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一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510442303.3

申請日:

2015.07.24

公開號:

CN104992033A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150724|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國艦船研究設計中心
發明人: 程駿; 范則陽; 曹晨; 謝坤
地址: 430064湖北省武漢市武昌區紫陽路268號
優先權:
專利代理機構: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102 代理人: 胡建平
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510442303.3

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法,該方法包括以下步驟:對目前常規潛艇上主干電纜的敷設形式進行統計和分析歸類,確定4種典型的排列方式;確定影響電纜熱穩定性計算的主要參數;對4種典型的排列方式分別構建模型;模型采用ansys軟件建立電纜橫剖面模型,應用環狀分層,并設定電纜內分層處為節點,在節點施加輻射熱載荷,并將上述電纜的主要參數加載在節點上;根據建好的模型,采用預處理作為電纜長時工作的熱穩定性計算,后處理為短路電流沖擊時的熱穩定性計算,計算船用電纜的熱穩定性。本發明方法解決了手工計算容易出錯,需花費大量的人力和時間難以滿足實時性和準確性等問題。為常規潛艇主干電纜敷設施工設計提供了技術指導。

權利要求書

權利要求書
1.  一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法,其特征在于,包括以下步驟:
1)對目前常規潛艇上主干電纜的敷設形式進行統計和分析歸類,確定4種典型的排列方式,其余敷設形式均為4種典型的排列方式之一或其組合;所述4種典型的排列方式為正負交叉排列、正負交叉分層排列、正負雙向交叉水平分層排列、正負雙向交叉垂直分層排列;
2)確定影響電纜熱穩定性計算的主要參數為:電纜的截面、導體外徑、計算外徑、載流量、電阻系數、密度、比熱容和導熱系數。
3)對4種典型的排列方式分別構建模型;模型采用ansys軟件建立電纜橫剖面模型,應用環狀分層,并設定電纜內分層處為節點,在節點施加輻射熱載荷,并將上述電纜的主要參數加載在節點上;
4)根據建好的模型,采用預處理作為電纜長時工作的熱穩定性計算,后處理為短路電流沖擊時的熱穩定性計算,計算船用電纜的熱穩定性。

2.  根據權利要求1所述的方法,其特征在于,步驟4)中的計算具體如下:

4.  1)根據主干電纜設定熱穩定性分層模型;

4.  2)確認計算條件和工況;

4.  3)確定主干電纜排列方式;

4.  4)最大工況確認;

4.  5)采用ansys軟件建立仿真模型完成計算。

說明書

說明書一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法
技術領域
本發明涉及潛艇系統仿真技術,尤其涉及一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法。
背景技術
在常規潛艇電力系統的施工設計中,為保證電力系統的可靠性、安全性,確保全船電網穩定,進行電纜熱穩定性計算和分析是必要的。分析船用電纜在工作狀態的熱穩定性可為常規潛艇電纜的選擇提供依據或進行校驗。熱穩定性分析計算對常規潛艇安全性具有重要意義。
當前國內多采用手工計算和估算結合的方法來估算電纜熱穩定性,隨著設計工作的深入,手工計算已不能滿足實時性和準確性的要求,計算中遇到的困難主要為:
多根電纜的熱穩定性是一個互相影響的復雜關系。目前只能通過手工計算單根電纜熱穩定性,并進行簡單疊加來估算多根電纜的熱穩定性,準確度無法保證。
電纜熱穩定性的參數多且不同型號的電流參數不同,手工計算的方法工作量大。
綜上,手工計算不僅工作量大,其準確性也得不到保證。針對這些問題,用計算軟件來完成熱穩定性的計算工作必要而迫切。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷,提供一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種船用電纜熱穩定性仿真計算方法,包括以下步驟:
1)對目前常規潛艇上主干電纜的敷設形式進行統計和分析歸類,確定4種典型的排列方式,其余敷設形式均為4種典型的排列方式之一或其組合;所述4種典型的排列方式為正負交叉排列、正負交叉分層排列、正負雙向交叉水平分層排列、正負雙向交叉垂直分層排列;
2)確定影響電纜熱穩定性計算的主要參數為:電纜的截面、導體外徑、計算外徑、載流量、電阻系數、密度、比熱容和導熱系數。
3)對4種典型的排列方式分別構建模型;模型采用ansys軟件建立電纜橫剖面模型,應用環狀分層,并設定電纜內分層處為節點,在節點施加輻射熱載荷,并將上述電纜的主要參數加載在節點上;
4)根據建好的模型,采用預處理作為電纜長時工作的熱穩定性計算,后處理為短路電流沖擊時的熱穩定性計算,計算船用電纜的熱穩定性。
按上述方案,步驟4)中的計算具體如下:
4.1)根據主干電纜設定熱穩定性分層模型;
4.2)確認計算條件和工況;
4.3)確定主干電纜排列方式;
4.4)最大工況確認;
4.5)建立仿真模型完成計算。
本發明產生的有益效果是:本發明通過統計、對比、理論分析、研究常規潛艇熱穩定性的影響因素,由仿真模型描述,獲得熱穩定性的計算方法,解決了手工計算容易出錯,需花費大量的人力和時間難以滿足實時性和準確性等問題。為常規潛艇主干電纜敷設施工設計提供了技術指導。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明,附圖中:
圖1為主干電纜排列方式為正負交叉排列的示意圖;
圖2為主干電纜排列方式為正負交叉排列的示意圖;
圖3為主干電纜排列方式為正負交叉排列的示意圖;
圖4為主干電纜排列方式為正負交叉排列的示意圖;
圖5為單根主干電纜模型熱穩定性計算的圖例;
圖6為圖1排列方式仿真計算后的熱穩定性;
圖7為圖2排列方式仿真計算后的熱穩定性;
圖8為圖3排列方式仿真計算后的熱穩定性;
圖9為圖4排列方式仿真計算后的熱穩定性。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下結合實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明,并不用于限定本發明。
下面以我國一型單芯交聯聚乙烯絕緣交聯聚烯烴護套低煙無鹵阻燃艦用電力電纜為例,說明最大工況熱穩定性的仿真計算。
1)參數確定:
該電纜的參數如表1、表2所示。
表1 單芯JYJPJR/SC-1型電纜

