Способность пропускная kv: Пропускная способность

Содержание

Особенности расчета систем отопления с термостатическими клапанами


Термостатические клапаны для радиаторов по сравнению с ручными радиаторными клапанами имеют особенности при гидравлическом расчёте. Эти особенности связаны со спецификой работы клапана в системе отопления.


Эти клапаны управляются термочувствительным элементом (термоголовкой), внутри которого находится сильфонная ёмкость, заполненная рабочим телом (газ, жидкость, твёрдое вещество) с высоким коэффициентом объемного расширения. При изменении температуры воздуха, окружающего сильфон, рабочее тело расширяется или сжимается, деформируя сильфон, который, в свою очередь, воздействует на шток клапана, открывая или закрывая его (рис. 1).

Рис. 1. Схема работы термостатического клапана


Основной гидравлической характеристикой термостатического клапана является пропускная способность Kv. Это расход воды, который способен пропустить через себя клапан при перепаде давления на нем в 1 бар. Индекс «V» обозначает, что коэффициент отнесен к часовому объемному расходу и измеряется в м3/ч. Зная пропускную способность клапана и расход воды через него, можно определить потерю давления на клапане по формуле:

ΔPк = (V / Kv)2 · 100, кПа.

Регулирующие клапаны, в зависимости от степени открытия, имеют разную пропускную способность. Пропускная способность полностью открытого клапана обозначается Kvs. Потери давления на термостатическом радиаторном клапане при гидравлических расчетах, как правило, определяются не при полном открытии, а для определенной зоны пропорциональности – Xp.

Xp – это зона работы термостатического клапана в интервале от температуры воздуха при полном закрытии (точка S на графике регулирования) до установленного пользователем значения допустимого отклонения температуры. Например, если коэффициент Kv дан при Xp = S – 2, и термоэлемент установлен в такое положение, что при температуре воздуха 22 ˚С клапан будет полностью закрыт, то этот коэффициент будет соответствовать положению клапана при температуре окружающего воздуха 20 ˚С.

Отсюда можно сделать вывод, что температура воздуха в помещении будет колебаться в пределах от 20 до 22 ˚С. Показатель Xp влияет на точность поддержания температуры. При Xp = (S – 1) диапазон поддержания температуры внутреннего воздуха будет в пределах 1 ˚С. При Xp = (S – 2) – диапазон 2 ˚С. Зона Xp = (S – max) характеризует работу клапана без термочувствительного элемента.

В соответствии с ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», в холодный период года в жилой комнате оптимальные температуры лежат в пределах от 20 до 22 ˚С, то есть, диапазон поддержания температуры в жилых помещениях зданий должен быть 2 ˚С. Таким образом, для расчёта жилых зданий требуется выбор значений пропускной способности при Xp = (S – 2).

Рис. 2. Термостатический клапан VT.031

На рис. 3 показаны результаты стендового испытания термостатического клапана VТ.031 (рис. 2) с термостатическим элементом VТ.5000 с установленным значением «3». Точка S на графике это теоретическая точка закрытия клапана. Это температура, при которой клапан имеет настолько маленький расход, что его можно считать, практически, закрытым.

Рис. 3. График закрытия клапана VT.031 с термоэлементом VT.5000 (поз. 3) при перепаде давлений 10 кПа

Как видно на графике, клапан закрывается при температуре 22 ˚С. При понижении температуры воздуха, пропускная способность клапана увеличивается. На графике показаны значения расхода воды через клапан при температуре 21 (S – 1) и 22 (S – 2) ˚С.

В табл. 1 представлены паспортные значения пропускной способности термостатического клапана VТ.031 при различных Xp.

Таблица 1. Паспортные значения пропускной способности клапана VT.031







DN клапана

1/2»

Значение коэффициента

пропускной способности

Kv при Xp; м3

S – 1

0,35

S – 1,5

0,45

S – 2

0,63

S – 3

0,9

Kvs; м3

1,2

Клапаны испытываются на специальном стенде, показанном на рис. 4. В ходе испытаний поддерживается постоянный перепад давления на клапане равный 10 кПа. Температура воздуха имитируется при помощи термостатической ванны с водой, в которую погружается термоголовка. Температура воды в ванне постепенно повышается, при этом фиксируются расходы
воды через клапан до полного закрытия.

Рис. 4. Стендовые испытания клапана VT.032 на пропускную способность по ГОСТу 30815-2002

Кроме значений пропускной способности термостатические клапаны характеризуются таким показателем, как максимальный перепад давления. Это такой перепад давления на клапане, при котором он сохраняет паспортные регулировочные характеристики, не создает шум, а также при котором все элементы клапана не будут подвержены преждевременному износу.

В зависимости от конструкции, термостатические клапаны имеют различные значения максимального перепада давления. У большинства представленных на рынке радиаторных термостатических клапанов эта характеристика составляет 20 кПа. При этом, согласно п. 5.2.4 ГОСТ 30815-2002, температура, при которой клапан закроется, при максимальном перепаде давления, не должна отличаться от температуры закрытия при перепаде давления 10 кПа более чем на 1 ˚С.

Из графика на рис. 5 видно, что клапан VТ.031 при перепаде давления 10 кПа и уставке термоэлемента «3» закрывается при 22 ˚С.

Рис. 5. Графики закрытия клапана VT.031 с термоэлементом VT.5000 при перепаде давления 10 кПа (синяя линяя) и 100 кПа (красная линия)

При перепаде давления 100 кПа клапан закрывается при температуре 22,8˚С. Влияние дифференциального давления составляет 0,8 ˚С. Таким образом, в реальных условиях эксплуатации такого клапана при перепадах давления от 0 до 100 кПа, при настройке термоэлемента на цифру «3», диапазон температур закрытия клапана составит от 22 до 23 ˚С.

Если в реальных условиях эксплуатации перепад давления на клапане вырастет больше максимального, то клапан может
создавать недопустимый шум, а также его характеристики будут существенно отличаться от паспортных.

Из-за чего же происходит увеличение перепада давления на термостатическом клапане во время эксплуатации? Дело в том, что в современных двухтрубных системах отопления расход теплоносителя в системе постоянно меняется, в зависимости от текущего теплопотребления. Какие-то терморегуляторы открываются, какие-то – закрываются. Изменение расходов по участкам
приводит к изменению распределения давлений.

Для примера рассмотрим простейшую схему (рис. 6) с двумя радиаторами. Перед каждым радиатором установлен термостатический клапан. На общей линии находится регулирующий вентиль.

Рис. 6. Расчетная схема с двумя радиаторами

Допустим, что потери давления на каждом термостатическом клапане составляет 10 кПа, потери давления на вентиле – 90 кПа, общий расход теплоносителя – 0,2 м3/ч и расход теплоносителя через каждый радиатор – 0,1 м3/ч. Потерями давления в трубопроводах пренебрегаем. Полные потери давления в этой системе составляют 100 кПа, и они поддерживаются на постоянном уровне. Гидравлику такой системы можно представить следующей системой уравнений:

где Vо – общий расход, м3/ч, Vр – расход через радиаторы, м3/ч, kvв – пропускная способность вентиля, м3/ч, kvт.к. – пропускная способность термостатических клапанов, м3/ч, ΔPв – перепад давления на вентиле, Па, ΔPт.к – перепад давления на
термостатическом клапане, Па.

Рис. 7. Расчетная схема с отключенным радиатором

Предположим, что в помещении, где установлен верхний радиатор, температура увеличилась, и термостатический клапан полностью перекрыл поток теплоносителя через него (рис. 7). В этом случае весь расход будет идти только через нижний радиатор. Перепад давления в системе выразится следующей формулой:

где Vо′ – общий расход в системе после отключения одного термостатического клапана, м3/ч, Vp′ – расход теплоносителя через радиатор, в данном случае он будет равен общему расходу; м3/ч.

Если принять во внимание, что перепад давления поддерживается постоянным (равным 100 кПа), то можно определить расход, который установится в системе после отключения одного из радиаторов.

Потери давления на вентиле снизятся, так как общий расход через вентиль уменьшился с 0,2 до 0,17 м3/ч. Потери давления на термостатическом клапане наоборот вырастут, потому что расход через него вырос с 0,1 до 0,17 м3/ч. Потери давления на вентиле и термостатическом клапане составят:

Из приведенных расчетов можно сделать вывод, что перепад давления на термостатическом клапане нижнего радиатора при открытии и закрытии термостатического клапана верхнего радиатора будет варьироваться от 10 до 30,8 кПа.

Но что будет, если оба клапана перекроют движение теплоносителя? В этом случае потери давления на вентиле будут нулевыми, так как движения теплоносителя через него не будет. Следовательно, разница давлений до золотника/после золотника в каждом радиаторном клапане будет равна располагаемому напору и составит 100 кПа.

Если используются клапаны с допустимым перепадом давлений меньше этой величины, то клапан может открыться, несмотря на отсутствии реальной потребности в этом. Поэтому перепад давлений на регулируемом участке сети должен быть ниже
максимально допустимого перепада давления на каждом терморегуляторе.

Предположим, что вместо двух радиаторов в системе установлено некое множество радиаторов. Если в какой-то момент все терморегуляторы, кроме одного, закроются, то потери давления на вентиле будут стремиться к 0, а перепад давления на открытом термостатическом клапане будет стремиться к располагаемому напору, т.е., для нашего примера, к 100 кПа.

В этом случае расход теплоносителя через открытый радиатор будет стремиться к значению:

То есть в самом неблагоприятном случае (если из множества радиаторов открытым останется только один) расход на открытом радиаторе вырастет более чем в три раза.

Насколько же измениться мощность отопительного прибора при таком увеличении расхода? Теплоотдача Q секционного радиатора считается по формуле:

где Qн – номинальная мощность отопительного прибора, Вт, Δtср – средняя температура отопительного прибора, ˚С, tв – температура внутреннего воздуха, ˚С, Vпр – расход теплоносителя через отопительный прибор, n – коэффициент зависимости теплоотдачи от средней температуры прибора, p – коэффициент зависимости теплоотдачи от расхода теплоносителя.

Предположим, что отопительный прибор имеет номинальную теплоотдачу Qн = 2900 Вт, расчётные параметры теплоносителя 90/70 ˚С. Коэффициенты для радиатора принимаются: n = 0,3, p = 0,015. В расчётный период при расходе 0,1 м3/ч такой отопи-
тельный прибор будет иметь мощность:

Чтобы узнать мощность прибора при Vр’’=0,316 м³⁄ч необходимо решить систему уравнений:

Методом последовательных приближений получаем решение этой системы уравнений:

Отсюда можно сделать вывод, что в системе отопления при самых неблагоприятных условиях, когда все отопительные приборы, кроме одного, на участке перекрыты, перепад давления на термостатическом клапане может вырасти до
располагаемого напора. В приведенном примере при располагаемом напоре 100 кПа расход увеличится в три раза, при этом мощность прибора возрастёт всего на 17 %.

Повышение мощности отопительного прибора приведёт к увеличению температуры воздуха в отапливаемом помещении, что, в свою очередь, вызовет закрытие термостатического клапана. Таким образом, колебание перепада давления на термостатическом клапане во время эксплуатации в пределах паспортного максимального значения перепада является допустимым, и не приведет к нарушению в работе системы.

В соответствии с ГОСТ 30815-2002 максимальный перепад давления на термостатическом клапане определяется производителем из соблюдения требований бесшумности и сохранения регулировочных характеристик. Однако, изготовление клапана с широким диапазоном допустимых перепадов давления сопряжено с определенными конструктивными трудностями.
Особые требования так же предъявляются к точности изготовления деталей клапана.

Большинство производителей выпускают клапаны с максимальным перепадом давления 20 кПа.

Исключение составляют клапаны VALTEC VT.031 и VT.032 (клапан термостатический прямой) с максимальным перепадом давления 100 кПа (рис. 8) и клапаны фирмы Giacomini серии R401–403 с максимальным перепадом давления 140 кПа (рис. 9).

Рис. 8. Технические характеристики радиаторных клапанов VT.031, VT.032

Рис. 9. Фрагмент технического описания термостатического клапана Giacomin R403

Рис. 10. Фрагмент технического описания термостатического клапана

При изучении технической документации необходимо быть внимательным, так как некоторые производители переняли практику банкиров — вставлять мелкий текст в примечаниях.

На рис. 10 представлен фрагмент из технического описания одного из типов термостатических клапанов. В основной графе указано значение максимального перепада давления 0,6 бара (60 кПа). Однако в сноске есть примечание, что действительный диапазон работы клапана ограничен всего лишь 0,2 барами (20 кПа).

