガス流出量(WAA1)=WA1、前回ガス流出量(WBB1)=WB1、前回ガス流入量WDD=WC1+WD1として、所定のメモリー領域に記憶する。
また、ガス管路A、Bの流量係数AG、BGの初期値は、[数2]のパラメータにステップS3で設定した初期流量WA1,WB1及びガス圧力P1〜P3の初期値を用いて求める。これらの初期値は、演算後のデータ処理のため所定のメモリに記録される。
タンク1のガス量XM1=圧力P1×タンク容積V1/(定数RC×ガス温度T1)
タンク2のガス量XM2=圧力P2×タンク容積V2/(定数RC×ガス温度T2)
タンク3のガス量XM3=圧力P3×タンク容積V3/(定数RC×ガス温度T3)
流量係数AG=管路A流量(WA1)/SQRT(圧力(P1)2−圧力(P3)2)
流量係数BG=管路B流量(WB1)/SQRT(圧力(P2)2−圧力(P3)2)
とした後、ステップS4の初期値計算で求めた流量係数AG、BGを用い、タンク1から3及び、タンク2から3へのガス管路A,Bのガス流出量WAA1,WBB1(例えば毎秒当たり)を[数2]を用いて求める。
WAA1=AG(流量係数)×SQRT((圧力P1)2−(圧力P3)2)
WBB1=BG(流量係数)×SQRT((圧力P2)2−(圧力P3)2)
ガス流出変化量DXM1=今回ガス流出量(WAA1)−前回ガス流出量(WAA1)
ガス流出変化量DXM2=今回ガス流出量(WBB1)−前回ガス流出量(WBB1)
ここで、前回ガス流出量(WAA1)、前回ガス流出量(WBB1)は、前回演算時に同名称で記憶されたメモリ領域から読み出して用いる。初回演算時は、初期値として記憶された値を読みだして用いる。
そして、ここでの演算が終わると、今回ガス流出量(WAA1)、今回ガス流出量(WBB1)は、上記メモリ領域である前回ガス流出量(WAA1)、前回ガス流出量(WBB1)に記憶される。
ガス流出変化量はとりも直さずタンクのガス量変化量である。
ガス量の変化量DXM3=WCC−WDD
WCC=WAA1+WBB1
タンク1のガス量XM1=前回ガス量XM1+DXM1×演算時間刻みΔt
タンク2のガス量XM2=前回ガス量XM2+DXM2×演算時間刻みΔt
タンク3のガス量XM3=前回ガス量XM3+DXM3×演算時間刻みΔt
ガス圧力P1=(XM1×ガス固有のRC×ガス温度T1)/タンク容積V1
ガス圧力P2=(XM2×ガス固有のRC×ガス温度T2)/タンク容積V2
ガス圧力P3=(XM3×ガス固有のRC×ガス温度T3)/タンク容積V3
P1〜P3が≦0の場合、P1〜P3=0
P3≧P1の場合、P3=P1
P3≧P2の場合、P3=P2
このサブルーチンは、アクチュエータC、Dが設置されているガス管路C、Dの、タンク3からタンク4へ流入するガスの流入量の和WDD、及び、タンク4の圧力を求めることにある。
ついで流量係数CG、DGの初期値を、ガス管路C及びガス管路Dを介しタンク3からタンク4に流入する初期流量WC1、WD1及びガス圧力P3,P4の初期値を用いて[数2]から求める。これらの初期値は、演算後のデータ処理のため所定のメモリに記録される。
タンク4のガス量XM4=圧力P4×タンク容積V4/(定数RC×ガス温度T4)
流量係数CG=WC1/(0.8×SQRT((圧力P3)2−(圧力P4)2))
流量係数DG=WD1/(0.8×SQRT((圧力P3)2−(圧力P4)2))
なお、アクチュエータC、Dの開度(開度AKA,開度AKB)を変更する計算回数およびアクチュエータ開度は任意の数に設定可能である。
ガス流入量WCC1=CG×AKA×SQRT((圧力P3)2−(圧力P4)2)
ガス流入量WDD1=DG×AKB×SQRT((圧力P3)2−(圧力P4)2)
ガス流入量WDD=WCC1+WDD1
なお、WDDは戻り値としてメインルーチンへ返される。
ガス流入変化量DXM4=今回ガス流入量WDD−前回ガス流入量WDD
ここで、前回ガス流入量WDDは、前回演算時に同名称で記憶されたメモリ領域から読み出して用いる。初回演算時は、初期値として記憶された値を読みだして用いる。
そして、ここでの演算が終わると、今回ガス流入量WDDは、上記メモリ領域である前回ガス流入量WDDに記憶される。
ガス流入変化量はとりも直さずガス量変化量である。
タンク4のガス量XM4=前回ガス量XM4+DXM4×演算時間刻みΔt
ガス圧力P4=(XM4×ガス固有の定数RC×ガス温度T4)/タンク容積V4
P4≦0の場合 P4=0
P4≧P3の場合 P4=P3
また、ガス管路に装備する流量計、圧力計等の定格を定めるために用いることができる。
解析で得られるデータは、事故対策に役立たせることができる。
前記解析装置が、タンクのガス圧力Pを、下記[数1]から求め、
[数1]
PV=XM×RC×T
(ここで P;ガス圧力、V;タンク容積、XM;ガス量、RC;ガス固有の定数、T;ガス温度)
タンクN,M間を結ぶガス管路に流れるガス流量を、下記[数2]から求める段階と、
[数2]
流量=流量係数×SQRT((タンクNのガス圧力)2−(タンクMのガス圧力)2)
[数1]で求められる前記複数タンクの中の各タンクのガス量XMの初期値を、各タンクのガス圧力、タンク容積、ガス固有の定数及びガス温度の初期値から求め、
[数2]で求められるNとMを結ぶガス管路に流れるガス流量係数の初期値を、タンクNとタンクMの間の初期流量、及び、タンクNとタンクMのガス圧力の初期値から求めて、変数値として変数メモリに代入する初期値設定段階と、