表2 JYJPJR/SC-1型電纜導體及絕緣層參數

2具體計算。
1)根據主干電纜設定熱穩定性分層模型;
電纜結構分為多層,而通過分析確定可在熱穩定性模型中分兩層;
2)計算條件和工況確認;
相對主干電纜敷設長度,電纜直徑很小,因此可將電流模型取橫截面簡化為二維模型進行計算研究。
3)主干電纜排列方式確定;
主要為四種,如圖1~圖4。4種典型的排列方式為正負交叉排列、正負交叉分層排列、正負雙向交叉水平分層排列、正負雙向交叉垂直分層排列。
4)最大工況確認;
3臺機組的輸出電纜和蓄電池開關板輸出的電纜匯合在一起(如圖4排列),各個機組在正常工作,電纜達到額定負載后,輸出端短路或者1號熔斷器板短路時,電纜工作在極限條件下。故分別計算工況七(通氣管工況一級充電末期)1號機組輸出端短路、2號機組輸出端短路、3號機組輸出端短路和工況八(通氣管工況一級充電末期)1號熔斷器板短路后短路電流最大時的溫度分布。
如圖4排列方式時,1、2、6、7、11、12號電纜為1號機組電纜,3、4、8、9、13、14號電纜為2號機組電纜,5、10、15、20、25、30號電纜為3號機組電纜,其余電纜為蓄電池開關板輸出電纜。工況七(通氣管工況一級充電末期)當1、2、3號機組其中任一組機組輸出端短路時其單根電纜通過短路電流為28932A,同時另二組機組單根電纜通過短路電流為5626A,蓄電池開關板輸出電纜通過短路電流為4356A。工況八(通氣管工況一級充電末期)當1號熔斷器板短路時蓄電池開關板的電纜通過短路電流為13561A時,1、2、3號機組電纜通過短路電流為5969A。
5)建立仿真模型完成計算;
按照以上結果建立了仿真模型,計算結果如表3~表6:
表3 極限工況熱穩定性計算結果表(1號機組)

表4 極限工況熱穩定性計算結果表(2號機組)

表5 極限工況熱穩定性計算結果表(3號機組)

表6 極限工況熱穩定性計算結果表(1號板)

由結果可知,最大工況下經過計算電纜熱穩定性,電纜最熱的部位溫度約為77.533℃,不超過電纜本身允許的最高溫度,該電纜可在此種環境條件和敷設形式下長期穩定工作并承受最大工況下的極限條件。
應當理解的是,對本領域普通技術人員來說,可以根據上述說明加以改進或變換,而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。

關 鍵 詞:
一種 用電 熱穩定性 仿真 計算方法
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