Рис. 11. Золотник термостатического клапана с осевым креплением уплотнителя

Ограничение вызвано шумом, возникающим в клапане при высоких перепадах давления. Как правило, это касается клапанов с устаревшей конструкцией золотника, в котором уплотнительная резинка просто крепится по центру заклепкой или болтом (рис. 11).

При больших перепадах давления уплотнитель такого клапана начинает вибрировать из-за неполного прилегания к золотниковой тарелке, вызывая акустические волны (шум).

Повышенный допустимый перепад давления в клапанах VALTEC и Giacomini достигнут за счёт принципиально иной конструкции золотниковых узлов. В частности, у клапанов VT.031 использован латунный золотниковый плунжер, «футерованный» эластомером EPDM (рис. 12).

Рис. 12. Вид золотникового узла клапана VT.031

Сейчас разработка термостатических клапанов с широким диапазоном рабочих перепадов давления является одной из приоритетных задач специалистов многих компаний.

    Исходя из изложенного, можно дать следующие рекомендации по проектированию систем отопления с термостатическими клапанами:

  1. Коэффициент пропускной способности термостатического клапана рекомендуется определять, исходя из допустимого диапазона температур обслуживаемого помещения. Например, для жилых комнат по ГОСТ 30494-2011 оптимальные пара-
    метры внутреннего воздуха находятся диапазоне 20–22 ˚С. Значение Kv в этом случае принимается при Xp = S – 2.

    В помещениях категории 3а (помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды) оптимальный диапазон температур 20–21 ˚С. Для этих помещений значение Kv рекомендуется принимать при Xp = S – 1.
  2. На циркуляционных кольцах системы отопления должны быть установлены устройства (перепускные клапаны либо регуляторы перепада давления), ограничивающие максимальный перепад давления таким образом, чтобы перепад давления на клапане не превысил предельного паспортного значения.

Приведем несколько примеров подбора и установки устройств, для ограничения перепада давления на участке с термостатическими клапанами.

Пример 1. Расчётные потери давления в квартирной системе отопления (рис. 13), включая термостатические клапаны, составляют 15 кПа. Максимальный перепад давления на термостатических клапанах равен 20 кПа (0,2 бара). Потери давления на коллекторе, включая потери на теплосчётчиках, балансировочных клапанах и прочей арматуре примем 8 кПа. В итоге перепад давления до коллектора составляет 23 кПа.

Если установить регулятор перепада давления или перепускной клапан до коллектора, то в случае перекрытия всех термостатических клапанов в данной ветке, перепад на них составит 23 кПа, что превышает паспортное значение (20 кПа). Таким образом, в данной системе регулятор перепада давления или перепускной клапан должен устанавливаться на каждом выходе после коллектора, и должен быть настроен на перепад 15 кПа.

Рис. 13. Схема к примеру 1

Пример. 2. Если принять не тупиковую, а лучевую систему поквартирного отопления (рис. 14), то потери давления в ней будут значительно ниже. В приведенном примере коллекторно-лучевой системы потери в каждой радиаторной петле составляют 4 кПа. Потери давления на квартирном коллекторе примем 3 кПа, а потери давления на этажном коллекторе – 8 кПа.

В этом случае регулятор перепада давления можно расположить перед этажным коллектором и настроить его на перепад 15 кПа. Такая схема позволяет сократить количество регуляторов перепада давления и существенно удешевить систему.

Рис. 14. Схема к примеру 2

Пример 3. В данном варианте используются радиаторные термостатические клапаны с максимальным перепадом давления 100 кПа (рис. 15). Так же как и в первом примере, примем, что потери давления в квартирной системе отопления составляют 15 кПа. Потери давления на квартирном узле ввода (квартирной станции) 7 кПа. Перед квартирной станцией перепад давления составит 23 кПа. В десятиэтажном здании общую длину пары стояков системы отопления можно принять порядка 80 м (сумма подающего и обратного трубопроводов).

Рис. 15. Схема к примеру

При средних линейных потерях давления по стояку 300 Па/м, общие потери давления в стояках составят 24 кПа. Отсюда следует, что перепад давления у основания стояков составит 47 кПа, что меньше максимально допустимого перепада давления на клапане.

Если установить регулятор на перепад давления на стояк и настроить его на давление 47 кПа, то даже когда все радиаторные клапаны, подключенные к этому стояку, закроются, перепад давления на них будет ниже 100 кПа.

Таким образом, можно существенно снизить стоимость системы отопления, установив вместо десяти регуляторов перепада давления на каждом этаже, один регулятор у основания стояков.

Автор: Жигалов Д.В.


© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010

Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя
и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Cv, Kv и Kvs. Пропускная способность Cv (flow coefficient — «коэффициент расхода») и пропускная способность Kv (flow factor — «фактор расхода»). Разница между Kv и Kvs.

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерное ремесло / / Падение давления, потери давления на трение.  / / Cv, Kv и Kvs. Пропускная способность Cv (flow coefficient — «коэффициент расхода») и пропускная способность Kv (flow factor — «фактор расхода»). Разница между Kv и Kvs.

Поделиться:   





Cv, Kv и Kvs. Пропускная способность Cv (flow coefficient — «коэффициент расхода») и пропускная способность Kv (flow factor — «фактор расхода»). Разница между Kv и Kvs.

Пропускная способность Cv (flow coefficient) и пропускная способность Kv (flow factor) используются обычно в качестве характеристки производительности регулирующих и запорных клапанов, кранов, задвижек, затворов, вентилей и т.п..

Cv — пропускная способность — устаревает, но встречается еще на 2020 год.

  • Cv — пропускная способность, определенная в дюймовых (имперских) единицах, как:
    • расход воды через клапан при температуре 60 oF в галлонах США/мин при перепаде давления на клапане 1 фунт/дюйм2

Kv — пропускная способность —  мировой стандарт на 2020 год.

  • Это метрический эквивалент Cv , определенный как:
    • Kv это расход воды при температуре 5 — 30 oC через клапан в м 3/час при перепаде давления на клапане 1 бар.

Соотношение между Cv и Kv:


Cv = 1.16 Kv  или Kv = 0.853 Cv   

K

v — пропускная способность vs Kvs  — пропускная способность —  в чем разница?

  • Kvs — пропускная способность полностью открытого клапана = полная пропускная способность единицы трубопроводной арматуры. Традиционно в индустрии, если расчет показал необходимую величину, равную Kv, то выбирают клапан с Kvs=1,3Kv.


Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:


Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.

Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

Коды баннеров проекта DPVA.ru
Начинка: KJR Publisiers

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.
Free xml sitemap generator

Коэффициентом пропускной способности (Kv) характеризуется пропускная способность задвижек, вентилей,.

..

Коэффициентом пропускной способности (Kv) характеризуется пропускная способность задвижек, вентилей, регулирующих клапанов и другой арматуры. Этот коэффициент обязательно указывается в технических характеристиках заводом-производителем, он определен по расходу среды м3/час, плотностью 1 000 кг/м3, при температуре 15 ℃ и перепаде давления 1 Бар.

Реальный коэффициент учитывает много факторов, в той или иной степени влияющих на сложность расчета и работу арматуру. Поэтому для более простого расчета и выбора арматуры по каталогу введено понятие Kvs.

Величина Kvs характеризует расход через арматуру в полностью открытом положении при перепаде давления в 1 Бар.

Величина Kv характеризует расход при любом другом положении. При расчете арматуры определяется коэффициент расхода Kv, а затем с учетом коэффициента 1,3производится подбор по каталогу.


Расчет коэффициента пропускной способности (м3/ч) производится по следующей формуле:

 


где:

Q – расход жидкости м3/ч;

Ρ – плотность жидкости кг/м3;

p1– входное давление, Бар абс.;

p2 – выходное давление Бар абс.;

Δp – перепад давления на клапане, Бар.

 

Величина абсолютного давления отличается от величины относительного на 1 Бар (величина одной атмосферы):


 При расчете следует учитывать условие возможного возникновения кавитации и проверить допустимый перепад давления:

 

Пропускная способность Cv (flow coefficient) и пропускная способность Kv (flow factor).

Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Инженерные приемы и понятия / / Падение (потеря) давления.  / / Пропускная способность Cv (flow coefficient) и пропускная способность Kv (flow factor).

Пропускная способность Cv (flow coefficient) и пропускная способность Kv (flow factor).

Пропускная способность Cv (flow coefficient) и пропускная способность Kv (flow factor) используются обычно в качестве характеристки производительности регулирующих клапанов.

C

v

Cv — пропускная способность, определенная в дюймовых (имперских) единицах, как:

  • расход воды через клапан при температуре 60 oF в галлонах США/мин при перепаде давления на клапане 1 фунт/дюйм2

 

K

v

Это метрический эквивалент Cv , определенный как:

  • Kv это расход воды при температуре 5 — 30 oC через клапан в м 3/час при перепаде давления на клапане 1 бар.

Соотношение между Cv и Kv:


Cv = 1.16 Kv  или Kv = 0.853 Cv   

Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.

TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Расчет расхода — калькулятор значений среды Bürkert

При правильном выборе типа и размеров клапана решающим фактором могут стать различные расчетные значения. Так с помощью значений коэффициента пропускной способности, расхода и параметров потери давления можно определить правильный клапан, отвечающий нужным требованиям и исполнениям. Рассчитайте эти значения с помощью нашего онлайн-калькулятора значений среды.

Bürkert Fluidik Rechner — бесплатное онлайн-приложение для расчета коэффициента пропускной способности

Хотите рассчитать коэффициент пропускной способности, расход или потерю давления на клапане? Наше бесплатное онлайн-приложение Fluidik Rechner поможет вам в этом! Выбирайте нужный вариант рабочей среды из множества других или указывайте свой собственный.

Далее

Коэффициент пропускной способности

Что означает коэффициент пропускной способности Kv

С 50-х годов XX века коэффициент пропускной способности (Kv) означает существующий нормированный показатель достижимого расхода среды, проходящей через клапан. Расчет коэффициента пропускной способности выполняется в соответствии с DIN EN 60 534, при этом коэффициент определяется в соответствии с директивами VDE/VDI 2173 в результате измерения воды при потере давления ок. 1 бар и температуре 5–30 °C. Результат показывается в м3/ч.

Кроме того, этот коэффициент клапана соответствует только определенному ходу клапана, т. е. определенной степени открытия. Таким образом, количество коэффициентов пропускной способности клапана соответствует количеству установочных ступеней. Следовательно, открывающий/закрывающий клапан имеет только один коэффициент пропускной способности, а регулирующие клапаны имеют коэффициенты пропускной способности для каждого положения. Коэффициент для максимального хода 100 % является коэффициентом пропускной способности.

Разница значений Cv и Kv

Часто американская единица измерения значения пропускной способности (Cv) указывается в галлонах/мин (американский галлон в минуту), поэтому она не равна коэффициенту пропускной способности. Существуют следующие формулы пересчета.

Kv = 0.857 * Cv 

Cv = 1.165 * Kv

Формулы для расчета коэффициентов пропускной способности для различных агрегатных состояний

Расчет Kv для жидкостей

Чтобы рассчитать коэффициент пропускной способности для жидкостей, требуется знать расход в л/мин или м3/ч, плотность рабочей среды перед клапаном и потерю давления при прохождении через клапан, т. е. разность давления на входе и обратного давления.

Q = объемный расход, в м33
Δp = потеря давления, в бар
ρ = плотность жидкости, в кг/м3

Расчет Kv для газов

При расчете для газов следует различать докритический и надкритический режим потока. Докритический режим означает, что давление на входе и обратное давление клапана определяют расход. Чем выше обратное давление, т. е. давление за клапаном (p2), тем меньше объемный расход.

Надкритический режим означает, что расход зависит только от давления на входе, причем в данном случае возникает эффект расхода Chokings (запирания). При этом при большом перепаде давлений (Δp > p1/2) в самом узком поперечном сечении клапана теоретически возникает скорость звука. Ускоряющаяся при потере давления рабочая среда не может при этом протекать быстрее скорости звука (1 Мах) даже в случае дальнейшего понижения обратного давления. Для газов стандартный расчет выполняется при 1013 гПа и 0 °C с QN как номинальный расход и ρN как номинальная плотность. При этом следует учитывать температурное влияние.