前記解析装置が、予め定められた演算時間(Δt)ごとに、各ガス管路に流れるガス流量の変化を表す値DXMを、
DXM=ガス管路に流れる今回のガス流量−ガス管路に流れるΔt前のガス流量
により求め、
ガス量XM=前回のガス量XM+ガス流量の変化DXM×演算時間刻みΔt
により、各ガス管路を結ぶタンクのガス量XMを求め、
[数1]に従い、複数タンクのガス圧力を求めることを所定回数繰り返す段階と、を含み、
ガス管路のいくつかがアクチュエータを備え、前記解析装置がアクチュエータの開度を設定する段階を更に含む、2系統以下のガス管路で従属接続される複数タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量を求めることを特徴とする。
Claims (2)
- 2系統以下のガス管路で従属接続される複数タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量を求めるガス流量解析方法であって、
タンクのガス圧力Pを、下記[数1]から求め、
[数1]
PV=XM×RC×T
(ここで P;ガス圧力、V;タンク容積、XM;ガス量、RC;ガス固有の定数、T;ガス温度)
タンクN,M間を結ぶガス管路に流れるガス流量を、下記[数2]から求める段階と、
[数2]
流量=流量係数×SQRT((タンクNのガス圧力)2−(タンクMのガス圧力)2)
前記[数1]で求められる前記複数タンクの中の各タンクのガス量XMの初期値を、各タンクのガス圧力、タンク容積、ガス固有の定数及びガス温度の初期値から求め、
前記[数2]で求められるタンクNとタンクMを結ぶ各ガス管路に流れるガス流量係数の初期値を、タンクNとタンクMの間の初期流量、及び、タンクNとタンクMのガス圧力の初期値から求めて、変数値としてメモリーに記憶する初期値設定段階と、
予め定められた演算時間(Δt)ごとに、各ガス管路に流れるガス流量の変化から、各ガス管路を結ぶタンクのガス量XMを求め、
[数1]に従い、複数タンクのガス圧力を求める段階と、を含み、
ガス管路のいくつかがアクチュエータを備え、アクチュエータの開度を設定する段階を更に含む、2系統以下のガス管路で従属接続される複数タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量を求めることを特徴とするガス流量解析方法。 - 前記アクチュエータの開度を設定する段階において、前記アクチュエータを前記ガス管路の任意の場所に設定し、前記アクチュエータを全閉した場合の事故解析を行う、2系統以下のガス管路で従属接続される複数タンクのガス圧力及び、ガス管路に流れるガス流量を求めることを特徴とする請求項1に記載のガス流量解析方法。
Priority Applications (2)
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JP2020082785A JP6908758B1 (ja) | 2020-05-08 | 2020-05-08 | ガス流量解析方法 |
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JP2020082785A JP6908758B1 (ja) | 2020-05-08 | 2020-05-08 | ガス流量解析方法 |
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---|---|---|---|---|
JPH03209097A (ja) * | 1989-10-02 | 1991-09-12 | Robert M Pierson | 高圧のガスを圧力容器に迅速に充填する方法と装置 |
JP2011257999A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 数値解析装置及び要素生成プログラム |
JP2017041124A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 株式会社東芝 | シミュレーション装置およびシミュレーション方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019031371A1 (ja) * | 2017-08-07 | 2019-02-14 | 日本電気株式会社 | 状態分析装置、状態分析方法及び記録媒体 |
-
2020
- 2020-05-08 JP JP2020082785A patent/JP6908758B1/ja active Active
-
2021
- 2021-05-07 WO PCT/JP2021/017599 patent/WO2021225173A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
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JP2017041124A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 株式会社東芝 | シミュレーション装置およびシミュレーション方法 |
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