Расчет при докритическом потоке (дозвуковая скорость)
Расчет при надкритическом потоке (звуковая скорость)

p1 = давление на входе, в бар
p2 = обратное давление, в бар
Δp = потеря давления, в бар
QN = объемный расход, станд., B M3
ρN = плотность, станд., в кг/M 3
T = абсолютная температура перед клапаном, в К

Структура измерения для расчета коэффициента пропускной способности клапанов

Приведенное ниже изображение показывает структуру измерения для определения коэффициента пропускной способности при данной потере давления. При этом 1 — это образец для испытаний, т. е. проверяемый клапан, а 2 — расходомер. В опытной установке есть, кроме того, точки измерения для давления на входе (3) и обратного давления (4), а также клапан регулировки расхода (5). Наконец, для измерения газообразных сред подключен прибор для измерения температуры (6).

1 Образец для испытаний
2 Расходомер< br />3 Манометр: давление перед клапаном (давление на входе)
4 Манометр: давление за клапаном (обратное давление)
5 Клапан регулировки расхода
6 Прибор для измерения температуры

Интенсивность расхода

Что значит интенсивность расхода Q?

Другим коэффициентом технологии сред является расход, называемый также объемным расходом или объемным потоком. Он показывает объем среды, проходящей через клапан за определенную единицу времени.

Чтобы рассчитать расход жидкости, требуется знать коэффициент пропускной способности, плотность рабочей среды и перепад давлений между давлением на входе и обратным давлением. Указанные компанией Bürkert рабочие среды — это, например, кислород, углекислый газ или этан. Здесь уже заложена соответствующая плотность, а перепад давлений рассчитывается автоматически, поэтому требуется заполнить только поля коэффициента пропускной способности, а также давления на входе и обратного давления.

Формулы для расчета объемного потока для различных агрегатных состояний

Расчет расхода для жидкостей

Расход рассчитывается по следующей формуле.

Q = расход
Kv = коэффициент пропускной способности, в м 3
Δp = потеря давления, в бар
ρ = плотность, в кг/м3

Расчет расхода для газов

Для стандартного расхода газа тоже требуется коэффициент пропускной способности, а также номинальная плотность, давление на входе, обратное давление и температура рабочей среды. Кроме того, здесь также следует различать докритический и надкритический режим потока.

Расчет при докритическом потоке
Расчет при надкритическом потоке

p1 = давление на входе, в бар
p2 = обратное давление, в бар
Δp = потеря давления, в бар
Kv = коэффициент пропускной способности, станд., в м 3
ρN = плотность, станд., в кг /M3
T = температура перед клапаном, в К

Потеря давления при проходе через клапан

Как рассчитывается потеря давления при проходе через клапан

Потеря давления означает разность давления рабочей среды на входе перед клапаном и обратного давления за клапаном. Этот показатель измерения касается потери энергии среды при прохождении через клапан, результат показан в барах. Для расчета потери давления для жидкости требуется коэффициент пропускной способности, плотность жидкости и расход. Ниже приводится формула для расчета.

Формулы для расчета падения давления для различных агрегатных состояний

Расчет потери давления для жидкостей

ρ = плотность, в кг/м 3
Q = объемный расход, в м 3
Kv = коэффициент пропускной способности, в м3

Расчет потери давления для газов

При расчете газообразной рабочей среды следует различать докритический и надкритический режим потока. При этом требуются следующие значения: коэффициент пропускной способности, номинальный расход при 1013 гПа и 0 °C, а также номинальная плотность, обратное давление и температура рабочей среды.

Расчет при докритическом потоке
Расчет при надкритическом потоке

p1 = давление на входе, в бар
p2 обратное давление, в бар
ρN = плотность, в кг/м3
T = температура, в К
QN = объемный расход, станд. , в м3
Kv = коэффициент пропускной способности, в м3

 

Выберите из множества существующих рабочих сред (бром или неон), которые уже заложены вместе с плотностью, или создайте другую рабочую среду. При этом требуется указать только плотность и агрегатное состояние среды. При введении необходимых данных для нужного значения в фоновом режиме уже работает онлайн-калькулятор значений среды, который наряду с результатом в верхнем правом окне автоматически показывает промежуточные результаты.

Начните расчет!

Хотите рассчитать другие материалы, например водяной пар или специальные условия расхода с очень ограниченным расходом или повышенной вязкостью? Или вы ищете клапан управления процессом, который идеально подходит для ваших требований? В этом случае воспользуйтесь нашим инструментом для конфигурации клапанов, разработанным специально для выбора клапанов управления процессом. Сконфигурируйте клапан сейчас!

 

Как рассчитать регулирующий клапан и его пропускную способность

Встречали в описании регуляторов давлений следующую рекомендацию: «Не следует подбирать типоразмер клапана по диаметру трубопровода, используйте значение Kvs»? Эта надпись есть практически в любой технической документации на регулирующие клапаны, а также сайтах компаний, занимающихся их продажей.  

Вот только, что это за значение Kvs и достаточно ли его для подбора регулятора, практически никто не объясняет. Эта статья поможет вам разобраться, как правильно рассчитать типоразмер любого регулирующего клапана.     

В большинстве случаев подобрать регулятор давления под конкретное применение можно без привлечения специалистов. Точный расчет параметров арматуры потребуется для систем, где необходимо высокое качество регулирования или есть особые требования к ее работе, например, ограничения по уровню шума. 

Основным параметром, по которому выбирается регулятор давления, является его пропускная способность или то самое значение Kvs. Как его рассчитать и что еще нужно учесть при выборе регулирующего клапана расскажет Андрей Шахтарин, директор компании «ВТК-Велес».  

Определение пропускной способности клапана

Kvs, которая указывается в технической документации регулятора давления, — это пропускная способность полностью открытого клапана. Производители обычно указывают диапазон значений Kvs min— Kvs max, в котором работает устройство. Ваша задача определить необходимую пропускную способность клапана, при которой на заданном расходе будет обеспечено необходимое понижение давления пара, газа или жидкости при его прохождении. 

Для каждого типа теплоносителя используется своя формула, учитывающая физические характеристики рабочей среды и перепад давления на входе и выходе:   

 

, где:

P1 — давление на входе регулятора, бар;

P2 — давление на выходе регулятора, бар;

∆P — перепад давления, бар;

t1 — температура среды на входе, oC;

Q — расход для жидкости, м3/ч;

QN — расход для газов при нормальных условиях, нм3/ч;

G — расход для водяного пара, кг/ч;

ρ — плотность жидкости, кг/м3;

pN — плотность газов при нормальных условиях, кг/нм3.

При расчетах учитывайте, что в формуле используется избыточное давление. 

Расчетная Kv не учитывает все факторы, влияющие на работу устройства, так что про запас к полученному значению рекомендуется добавить 30%. Поэтому Kv умножаем на коэффициент 1,3 и только после этого подбираем клапан с самым близким значением Kvs max

Однако на этом подбор регулятора давления не заканчивается. Рекомендуется учесть еще несколько показателей, если вы хотите, чтобы: 

  • технологические процессы регулировались более точно;

  • клапан во время работы не шумел и не «хлопал»; 

  • при эксплуатации регулятора не было особых проблем с кавитацией и, как следствие, эрозионным износом его элементов;

  • повысилась безопасность производственных процессов;

  • сократились расходы на техобслуживание системы.  

Для нормальной эксплуатации регулирующего клапана важны следующие факторы.

Условный диаметр клапана

Помните рекомендацию в начале статьи? Она рабочая — регуляторы давления действительно никогда не подбираются по диаметру трубопровода. Однако придется рассчитать условные параметры подводящей линии. Особенно это касается редукционного клапана, который обязательно устанавливается с обвязкой (об этом мы писали в этой статье). Для определения диаметра используем следующую формулу:

   , где

w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;

Q — рабочий объемный расход среды м3/ч;

d — диаметр трубопровода, м.

Регулятор может иметь диаметр на одну-две ступени меньше полученного значения. Если подобрать подходящий регулирующий клапан нет возможности, допустимо выбрать модель с более низкой пропускной способностью Kvs

Условное давление 

Этот параметр определяет допустимое рабочее давление для арматуры при нормальной температуре (20oC). При нагреве механические свойства и эксплуатационные характеристики конструкционных материалов снижаются. Поэтому реальное допустимое давление для арматуры будет ниже. Насколько измениться значение зависит от материала изготовления клапана. В приведенной таблице приведена зависимость максимального рабочего давления от температуры для серого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали. 

Риск возникновения кавитации 

При больших перепадах давления это одна из самых больших проблем, приводящая к быстрому выходу из строя клапана. Особенно сильно эффект проявляется при использовании регуляторов давления пара после себя. Проверить возможность возникновения кавитации можно  по формуле:

, где

P1 – давление на входе регулятора, бар;

∆P – перепад давления на клапане, бар.

Кавитация возникнет, если условие соблюдается.  

Уровень шума

Регулирующий клапан будет шуметь и хлопать, если скорость среды, проходящей по трубопроводам будет выше рекомендуемой. Рассчитать фактическую скорость можно по формуле: 

, где

w – скорость потока среды, м/c;

Q – рабочий объемный расход среды м3/ч;

d – диаметр трубопровода, м.

Рекомендуемые скорости для всех типов сред приведены в таблице.

Снизить уровень шума можно, установив клапан в специальном исполнении или смонтировав виброкомпенсаторы на участках до и после регулятора. 

Допустимый перепад давления на клапане

Для ряда регуляторов давления пара после себя ограничено отношение входного давления к выходному, так как при превышении перепада давления клапан не сможет закрыться. При выборе такого устройства можно не беспокоиться о кавитации — ограничение по этому параметру ее полностью исключает. 

Соблюдение перечисленных рекомендаций поможет вам выбрать оптимальную модель регулирующего клапана, который будет не только эффективно, но и долго работать. Также вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам — мы ответим на все ваши вопросы и поможем подобрать подходящий регулятор. Связаться с нами можно любым удобным способом. 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ СВЯЗИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ СВЯЗИ
НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯ

Научная статья

Кузнецов О. Н.1, Аверьянов Д.А.2, *, Зуев А.И.3, Булатов Р.В.4,
Бурмейстер М.В.5, Антаненков А.А.6

2 ORCID: 0000-0002-0836-3135;

3 ORCID: 0000-0002-1853-3222;

5 ORCID: 0000-0002-8787-7299;

1, 2, 3, 4, 6 НИУ «МЭИ», Москва, Россия;

5 ГИМ ИТС ЦИУС АО «НТЦ ФСК ЕЭС», Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (averianov_98[at]mail. ru)

Аннотация

В статье рассмотрено влияние пропускной способности межсистемной связи на динамическую устойчивость энергообъединения, состоящего из двух энергосистем. В рамках работы разработаны и исследованы различные варианты исполнения межсистемной связи, для которых были определены максимально допустимые перетоки активной мощности и проанализированы электромеханические переходные процессы при нормативных возмущениях. Опыты были проведены в трёх различных режимах работы электропередачи.

На основе проведённого исследования сделано заключение о влиянии пропускной способности межсистемных связей, их режимов и состава генерации на динамическую устойчивость энергообъединения в целом.

Ключевые слова: динамическая устойчивость, межсистемные связи, переходные процессы в электроэнергетической системе, пропускная способность, энергообъединения.

RESEARCHING THE INFLUENCE OF INTERCONNECTION TRANSMISSION CAPACITY
ON INTERCONNECTED POWER UTILITIES STABILITY

Research article

Kuznetsov O. N.1, Averianov D. A.2, *, Zuev A. I.3, Bulatov R. V.4,
Burmeister M. V.5, Antanenkov A. A.6

2 ORCID: 0000-0002-0836-3135;

3 ORCID: 0000-0002-1853-3222;

5 ORCID: 0000-0002-8787-7299;

1, 2, 3, 4, 6 Institute of Electrical Engineering of National Research University MPEI, Moscow, Russia;

5 R&D Center at FGC UES, JSC, Moscow, Russia

* Corresponding author (averianov_98[at]mail.ru)

Abstract

The article looks into the influence of interconnection transmission capacity on the dynamic stability of interconnected power utilities consisting of two energy grids. As part of the work on this paper, various alternatives of carrying out interconnection were developed and studied; for each of them, the maximum allowed active-power flows were defined, and electromechanical transients under reference incidents were analysed. Tests were conducted in three different operating conditions of power transmission.

Driven by this research, a conclusion was made that transmission capacity of interconnections, their operating conditions, and generation make-up affect the dynamic stability of the interconnection in all.

Keywords: dynamic stability, interconnection, transient phenomena of electric power system, transmission capacity, interconnected power utilities.

Введение

Тема динамической устойчивости линий и энергосистем на данный момент является хорошо изученной темой, по которой написано много различных трудов.

Наиболее полно проблематику электромеханических переходных процессов и устойчивости энергообъединений рассматривает В.А. Веников в книге [1]. В данной книге представлена вся теория по изучаемому вопросу, которая тщательно разобрана на примерах, предложенными автором. Опираясь на материалы этой книги, было рассмотрено реальное энергообъединение.

Из наиболее свежих исследований по данному вопросу можно выделить публикации [2], [3], [4].

В статье Вилли Эстрарда [2] было рассмотрено улучшение условий динамической устойчивости энергосистемы за счёт внедрения устройств, позволяющих быстро отключать короткое замыкание (КЗ). В данной работе исследовалось влияние времени отключения КЗ на условия динамической устойчивости энергосистемы и оценивался экономический эффект от снижения времени отключения КЗ. Данное исследование в целом имеет схожие черты с работой Вилли Эстрарда, однако в данной работе упор был сделан на влияние пропускной способности межсистемных связей на условия динамической устойчивости энергообъединения. Стоит также заметить, что в отличии от Вилли Эстрарда, не была затронута экономическая составляющая освещаемого вопроса.

Работа Лю Пенга [3] посвящена исследованию и определению предела передаваемой активной мощности и устойчивости связи переменного тока и постоянного тока без компенсации реактивной мощности. В этой статье утверждается, что в передаче постоянного тока отсутствие компенсации реактивной мощности приводит к увеличению реактивного сопротивления линии, а также увеличение угла выпрямления и угла гасителя инвертора, что уменьшает пропускную способность и стабильность напряжения или даже приводит к лавине напряжения. Принципиальное отличие от проводимого исследования состоит в том, что в этой работе исследуются электропередачи, являющиеся слабыми связями.

Проблема стабильной работы и пропускной способности протяжённых электропередач с большой пропускной способностью освещается в статье Ксюжэнг Чая [4]. В работе рассматриваются компактные линии электропередачи, спроектированные с применением новых технологий для повышения пропускной способности. В данной работе серьёзный упор делается на исследовании пропускной способности электропередач, однако он не рассматривается с точки зрения условий динамической устойчивости.

На основе анализа публикаций по теме исследования был сделан вывод о том, что исследования по данной тематике либо не проводились, либо проводились без учёта всех факторов, влияющих на устойчивость межсистемных связей крупных энергообъединений. Таким образом, исследование влияния пропускной способности межсистемной связи на устойчивость энергообъединения является важной и актуальной задачей.

Постановка задачи

Одной из тенденций развития современной электроэнергетики является объединение энергосистем и создание крупных энергообъединений [5], [6], [7].

Объединение энергосистем осуществляется через межсистемные связи. С ростом отдельных энергосистем создаются новые межсистемные связи, усиливаются уже построенные, а некоторые межсистемные связи, ранее относившиеся к сильным, со временем переходят в разряд слабых [7], [8].

Усложнение электроэнергетических систем и создание межсистемных связей при их объединении приводит к проблемам, связанным с нарушением условий динамической устойчивости, что требует глубокого исследования в данной области. В связи с этим в данной работе исследовано влияние межсистемной связи на изменение условий динамической устойчивости энергообъединения.

Для изучения вопроса в данной работе рассматривалась межсистемная связь на примере объединяющих энергосистемы Черноморского РДУ и Кубанского ПМЭС.

Описание использованной расчётной модели

В рамках исследования была рассмотрена межсистемная связь, объединяющая энергосистему Республики Крым и Кубанского ПМЭС.

Для исследования была выбрана именно эта часть единой энергетической сети России (ЕЭС России), так как энергосистему Крыма и Кубанского ПМЭС связывает крымский энергомост, являющийся единственной межсистемной связью. В рассматриваемую модель входят энергосистемы Крыма, Кубанского ПМЭС и Ростовского ПМЭС.

Данные энергосистемы имеют сложную структуру, а именно разветвлённую сеть линий электропередачи различного класса напряжений. С целью снижения трудоёмкости в рамках данного исследования рассматривались линии 220 кВ и выше, нагрузки на шинах низшего напряжения (НН) ПС 220 и 330 кВ, и только те линии 110 кВ, через которые осуществляется выдача мощности электростанций. Данное допущение не сильно повлияет на результаты расчёта, так как мощность, передаваемая по этим линиям, будет учтена в нагрузке на НН шинах ПС. Помимо этого, из-за отсутствия точных данных по нагрузкам потребителей и перетокам по линиям 110 кВ и ниже в обеих системах в соответствии с [9] было принято, что нагрузка ПС равна 0,6 от общей номинальной мощности автотрансформаторов и трансформаторов установленных на данной ПС. У всех нагрузок ПС коэффициент мощности был принят равным 0,97.

Энергосистема Крыма входит в модель целиком в соответствии с описанными ранее допущениями (см. рисунок 1). Связи энергосистемы Крыма с энергосистемой Украины не учитывались, в связи с чем было принято, что линии, соединяющие энергосистему Республики Крым и Украины разорваны, и переток мощности по ним отсутствует.

 

Рис. 1 – Модель энергосистемы Республики Крым

 

Электрическая сеть, входящая в эксплуатационную зону ответственности Кубанского и Ростовского ПМЭС, была представлена в модели лишь частью сети, прилегающей к кольцу 500 кВ ПС «Тамань» – ПС «Ростовская» – Ростовская АЭС – ПС «Тихорецк» – Ставропольская ГРЭС – ПС «Центральная» (см. рисунок 2). В качестве базового и балансирующего узла была принята Волжская ГЭС. Этот выбор объясняется тем, что в качестве балансирующего узла необходимо было принять крупную электростанцию с манёвренными генераторами, которые в реальности могли бы балансировать активную мощность во всём энергообъединении. Также балансирующий узел должен был быть максимально удалён от точек, в которых рассматривались возмущения. Это условие является важным, так как близкое расположение балансирующего узла к точкам возмущений приводит к некорректным результатам расчёта динамической устойчивости. ПС «Южная», ПС «Фроловская» и ПС «Волга» в модели отсутствуют в связи с тем, что это не сильно влияет на корректность разработанной модели, однако, дополнительно усложняет её и увеличивает время расчёта.

Информация для моделирования отдельных элементов сети (ЛЭП, трансформаторов, генераторов, компенсирующих устройств и т. д.) была взята из [10], [11], [12], а также из карта-схем сетей Черноморского РДУ и ОЭС Юга, находящихся в открытом доступе [10], [12], [13]. Все генераторы были представлены сверхпереходной моделью, параметры которой были рассчитаны для каждого генератора в соответствии с подходом, описанным в [7]. Момент инерции для турбины каждого генератора определялся исходя из его номинальной мощности в соответствии с [14]. В модели не учитывалась настройка параметров возбудителя и системного стабилизатора для генераторов, работающих в большой энергосистеме. Для моделирования автоматического регулирования возбуждения сильного действия (АРВ СД) в программно-вычислительном комплексе (ПВК) ETAP [15] был применён особый вид возбудителя «Fixed», который при различных переходных процессах поддерживает напряжение на выводах генератора неизменным, что позволяет смоделировать эквивалент АРВ СД. Ветряные и солнечные электростанции, располагающиеся в энергосистеме Республики Крым, были представлены соответствующими моделями, заложенными в ПВК ETAP.

Для проведения исследования было создано пять моделей с различными исполнениями межсистемной связи. Одна из них представлена в статье (см. рисунок 3).

Рис. 2 – Модель энергосистемы Кубанского и Ростовского ПМЭС

Рис. 3 – Электрическая схема модели используемой для расчётов

 

Описание рассматриваемых вариантов межсистемной связи и режимов её работы

Как было отмечено ранее, в рамках исследования было рассмотрено пять вариантов исполнений межсистемной связи.

Первый вариант (см. рисунок 4) является исходным вариантом межсистемной связи, в котором она сейчас существует и функционирует в ЕЭС России. Межсистемная связь включает в себя 4 линии 220 кВ, выполненных с применением проводов повышенной пропускной способности марки АААС-Z455-2Z, кабельной вставки длиною 14,36 км, выполненной с применением кабелей сечением 1000 мм2, которые соединяют ПС «Тамань» и ПС «Опытная». Общая длина крымского энергомоста составляет 199,33 км. Данный вариант имеет наименьшую пропускную способность.

Варианты межсистемой связи с меньшей пропускной способностью в данной работе не рассматривались.

Проблема слабых межсистемных связей заключается в том, что в нормальных и послеаварийных режимах перетоки мощности по ним могут превышать пропускную способность связи. Это приводит к нарушению совместной работы энергосистем и их разделению [8]. По причине отсутствия в модели точной настройки возбудителей и АРВ генераторов и моделей противоаварийной автоматики любое нормативное возмущение при рассмотрении слабых межсистемных связей приводило к появлению либо недемпфирующихся колебаний, либо к потере устойчивости.

 

Рис. 4 – Первый вариант исполнения межсистемной связи

 

Второй рассмотренный вариант представлен компактным исполнением линии 220 кВ (см. рисунок 5). Все четыре линии, образующие межсистемную связь, при этом выполняются одноцепными линиями компактного исполнения, описанными в [16]. Данный вариант исполнения межсистемной связи имеет более высокую пропускную способность. Натуральная мощность одной цепи линии равна 277,9 МВт.

 

Рис. 5 – Второй вариант исполнения межсистемной связи

 

Третий вариант предполагает использование трёх цепей линий 330 кВ, соединяющих ПС «Опытная» и ПС «Тамань» (см. рисунок 6). В реальной схеме у обеих подстанций нет шины 330 кВ, поэтому они были добавлены в модель. На ПС «Тамань» шина 330 кВ соединена с шиной 500 кВ через две автотрансформаторные группы, состоявших из однофазных автотрансформаторов АОДЦТН-167000/500/330. На ПС «Опытная» были добавлены шины 330 кВ и два автотрансформатора АТДЦТН-240000/330/220, соединяющие шины 330 и 220 кВ. Линия 220 кВ, идущая от ПС «Опытная» до ПС «Нагорная», выполнена в габаритах 330 кВ. В связи с этим данная линия была переведена на более высокий класс напряжения. Четвёртая цепь межсистемной связи, соединяющая ПС «Тамань» и ПС «Городская-2», выполнена в соответствии со вторым вариантом, так как перевод четвёртой цепи межсистемной связи и всех ПС, через которые она проходит, на более высокий класс напряжения нецелесообразен с точки зрения возможности существования такого варианта исполнения межсистемной связи в реальности.

 

Рис. 6 – Третий вариант исполнения межсистемной связи

 

Четвёртый вариант схож с предыдущим по исполнению (см. рисунок 7). Четвёртая цепь межсистемной связи выполнена аналогичным образом. Остальные три цепи были представлены линиями 500 кВ. На ПС «Опытная» и ПС «Нагорная» также были добавлены шины 500 кВ и две автотрансформаторные группы, состоявшие из однофазных автотрансформаторов связи АОДЦТН-167000/500/220. Помимо этого, были добавлены две цепи линии 500 кВ между этими ПС.

 

Рис. 7 – Четвёртый вариант исполнения межсистемной связи

 

Последний из рассматриваемых вариантов предполагает использование передачи постоянного тока (ППТ) (см. рисунок 8). За основу для расчётной модели была взята ранее существовавшая в СССР и России ППТ 800 кВ «Волгоград – Донбасс». Проектная мощность данной линии составляла 720 МВт. Модель ППТ представлена двумя параллельными линиями, аналогичными реальному прототипу. ППТ соединяет шины 500 кВ ПС «Тамань» и 220 кВ ПС «Нагорная».

 

Рис. 8 – Пятый вариант исполнения межсистемной связи

 

При проведении расчётов рассматривались три режима работы электропередачи:

  • Режим холостого хода линий межсистемной связи.
  • Режим работы межсистемной связи при загрузке в 50% от максимальной пропускной способности (400 МВт).
  • Режим работы межсистемной связи при максимальной загрузке.

Крымский энергомост имеет максимальную пропускную способность равную 850 МВт [17]. Графики перетока по крымскому энергомосту (см. рисунок 9) показывают, что в 2016 году суточный переток в осенние месяцы колебался от 400 до 750 МВт [18], [19].

 

Рис. 9 – Графики осеннего суточного перетока по крымской межсистемной связи

 

Данные о перетоке по крымскому энергомосту в более поздние года отсутствуют в открытых источниках. Однако с 2016 года в Крыму заметно увеличился объем генерирующих мощностей в основном за счёт ввода в эксплуатацию Балаклавской и Белогорской ТЭС суммарной мощностью по 470 МВт каждая, что позволило разгрузить энергомост Крыма и даже передать избыточные 28 МВт в ОЭС Юга [20]. В связи с этим рассматривался режим работы межсистемной связи с перетоком, равным 400 МВт.

Оставшиеся два режима работы электропередачи взяты как крайние режимы работы энергомоста: холостой ход и максимальная загрузка.

Рассмотрение переходных процессов в различных вариантах исполнения межсистемной связи

В данной работе было рассмотрено три режима работы межсистемной связи в пяти вариантах схем, описанных в предыдущем разделе настоящей статьи. Возмущения рассматривались в двух наиболее неустойчивых узлах сети Кубанского и Ростовского ПМЭС, установленных путём нахождения предельного времени отключения короткого замыкания (КЗ) в узлах сети 500 кВ: шины 500 кВ ПС «Тихорецк» и шины 500 кВ ПС «Тамань».

В расчётах влияние пропускной способности межсистемной связи на условия динамической устойчивости энергообъединения оценивалось по предельному времени отключения двухфазного КЗ на землю и максимально допустимого перетока в сечении межсистемной связи. Рассматривалось именно это нормативное возмущение, так как для всех рассмотренных классов напряжения данный вид возмущения является наиболее тяжёлым в соответствии с [21].

Полученные данные по предельному времени отключения двухфазного КЗ на землю для всех вариантов исполнений межсистемной связи представлены в таблице (см. таблицу 1).

Также приведены результаты расчёта максимально допустимого перетока в сечении межсистемной связи для всех вариантов (см. таблицу 2).

 

Таблица 1 – Зависимость времени выдержки КЗ от режима работы и исполнения межсистемной электропередачи

Режим Вариант исполнения межсистемной связи Предельное время отключения K(1.1)
ПС 500 кВ

«Тихорецк»

ПС 500 кВ

«Тамань»

1

(минимальный переток по межсистемной связи)

1 0,195 0,265
2 0,205 0,275
3 0,245 0,31
4 0,250 0,295
5 0,25 0,4
2

(переток по межсистемной связи 400 МВт)

1 0,1925 0,26
2 0,26 0,42
3 0,28 0,405
4 0,275 0,365
5 0,26 0,41
3

(переток по межсистемной связи 850 МВт)

1 0,15
2 0,195 0,44
3 0,255 0,46
4 0,315 0,455
5

 

 

Таблица 2 – Результаты расчёта максимально допустимого перетока

 

Варианта

Критерии ограничивающие максимальный переток
а б в г д е
Предельно передаваемая мощность, 1 1333,4 1066,7 1068,2 1246,2 1079,5 + 903,0
2 1635 1308,2 1356,54 1310,3 1106,3 + 1200,3
3 2658,1 2126,4 2097,8 2606,4 2435,5 + 1808,1
4 3717,2 2973,8 2971,6 3213,2 3028,3 + 2740,5
5 2611,2 2095,5 2053,9 2555,2 2370,6 + 1725,2

Примечание: Критерии ограничивающие максимальный переток приведены в соответствии с [1]: а – ограничение по мощности в нормальном режиме работы; б – ограничение по мощности в послеаварийном режиме работы; в – ограничение по напряжению в узлах в нормальном режиме работы; г – ограничение по напряжению в узлах в послеаварийном режиме работы; д – ограничение по динамической устойчивости; е – ограничение по нагреву проводов.

 

В ходе исследования были получены графики мощности и угла роторов генераторов энергообъединения, по которым можно судить о влиянии пропускной способности межсистемной связи на демпфирование и амплитуду колебаний переходного процесса. Приведены графики для одного из генераторов Ростовской АЭС и Белогорской ТЭС при двухфазном КЗ на землю с неуспешным автоматическим повторным включением (АПВ) на шинах 500 кВ ПС «Тамань» (см. рисунок 10-13).

 

Рис. 10 – Угол ротора генератора 1000 МВт Ростовской АЭС в трёх режимах (возмущение на ПС 500 кВ «Тамань»)

Рис. 11 – Мощность генератора 1000 МВт Ростовской АЭС в трёх режимах (возмущение на ПС 500 кВ «Тамань»)

Рис. 12 – Угол ротора генератора 235 МВт Белогорской ТЭС в трёх режимах (возмущение на ПС 500 кВ «Тамань»)

Рис. 13 – Мощность генератора 235 МВт Белогорской ТЭС в трёх режимах (возмущение на ПС 500 кВ «Тамань»)

 

Двухфазное КЗ на землю с неуспешным АПВ выбрано из всех нормативных возмущений в соответствии с [22], так как является наиболее тяжёлым нормативным возмущением для рассмотренного энергообъединения.

Длительность АПВ обычно находится в диапазоне 1-2 с, в настоящем исследовании это значение принималось равным tАПВ = 1 с. Длительность КЗ принимается 0,12 секунд согласно методическим указаниям [23].

Из рассмотрения графиков можно сделать общий вывод по первым четырём вариантам – более высокая пропускная способность межсистемной электропередачи соответствует более низкой амплитуде колебаний мощности и угла ротора генераторов в системе. Таким образом, усиление системных связей благоприятно влияет на динамическую устойчивость энергообъединения в целом.

В первых трёх рассмотренных вариантах нарушение устойчивости происходит в энергосистеме Крыма в генераторах ближайшей к межсистемной связи Симферопольской МГТЭС. В четвёртом варианте нарушение устойчивости происходит в генераторах Крымской ГТ-ТЭЦ, расположенной в энергосистеме Кубанского ПМЭС. Этим объясняется меньшее предельное время отключения у четвёртого варианта в сравнении с третьим.

Наибольший интерес к рассмотрению представляет пятый вариант с ППТ. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что исполнение межсистемной связей с помощью ППТ положительно влияет на динамическую устойчивость части сети, отделённую ею. Если сравнить колебания мощности на Белогорской ТЭС и Ростовской АЭС, то можно заметить, что график мощности, соответствующий пятому варианту, имеет наименьшую амплитуду колебаний и на тринадцатой секунде колебания практически пропадают. Однако, в тоже время графики мощности и углы роторов генераторов Ростовской АЭС и Ставропольской ГРЭС имеют амплитуды сопоставимые с первым вариантом и наихудшее демпфирование колебаний из всех вариантов. Это связано с тем, что в случае применения ППТ мощности обеих энергосистем перестают быть связанными, в отличии от вариантов с электропередачами переменного тока.

Заключение

В данном исследовании было проведено исследование влияния пропускной способности межсистемной связи на примере межсистемной связи, соединяющей крымскую энергосистему с ОЭС Юга. В ходе работы были получены следующие выводы:

  1. Усиление межсистемных связей положительно влияет на динамическую устойчивость энергообъединения.
  2. Объёмы передаваемой мощности по межсистемной связи сильно влияют на протекание переходных процессов в энергообъединении.
  3. Увеличение передаваемой мощности приводит к снижению предельного времени отключения КЗ и ухудшению демпфирования возникающих колебаний вплоть до его полного отсутствия.
  4. Применение ППТ для исполнения межсистемной связи улучшает протекание переходного процесса в неповреждённой части сети, подключённой к одному концу ППТ, и одновременно с этим ухудшает его протекание в той части сети, подключённому с другой стороны ППТ, где произошло возмущение.
Благодарности

Благодарим всех представителей ООО «ETAP СИСТЕМС» (ETAP SYSTEMS Russia) за проведённые консультации, занятия, видеоуроки и предоставленные учебные материалы на русском языке.

Acknowledgement

We thank all representatives of ETAP SYSTEMS LLC (ETAP SYSTEMS Russia) for the consultations, classes, video tutorials and provided training materials in Russian.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared

Список литературы / References

  1. Переходные электромеханические процессы в электрических системах / В. А. Веников: Учеб. Для электроэнергет. спец. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк., 1985. – 536 с., ил.
  2. Willy Estrada Vargas Economic Benefit and Improve of Stability in the Power System through the Ultra-High Speed Fault Clearing in Transmission Lines / Willy Estrada Vargas, Juan C. Quispe H. // 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON) 10 Aug. 2018
  3. Liu Peng Study on the transmission capacity and voltage stability of weak back-to-back HVDC system // IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004. 10 January 2005
  4. Xuzheng Chai Flexible compact AC transmission system – a new mode for large-capacity and long-distance power transmission / Xuzheng Chai, Xidong Liang, Rong Zeng // Published in:2006 IEEE Power Engineering Society General Meeting 16 October 2006
  5. Режимы энергосистем: методы анализа и управления / В.А. Баринов, С. А. Совалов – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 440 с.
  6. Вопросы по устойчивости электрических систем / П. С. Жданов Под ред. Л. А. Жукова. – Стереотипное издание. Перепечатка с издания 1979 г. – М.: Альянс, 2015. – 456 с.
  7. Баринов В.А. Режимы энергосистем: Методы анализа и управления / В.А. Баринов, С. А. Совалов. – М.: Энргоатомиздат, 1990.- 440 с.
  8. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения: учебник для вузов / Ю. П. Рыжов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 488 с.: ил.
  9. Министерство энергетики российской федерации приказ от 8 февраля 2019 года №81 «Об утверждении требований к перегрузочной способности автотрансформаторов, установленных на объектах электроэнергетики, и её поддержанию и о внесении изменений в Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», утвержденные приказом Минэнерго России от 19 июня 2003 г. №229.
  10. Справочник по проектированию электрических сетей / Под ред. Д. Л. Файбисовича.-М.: НЦ ЭНАС, 2005 – 320 с. ил.
  11. Схема и программа развития электроэнергетики Республики Крым на 2019-2023 (заключительный) от 11.12.2018.
  12. Распоряжение губернатора Ростовской области от 30.04.2020 №91 г. Ростов-на-Дону Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетики Ростовской области на 2020-2024 годы.
  13. XIII Международная научно-практическая конференция «Возобновляемая и малая энергетика 2016» [Электронный ресурс] : URL: https://www.c-o-k.ru/articles/xiii-mezhdunarodnaya-nauchnoprakticheskaya-konferenciya-vozobnovlyaemaya-i-malaya-energetika-2016. (дата обращения 12.06.2020)
  14. Зубкова И. С. Исследование влияния различных систем возбуждения синхронного генератора на демпфирование электромеханических переходных процессов в электроэнергетической системе : выпускная квалификационная работа на соискание учёной степени магистра технических наук, Москва 2018.
  15. ETAP 19.0 User Guide, Operation Technology, Inc., registered to ISO 9001:2015, certification No. 10002889 QM 15, February 2019.
  16. Методические подходы к выбору вариантов линий электропередачи нового поколения на примере ВЛ-220 кВ / В.М. Постолатий, Е.В. Быкова, В.М. Суслов, Ю.Г. Шакарян, Л.В. Тимашова, С.Н. Карева // PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE02.2010.
  17. Режимно-балансовая ситуация в ЕЭС России в осенне-зимний период 2017/18 года. [Электронный ресурс] : URL:.minenergo.gov.ru. (дата обращения 12.06.2020)
  18. Из-за дефицита мощности в 85 МВт в Крыму сохраняется режим отключений [Электронный ресурс] : URL: https://crimea.ria.ru/society/20160225/1103433272.html (дата обращения 12.06.2020)
  19. Крым живет на 931 МВт энергии — МЧС [Электронный ресурс] : URL: https://crimea.ria.ru/society/20160211/1103184256.html (дата обращения 12.06.2020)
  20. Мощность увеличилась [Электронный ресурс] : URL: https://rg.ru/2018/10/16/reg-ufo/budet-li-krym-delitsia-elektroenergiej-s-materikovoj-chastiu-rf. html (дата обращения 12.06.2020)
  21. Методические указания по устойчивости параллельно работающих энергосистем стран СНГ, Балтии и Грузии от 02.11.2018 №53. 21
  22. Методические указания по устойчивости энергосистем от 30.06.2003 №277. 22
  23. Приказ Министерства энергетики РФ от 30 июня 2003 г. N 277 «Об утверждении методических указаний по устойчивости энергосистем».

Список литературы / References in English

  1. Venikov V. A. Perekhodnye elektromekhanicheskie processy v elektricheskih si-stemah [Transient electromechanical processes in electrical systems]. Ucheb. Dlya elektroenerget. spec. vuzov [Textbook for electric power specialties]. – 4th edition., revised and supplemented – M.: Vyssh. SHk., 1985. – p. 536 [in Russian]
  2. Willy Estrada Vargas Economic Benefit and Improve of Stability in the Power System through the Ultra-High Speed Fault Clearing in Transmission Lines / Willy Estrada Vargas, Juan C. Quispe H. // 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON) 10 Aug. 2018
  3. Liu Peng Study on the transmission capacity and voltage stability of weak back-to-back HVDC system // IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004. 10 January 2005
  4. Xuzheng Chai Flexible compact AC transmission system – a new mode for large-capacity and long-distance power transmission / Xuzheng Chai, Xidong Liang, Rong Zeng // Published in:2006 IEEE Power Engineering Society General Meeting 16 October 2006
  5. Barinov V.A. Rezhimy energosistem: metody analiza i upravleniya [Power system modes: analysis and control methods] / V.A. Barinov, S. A. Sovalov. – M.: Energoatomizdat, 1990. – p. 440 [in Russian]
  6. Zhdanov P. S. Voprosy po ustojchivosti elektricheskih system [Questions on the power system stability]. –Stereotyped edition. Reprint from the 1979 edition. – M.: Al’yans, 2015. – p. 456. [in Russian]
  7. Barinov V.A. Rezhimy energosistem: Metody analiza i upravleniya [Power systems modes: Methods of analysis and control] / A. Barinov, S. A. Sovalov. – M.: Enrgoatomizdat, 1990. – p. 440. [in Russian]
  8. Ryzhov Yu. P.. Dal’nie elektroperedachi sverhvysokogo napryazheniya: uchebnik dlya vuzov [Long-distance power transmission of extra-high voltage: a textbook for universities].– M.: Izdatel’skij dom MEI, 2007.– p.488 [in Russian]
  9. Ministry of energy of the russian federation order dated February 8, 2019 No. 81 On approval of requirements for the overload capacity of autotransformers installed at electric power facilities, and its maintenance and on amendments to the Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation approved by order of the Ministry of Energy of Russia dated June 19, 2003 No. 229. [in Russian]
  10. Spravochnik po proektirovaniyu elektricheskih setej. [Reference design of power networks] / Ed. by D. L. Faybisovich.-M.: Publishing House NTS ENAS, 2005 – p. 320. [in Russian]
  11. Scheme and program for the development of the electric power industry of the Republic of Crimea for 2019-2023 (final) dated 12/11/2018. [in Russian]
  12. Order of the Rostov Region Governor dated 30.04.2020 No. 91 of Rostov-on-Don On approval of the scheme and program for the development of electric power industry in the Rostov Region for 2020-2024. [in Russian]
  13. XIII Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Vozobnovljaemaja i malaja jenergetika 2016» [XIII international scientific and practical conference ” Renewable and small energy 2016] [Electronic resource] : URL: https://www.c-o-k.ru/articles/xiii-mezhdunarodnaya-nauchnoprakticheskaya-konferenciya-vozobnovlyaemaya-i-malaya-energetika-2016. (accessed 12.06.2020) [in Russian]
  14. Zubkova I. S. Issledovanie vliyaniya razlichnyh sistem vozbuzhdeniya sinhronnogo generatora na dempfirovanie elektromekhanicheskih perekhodnyh prcessov v elektroenergeticheskoj sisteme [Study of the various excitation systems of a synchronous generator influence on the damping of electromechanical transients in the electric power system]. Final qualification work for the degree of Master of Engineering, Moscow 2018. [in Russian]
  15. ETAP 19.0 User Guide, Operation Technology, Inc., registered to ISO 9001:2015, certification No. 10002889 QM 15, February 2019.
  16. M. Postolatij, E.V. Bykova, V.M. Suslov, YU.G. SHakaryan, L.V. Timashova, S.N. Kareva V.M. Postolatij, E.V. Bykova, V.M. Suslov, YU.G. SHakaryan, L.V. Timashova, S.N. Kareva. Metodicheskie podhody k vyboru variantov linij elektroperedachi novogo pokoleniya na primere VL-220 kV. [Methodological approaches to the options selection for new generation power lines using the example of 220 kV overhead lines.] / PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE 13.02.2010. [in Russian]
  17. Rezhimno-balansovaja situacija v EJeS Rossii v osenne-zimnij period 2017/18 goda [Regime-balance situation in the UES of Russia in the autumn-winter period of 2017/18]. [Electronic resource] : URL: minenergo.gov.ru. (accessed 12.06.2020) [in Russian]
  18. Iz-za deficita moshhnosti v 85 MVt v Krymu sohranjaetsja rezhim otkljuchenij [Due to the power deficit of 85 MW in the Crimea, the shutdown mode is maintained ] [Electronic resource] : URL:https://crimea. ria.ru/society/20160225/1103433272.html (accessed 12.06.2020). [in Russian]
  19. Krym zhivet na 931 MVt jenergii [Crimea lives on 931 MW of energy-EMERCOM ][Electronic resource] : URL:https://crimea.ria.ru/society/20160211/1103184256.html (accessed 12.06.2020). [in Russian]
  20. Moshhnost’ uvelichilas [Power increased] [Electronic resource] : URL: https://rg.ru/2018/10/16/reg-ufo/budet-li-krym-delitsia-elektroenergiej-s-materikovoj-chastiu-rf.html (accessed 12.06.2020). [in Russian]
  21. Metodicheskie ukazanija po ustojchivosti parallel’no rabotajushhih jenergosistem stran SNG, Baltii i Gruzii ot 02.11.2018 [Methodological guidelines for the stability of parallel power systems operating of the CIS countries, the Baltic States and Georgia dated 02.11.2018] No. 53. 21 [in Russian]
  22. Metodicheskie ukazanija po ustojchivosti jenergosistem ot 30.06.2003 [Guidelines for the power systems stability from 30.06.2003] No. 277. [in Russian]
  23. Prikaz Ministerstva jenergetiki RF ot 30 ijunja 2003 g. N 277 «Ob utverzhdenii metodicheskih ukazanij po ustojchivosti jenergosistem» [Ministry of Energy of Russian Federation order of June 30, 2003 N 277 “On approval of guidelines for the power systems stability”] [in Russian]

Вместимость осколков

Чтобы определить подходящий размер кэша JE, используйте утилиту com.sleepycat.je.util.DbCacheSize . Эта утилита требует в качестве входных данных количество записей и размер ключей приложения. Вы также можете по желанию предоставить другую информацию, например ожидаемый размер данных. Затем утилита предоставляет краткую таблицу информации. Требуемый номер указан в столбце Размер кэша и в Внутренних и конечных узлах: строка MAIN cache .

Например, чтобы определить размер кэша JE для среды, состоящей из 100 миллионов записей, со средним размером ключа 12 байтов и средним размером значения 1000 байтов, вызовите DbCacheSize следующим образом:

  Java -Xmx64m -Xms64m \
-d64 -XX: + UseCompressedOops -jar je. jar DbCacheSize \
-key 12 -data 1000 -records 100000000 -replicated \
-je.rep.preserveRecordVersion истина -offheap

=== Накладные расходы на кэш среды ===

3 164 485 минимальных байтов

Чтобы учесть работу демона JE, записи блокировок, сеть высокой доступности
          соединений и т. д., на практике требуется большее количество.=== Размер кэша базы данных ===

Количество байтов Описание
--------------- -----------
3,885,284,944 Только внутренние узлы: ОСНОВНОЙ кеш
0 Только внутренние узлы: кэш OFF-HEAP
3,885,284,944 Внутренние узлы и листовые узлы: ОСНОВНОЙ кеш
104 002 733 216 Внутренние узлы и листовые узлы: кэш OFF-HEAP  

Обратите внимание на следующие аргументы jvm (они имеют особое значение при передаче в DbCacheSize):

  1. Аргумент -d64 используется для обеспечения того, чтобы размеры кеша учитывали 64-битную JVM.NoSQL DB поддерживает только 64-битные JVM.
  2. -XX: + UseCompressedOops заставляет размеры кеша учитывать режим CompressedOops, который по умолчанию используется БД NoSQL. В этом режиме используются более эффективные 32-битные указатели в 64-битной JVM, что позволяет лучше использовать кеш JE.
  3. -replicated используется для учета использования памяти в JE ReplicatedEnvironment, которая всегда используется БД NoSQL.
  4. -je.rep.preserveRecordVersion учитывает кеш-хранилище версий записей, которые всегда сохраняются в БД NoSQL. Версии используются в таких операциях, как «положить, если версия», «удалить, если версия» и т. Д. Эта функция работает лучше всего, когда размер кэша достаточно велик для хранения версий записей.
  5. Параметр -offheap указан для использования кэша вне кучи JE, который по умолчанию настроен в базе данных NoSQL. Это заставляет DbCacheSize печатать значения для основного кэша (в куче) и вне кучи отдельно.

Эти аргументы при передаче Размер кэша базы данных служат индикатором того, что приложению JE также будут предоставлены эти аргументы, и Размер кэша базы данных соответствующим образом корректирует свои вычисления. Аргументы используются базой данных Oracle NoSQL при запуске узлов репликации, которые используют эти кеши.

Выходные данные показывают, что размер кэша 3,6 ГБ достаточен для хранения всех внутренних узлов, представляющих Btree в кэше JE.С кешем JE такого размера узлы IN будут извлекаться из кеша JE, а LN будут извлекаться из кеша вне кучи или с диска.

Для получения дополнительной информации об использовании утилиты DbCacheSize см. Эту страницу документации Javadoc. Обратите внимание, что для использования этой утилиты необходимо добавить файл /lib/je.jar в путь к классам Java. представляет собой каталог, в который вы поместили файлы пакета Oracle NoSQL Database.

Используя DbCacheSize для получения размера кэша JE, на его основе можно рассчитать размер кучи.Для этого введите число, полученное из DbCacheSize , в ячейку с именем DbCacheSizeMB, убедившись, что единицы измерения переведены из байтов в МБ. Размер кучи вычисляется ячейкой RNHeapMB, как показано ниже:

  (DBCacheSizeMB / RNCachePercent)  

где RNCachePercent — процент кучи, который используется для кэша JE. Рассчитанный размер кучи не должен превышать 32 ГБ, чтобы виртуальная машина Java могла использовать свой эффективный формат CompressedOops для представления объектов Java в памяти.Размеры кучи со значениями, превышающими 32 ГБ, будут зачеркнуты в ячейке RNHeapMB, чтобы подчеркнуть это требование. Если размер кучи превышает 32 ГБ, попробуйте уменьшить размер ключей, чтобы в свою очередь уменьшить размер кэша JE и уменьшить общий размер кучи до 32 ГБ.

Размер кучи используется в качестве основы для вычисления памяти, необходимой машине, как показано ниже:

  (RNHeapMB * DisksPerMachine) / SNRNHeapPercent  

, где SNRNHeapPercent — это процент физической памяти, доступной для использования RN. размещен на машине. Результат доступен в ячейке MachinePhysicalMemoryMB.

На

БЫСТРЕЕ: как Microsoft KV Store достигает 160 миллионов операций в секунду?

В этой статье объясняется, как FASTER, магазин KV, разработанный Microsoft, достигает 160 миллионов операций в секунду, и сравнивается его с другими решениями в том же пространстве.

От Yeti

Введение

В 2018 году Microsoft опубликовала на сайте SIGMOD статью «БЫСТРЕЕ: одновременное хранилище значений ключей и обновлений на месте».В документе было представлено хранилище «ключ-значение» (KV), которое поддерживает высокий уровень параллелизма и обеспечивает высокую пропускную способность 160 миллионов операций в секунду на одном сервере. Эта производительность превосходит другие чистые структуры данных в памяти. Другие особенности FASTER включают поддержку большего объема данных, чем размер памяти, и новый метод реализации. Хотя FASTER имеет технические ограничения и его сложно запустить в производство, он полезен для оптимизации KV-двигателя и заслуживает изучения.

FASTER состоит из трех частей:

  • Epoch Protection Framework: Реализует глобальную модификацию в параллельных системах, откладывает синхронизацию во всех потоках и упрощает проектирование параллелизма. Более быстрые потоки не требуют синхронизации и работают независимо.
  • Highly Concurrent-Free Latch-Free Hash Indexing: Это ключ к достижению высокой пропускной способности.
  • HybridLog: Он использует логические адреса для объединения памяти и вторичного хранилища.Если записанные данные превышают размер памяти, данные сбрасываются на диск для поддержки сценариев с объемом данных, превышающим размер памяти.

Однако FASTER имеет некоторые ограничения. Он поддерживает только точечный поиск, а не запрос диапазона. БЫСТРЕЕ применимо только для сценариев с интенсивным обновлением. Журнал упреждающей записи (WAL), влияющий на производительность обновления, не записывается FASTER. Кроме того, некоторые данные могут быть потеряны после восстановления.

FASTER поддерживает три типа интерфейсов: чтение, слепое обновление и чтение-изменение-запись (RMW).RMW указывает на атомарное обновление исходного значения, которое поддерживает частичное обновление записи — например, обновление только одного поля значения. FASTER — это система с точечными операциями, обеспечивающая пропускную способность памяти в сотни миллионов. Даже когда объем данных превышает объем памяти, FASTER по-прежнему сохраняет высокую производительность благодаря инновациям, внесенным в его дизайн и реализацию.

Во-первых, для поддержки масштабируемой модели потоков, FASTER расширяет стандартный механизм синхронизации на основе эпох, чтобы обеспечить отложенную синхронизацию глобальных изменений для всех потоков с помощью действия триггера.Эта структура Epoch помогает БЫСТРЕЕ упростить дизайн параллелизма.

Затем FASTER применяет дизайн одновременного хеш-индексации без фиксации и без кеширования. Когда FASTER используется с чистым распределителем в памяти, они составляют систему KV с памятью, производительность и масштабируемость которой выше, чем у других популярных чистых структур в памяти.

Наконец, FASTER представляет HybridLog. Структурирование журнала используется для хранения данных размером больше памяти. Он поддерживает восстановление после сбоя путем записи WAL, так что обновления записей записываются в журнал посредством добавления записи на основе политики чтения-копирования-обновления.Однако этот режим ограничивает пропускную способность и масштабируемость. Обновления на месте — ключ к высокой производительности. Поэтому FASTER предлагает HybridLog, который объединяет журнал памяти и журнал только для добавления. С HybridLog горячие данные обновляются на месте, а холодные данные следуют политике чтения-копирования-обновления. Таким образом, холодные данные копируются в область горячих данных, а затем обновляются на месте.

В соответствии с принципом «быть быстрым в большинстве случаев», FASTER был усовершенствован в следующих аспектах:

1) FASTER реализует параллельную индексацию хэшей без защелок для обеспечения быстрого точечного поиска записей.
2) БЫСТРЕЕ выбирает подходящее время для выполнения трудоемких операций, таких как масштабирование хэш-индекса, контрольная точка и вытеснение.
3) FASTER в большинстве случаев может выполнять обновления на месте.

FASTER намного лучше работает в сценариях с интенсивным использованием памяти, чем другие системы, работающие только в памяти. Кроме того, он превосходит по производительности, когда объем данных превышает объем памяти и когда изменяется набор горячих данных.

Среда защиты эпохи

Epoch не является чем-то новым и использовался для переработки ресурсов в Silo, Masstree и Bw-Tree.FASTER расширяет и делает Epoch более общей структурой, которая в основном используется для безопасной для памяти сборки мусора, масштабирования таблицы хеш-индекса, обслуживания циклического буфера распределителя с журнальной структурой, сброса страниц, обслуживания границ страниц и контрольных точек.

Основы эпохи

Система эпох поддерживает сегментированный атомарный счетчик E, который называется текущей эпохой, значение которой увеличивается с каждым потоком. Каждый поток T имеет локальный E, который представлен Et. Потоки регулярно обновляют локальное значение эпохи, и значение эпохи каждого потока сохраняется в сегментированной таблице эпох.Если локальные эпохи всех потоков больше, чем эпоха c, c считается безопасным. FASTER поддерживает дополнительную глобальную переменную Es, используемую для записи самой большой безопасной эпохи. Для любой нити T ее эпоха больше Es.

Триггерные действия

Использование триггерных действий позволяет платформе выполнять любое глобальное действие, когда эпоха становится безопасной. Когда текущая эпоха увеличивается с c до c + 1, поток связывается с дополнительным действием, которое будет запущено, когда эпоха c станет безопасной.

Использование

Для потока T поддерживаются следующие четыре операции:

  • Acquire резервирует запись для T и устанавливает Et равным E.
  • Обновить обновления Et до E.
  • BumpEpoch (действие) увеличивает c до c + 1.
  • Версия удаляет запись T из таблицы эпох.

Выполняя триггерные действия, платформа Epoch упрощает синхронизацию задержки в параллельных системах.Типичным примером является то, что если вам нужно вызвать функцию active-now, когда состояние общей переменной становится активным, поток обновляет свой статус до активного и устанавливает active-now в качестве действия триггера. В настоящее время не все потоки обнаруживают изменение статуса немедленно, но гарантируется, что изменение обнаруживается, когда поток обновляет свою эпоху. Следовательно, функция active-now вызывается только тогда, когда все потоки обнаруживают изменение статуса.

БЫСТРЫЙ индекс хеширования

Высокопроизводительное хеш-индексирование FASTER обладает разнообразными функциями — одновременным, без фиксации, масштабируемым и изменяемым размером. k хэш-сегментов, каждый из которых имеет размер 64 байта, что также является размером строки кэша. Корзина содержит восемь записей и указатель на следующую корзину. Дизайн 8-байтовых записей обеспечивает 64-битные атомарные операции.

Физический адрес обычно меньше 64 бит на 64-битной машине. Машины Intel используют 48-битные указатели. Следовательно, для хранения физического адреса используется только 48 бит. Остальные 15 битов называются тегами и используются для обработки хешей. Последний оставшийся бит называется предварительным битом и используется в двухэтапном алгоритме во время операции вставки.

Индексные операции

Хеш-индекс строится на основе того, что каждое смещение или тег соответствует уникальной записи. Адрес указывает на набор записей, который сильно отличается от обычной хеш-таблицы, в которой хранятся ключи. Для сравнения, этот модифицированный хеш-индекс не хранит ключи, а указывает на набор записей и разрешает конфликты в значениях.

Хеш-индекс поддерживает следующие операции:

  • Поиск и удаление записи: При нахождении записи поток находит ее в корзине на основе значения ключа. Поток находит соответствующее ведро на основе смещения, а затем проходит, чтобы найти запись, соответствующую тегу. При удалении записи поток использует атомарную операцию CAS для замены соответствующей записи нулем. Ноль означает, что запись пуста и может быть записана.
  • Вставка: Поток вставляет новую запись, когда тег не существует. На рисунке 3 (а) показан типичный режим работы. В этом режиме записи в корзине просматриваются, чтобы найти пустую запись, и новый тег вставляется с помощью CAS.Однако есть вероятность, что два потока одновременно пишут один и тот же тег, что проблематично. Как показано на рисунке 3 (a), T1 просматривает записи слева направо, чтобы найти пятую запись, и записывает g5. В то же время T2 удаляет g3, а затем просматривает записи слева направо, чтобы найти третью запись, и записывает g5.

Основная причина этой проблемы заключается в том, что потоки по отдельности выбирают записи и изменяют их напрямую. Эту проблему можно решить, заблокировав корзину, но это решение требует значительных ресурсов.FASTER решает эту проблему, используя двухступенчатый метод без фиксации с помощью пробной насадки. В частности, поток находит пустую запись, записывает новую запись и устанавливает предварительный бит. Запись с установленным предварительным битом невидима для операций чтения и записи. Затем сегмент снова сканируется, чтобы проверить, существует ли такой же тег. Если да, он возвращается для повторной попытки. Если нет, предварительный бит сбрасывается, чтобы завершить операцию вставки. Рисунок 3 (б) показывает этот процесс.

In-memory, Log-Structured и HybridLog

В статье сначала представлены реализации чисто в памяти и чисто лог-структурированные соответственно, а затем они объединены для формирования HybridLog.

Формат записи показан на рисунке 2. Запись состоит из восьмибайтового заголовка, ключа и значения. Ключ и значение имеют фиксированную или переменную длину. Заголовок делится на 16-битный мета и 48-битный адрес. Мета использует небольшое количество битов для хранения информации, требуемой распределителем с журнальной структурой, тогда как адрес используется для поддержки связанного списка записей.

В памяти

В чистой реализации в памяти записи хранятся только в памяти.Базовый распределитель, такой как jemalloc, используется для распределения ресурсов памяти, а хеш-индекс используется для хранения физических адресов. В этой реализации поддерживаются операции чтения, обновления, вставки и удаления.

  • Чтение: Операция чтения обнаруживает запись хеш-индекса на основе ключа и просматривает список записей, чтобы найти запись, которая соответствует значению ключа.
  • Обновление и вставка: Поддерживаются режимы слепого обновления и обновления RMW, которые являются режимами обновления на месте.Под защитой эпохи потоки безопасно выполняют обновления на месте. Если запись не существует, поток записывает запись на основе двухэтапного подхода хеш-индекса. Если запись не может быть найдена в списке, поток выполняет операцию CAS для атомарной записи новой записи в конец списка.
  • Удалить: Операция удаления удаляет запись из списка, выполняя операцию CAS. Когда запись удаляется, она устанавливается в ноль, чтобы указать, что запись пуста.После удаления записи освобождение памяти не может быть выполнено немедленно, поскольку могут существовать параллельные обновления. FASTER использует защиту эпохи для решения этой проблемы, в которой каждый поток поддерживает локальное пространство потока, которое освобождается только тогда, когда соответствующая эпоха становится безопасной.

Лог-структура

В реализации с чисто журнальной структурой память и диск объединены логическими адресами, а записи записываются путем добавления записи в журнал. Реализация с журнальной структурой поддерживает хранилище большого объема, но количество операций в секунду (OPS) не будет превышать 20 миллионов, а производительность не будет масштабироваться с количеством потоков. Реализация с журнальной структурой принимает два смещения (смещение головы и смещения хвоста), которые используются для поддержания минимального логического адреса и следующего адреса бездействия соответственно. Выделение памяти всегда начинается с хвостового смещения. Пространство между смещением головы и смещения хвоста — это объем памяти. Здесь эта емкость называется круговым буфером, который представляет собой массив страниц фиксированной длины, соответствующих физическим страницам.

Для того, чтобы сбросить записи на диск без блокировок, вводятся два массива состояния: Массив flush-status записывает страницу, которая сбрасывается на диск.Массив закрытого статуса определяет, можно ли удалить страницу. Страница удаляется только после того, как она была сброшена на диск. Когда хвостовое смещение увеличивается, используется триггерное действие механизма эпохи для запуска запроса асинхронного ввода-вывода для сброса страницы на диск. Действие вызывается, когда эпоха безопасна, чтобы гарантировать, что записи всех потоков на этой странице выполнены. После этого соответствующим образом будет установлен массив статусов очистки.

При увеличении смещения хвоста верхнюю страницу нужно удалить из памяти, что является вытеснением.Для этого база данных должна гарантировать, что никакие потоки не обращаются к странице. В традиционных базах данных доступ к странице обычно фиксируется защелкой. Однако для достижения высокой производительности FASTER вместо этого управляет выселением с эпохой.

Слепое обновление просто добавляет новые записи в журнал. Удаленные записи идентифицируются битом флага в заголовке, и идентификация выполняется во время повторного использования ресурсов. Операции чтения и RMW аналогичны операциям с памятью, за исключением того, что обновление RMW добавляет новую запись, а не выполняет обновление на месте.Кроме того, обработка логических адресов отличается от обработки физических адресов. Если логический адрес больше, чем смещение заголовка, это означает, что целевые данные находятся в памяти. В противном случае на диск отправляется запрос асинхронного чтения.

HybridLog

Решение с журнальной структурой может обрабатывать данные, превышающие объем памяти, но функция только добавления имеет побочные эффекты. Во-первых, каждое обновление включает атомарное обновление хвостового смещения, копирование данных и атомарное обновление логического адреса в хеш-индексе.Кроме того, при работе с рабочими нагрузками, требующими большого количества обновлений, решение с журнальной структурой вскоре создаст узкое место для ввода-вывода. Напротив, при таких рабочих нагрузках обновления на месте имеют следующие преимущества:

1) Часто используемые записи помещаются в кэш верхнего уровня.
2) Пути доступа к ключевым значениям разных хэш-сегментов не конфликтуют.
3) Частичное обновление больших значений позволяет избежать копирования всей записи.
4) Большинство обновлений не требуют изменения хеш-индекса.

HybridLog делит журнал на три области: стабильная область на диске, область только для чтения и изменяемая область. HybridLog объединяет три региона с одним набором логических адресов. Среди них доступные только для чтения и изменяемые области находятся в памяти, и только изменяемая область обновляется на месте и хранит горячие данные. Чтобы обновить данные в области только для чтения, копия исходных данных будет создана в изменяемой области, а затем для скопированных данных выполняется обновление на месте.

По мере увеличения хвостового смещения данные в заголовке изменяемой области преобразуются в данные только для чтения, которые затем сбрасываются на диск. Как показано в этом процессе, это гибридное решение подходит для сценариев с интенсивным обновлением. По сравнению с решением с лог-структурой, HybridLog добавил смещение только для чтения, которое имеет те же функции, что и смещения головы и хвоста. Смещение только для чтения отделяет неизменяемую область от изменяемой области, которая может быть обновлена ​​на месте.

Часть HybridLog в оперативной памяти рассматривается как кэш, производительность которого зависит от его эффективности. В базах данных и управлении виртуальной памятью в операционных системах было предложено несколько протоколов кэширования, таких как First-In-First-Out (FIFO), CLOCK, Least Recently Used (LRU) и расширенные версии LRU. Эти протоколы, за исключением FIFO, для правильной работы требуют детальной статистики. Однако FASTER не имеет этих накладных расходов, но использует протокол, который во многом похож на FIFO второго шанса.

Распределение данных FASTER зависит от режима доступа. По прошествии некоторого времени горячие данные будут постепенно концентрироваться в памяти.Следовательно, разделение памяти на изменяемые и доступные только для чтения области очень важно. Более крупная изменяемая область приведет к повышению производительности памяти и увеличению количества обновлений на месте. Однако некоторые данные в изменяемой области могут иметь проблемы с удалением. Более крупная неизменяемая область приводит ко многим дорогостоящим обновлениям только с добавлением, которые копируют данные в изменяемую область и ускоряют рост журнала. В документе упоминается, что эксперимент пришел к выводу, что соотношение 9: 1 для изменяемых и неизменяемых регионов способствует лучшей производительности.

Восстановление

FASTER считает производительность обновления приоритетной задачей. Следовательно, FASTER не записывает WAL, поскольку это влияет на производительность обновления. Как следствие, данные в памяти будут потеряны в случае сбоя процесса.

Однако можно восстановить процесс до согласованного состояния. Например, два запроса на обновление r1 и r2 отправляются одним потоком в последовательности. Возможные состояния после восстановления: 1) нет, 2) только r1 и 3) r1 и r2. Следовательно, r2 не будет существовать без r1.

Тест

В статье сравнивается БЫСТРЕЕ с двумя высокопроизводительными системами чистой памяти (Masstree и Intel TBB hash map) и двумя ведущими хранилищами KV (RocksDB и Redis).

Для одиночного потока, согласно равномерному распределению и Zipf, FASTER работает лучше всего, TBB — вторым, а RocksDB — последним.

При использовании 256 потоков равномерное распределение FASTER достигает 110 миллионов, равно как и TBB. Но для Zipf FASTER собирает горячие данные в изменяемой области и обеспечивает пропускную способность 160 миллионов, что значительно превосходит другие системы.

В тесте на масштабируемость FASTER очень хорошо масштабируется как на одном, так и на нескольких процессорах. Masstree также хорошо масштабируется, но имеет гораздо более низкую производительность. TBB хорошо масштабируется на одном ЦП, но падает при работе на нескольких ЦП. Подробнее о тесте см. Статью.

Stellus обеспечивает горизонтально масштабируемое хранилище с технологиями NVMe и KV

По мере того, как мы вступаем в эру машинно-генерируемого контента, системы хранения все чаще сталкиваются с необходимостью поддерживать большие объемы и размеры неструктурированных файлов с профилями высокопараллельного доступа и высокими требованиями к пропускной способности.Как мы отметили только на этой неделе в Storage Unpacked, этот спрос вызывает потребность в новых платформах хранения, которые могут использовать преимущества новых медиа-технологий. На этой неделе Stellus Technologies вышла из скрытности и выпустила новую платформу хранения данных, которая надеется решить проблемы больших данных за счет использования NVMe и технологии хранения ключей.

Фон

Большая часть данных, создаваемых сегодня, поступает из машинной
источники. Все чаще мы видим
создание более сложных наборов данных из таких отраслей, как науки о жизни, СМИ
И развлечения и промышленный Интернет вещей.В
Профили доступа к этим данным стали более параллельными по своей природе. Медицинское оборудование, транспорт и
творческие отрасли производят параллельные потоки данных, которые, в свою очередь, доступны
параллельно через аналитику или пост-продакшн.

Современные системы хранения необходимы для управления данными в едином логическом пространстве имен, обслуживания как малых, так и больших файлов, с высокой степенью параллельного доступа и пропускной способности.

Новые медиа

NVMe SSD и диски SCM обеспечивают высокую емкость (до 32 ТБ на сегодняшний день) с высокой степенью параллелизма через протокол NVMe.Новые функции, такие как зонированные пространства имен (ZNS), дадут возможность логически разделить один диск большой емкости на разделы, которые адресуются независимо. SCM или носители класса хранилища обеспечивают постоянный уровень, который может быть адресован как память или через блочные протоколы NVMe.

Системная архитектура

Массивно-параллельные архитектуры хранения данных являются результатом появления новых технологий и требований современных приложений для создания данных. Однако широкое распространение данных по доступным носителям всегда было частью проектирования системы хранения.Нам нужно только рассмотреть группы RAID, широкое чередование, стирающее кодирование и HCI в качестве примеров этой техники.

Благодаря современным флэш-памяти NAND и NVMe эффективное распределение внутреннего ввода-вывода по всем доступным носителям становится как никогда важным. Например, накопитель Intel DC P4500 8 ТБ NVMe способен выполнять 640 000 операций произвольного чтения IOPS (65 000 операций записи) и до 3,2 ГБ / с при скорости чтения 82 мкс (1,9 ГБ / с при 30 мкс для записи). С коробкой, полной этих устройств, неэффективное программное обеспечение для хранения данных оставляет неиспользованную производительность на столе — при значительной цене.

Обращение

Задача при проектировании систем хранения — принять логический
просмотр хранилища с точки зрения хоста и преобразование этих данных через слои
косвенного обращения к чему-то, что можно эффективно хранить на SSD. В конце концов, SSD, HDD и блочный SCM
просто наборы блоков данных, организованные в логическом порядке, от смещения
ноль вверх.

Разработчики платформы хранения должны наслоить метаданные и другие
структуры поверх этого необработанного хранилища. Это означает создание процессов, которые распространяют
и защищать данные от сбоев носителей, обеспечивать дедупликацию и сжатие,
обеспечивают эффективную сборку мусора и позволяют динамическое масштабирование.

Это непростая задача, если вспомнить, что флэш-память NAND должна управляться для обеспечения долговечности и сглаживания любых скачков производительности во время сборки мусора. Большинство, если не все, систем хранения на основе флеш-памяти, представленных сегодня на рынке, будут иметь функции для смягчения этих проблем.

Квадратный колышек

Частично проблема в управлении твердотельными носителями заключается в
выравнивать объекты хранилища (метаданные и фрагменты файлов) для блочного хранилища
конструкции. Дедупликация, например,
создает фрагменты данных переменного размера, которые не обязательно соответствуют 4 КБ
блоки на носителях.Итак, как нам решить
эту продолжающуюся дихотомию и эффективно использовать постоянные носители, пока
создание эффективных метаданных и структур данных для хранения данных?

Ключ-значение

Одним из решений является использование хранилища «ключ-значение» в качестве основного метода для чтения и записи фрагментов объектов и метаданных. Хранилище объектов — это просто форма базы данных, которая эффективно хранит и извлекает данные с помощью пары ключ / значение. Ключ — это часть, которая описывает данные; значение — это фактическое содержание.Примером может быть отформатированная часть информации, такая как дата, номер банковского счета, имя или часть адреса. Мы обсуждаем хранилища ключей / значений в этом недавнем подкасте Storage Unpacked, рассматривая базы данных документов.

[Примечание: здесь краткое описание мэйнфрейма, хранилища ключей и значений можно проследить до VSAM и KSDS (наборы данных с последовательностью ключей) с 1970-х годов и до ISAM с еще более раннего периода]

Хранилище «ключ-значение» (или KV) полезно, потому что оно позволяет нам
хранить произвольные фрагменты данных любой длины и формата.Платформа KV заботится об управлении
фактическое хранение данных, предоставляющее пользователю простой интерфейс.

КВ и хранилище

Как это помогает нам с хранением? Вместо того, чтобы записывать данные на физический носитель,
одно решение — добавить уровень косвенного обращения, а также хранить и извлекать все данные
как пары КВ. Теперь и данные, и метаданные
могут быть сохранены в структуре, которая существует как обширная коллекция записей в
база данных ключ-значение. Магазин КВ управляет
процессы записи переменной длины, освоения пространства и физических носителей
размещение.

Платформа данных Stellus

Stellus Technologies разработала систему хранения, которая использует хранилище KV для хранения данных на постоянных носителях. Первый выпуск Stellus Data Platform основан на горизонтально масштабируемой архитектуре из нескольких узлов Data Manager и узлов хранилища ключей и значений , соединенных через общую сетевую структуру.

В каждом узле KV Store размещается несколько твердотельных накопителей NVMe, что дает возможность
логические хранилища KV в одном кластере серверов.Доступ к данным хоста осуществляется через диспетчер данных
узлы. Чтобы увеличить фронтенд
производительность, добавить больше узлов Data Manager; для увеличения мощности добавьте больше КВ
Узлы магазина.

Особенности разделения данных на объекты и хранения в кластере Stellus относительно сложны. По сути, каждый узел KV обеспечивает доступ для чтения / записи к данным KV, управляя временем жизни ключей в зависимости от их требований.

КВ SSD

Зачем создавать решение с другим косвенным слоем
через магазин КВ? От эффективности
В перспективе узлы KV позаботятся о любых конкретных задачах, которые необходимо решить.
выполняется при управлении физическими носителями.Этот
абстракция позволяет использовать любой тип носителя в решении в
будущее. Магазин КВ просто должен знать
как использовать это эффективно.

По мере того, как мы начинаем видеть появление гораздо больших SSD (32 ТБ
и выше), такие технологии, как Zoned Namespaces (ZNS), позволяют использовать большие физические
к дискам будет осуществляться доступ столько логических дисков.
Стандарт, разработанный NVMe Express, увеличивает срок службы
для СМИ и увеличения пропускной способности. В
Реализация KV, используемая Stellus, может использовать преимущества ZNS, создавая
многие логические хранилища KV в виде отдельных разделов на флэш-носителях.

Однако такие решения, как твердотельные накопители Samsung KV, могут предоставить возможность упростить большую часть операций с узлами Stellus KV Store, вставив код ключа-значения на диск. Теперь привод имеет интерфейс, который напрямую предоставляет функции KV через такой интерфейс, как Ethernet. Фактически, Stellus разработал протокол под названием KV over Fabrics, который реализует этот процесс сегодня; хотя и между узлами KV Store и узлами Data Manager.

Вычислительная память

Другое решение — использовать вычислительные накопители.Мы уже обсуждали эту технологию раньше. Например, NGD Systems позволяет передавать код на отдельные твердотельные накопители, который затем выполняет обработку сохраненных данных. Я уверен, что можно настроить твердотельные накопители для вычислительных хранилищ, чтобы они работали как отдельные платформы KV.

Возможно, что SmartNIC также можно использовать для реализации этой функции. Теперь нам просто нужно построить массивы хранения из стоек твердотельных накопителей NVMe и SmartNIC в корпусах.

Разгрузка

Каковы долгосрочные выгоды от переноса обработки в СМИ таким образом? Во-первых, есть очевидное преимущество передачи некоторой обработки процессорам на самих дисках.Приводы NGD Systems Newport потребляют незначительную дополнительную мощность, поэтому необходимо повысить эффективность.

Некоторые более продвинутые функции также могут быть выгружены,
такие как шифрование и дедупликация.
Накопители могут самостоятельно восстанавливаться при выходе из строя отдельных носителей за счет
воссоздание избыточных копий данных (сегодня платформа данных Stellus использует
защита от стирания кодирования).

Все эти усовершенствования направлены на уменьшение задержки и повышение пропускной способности, по сути, для использования всех возможностей отдельных твердотельных накопителей и дисков SCM.

Взгляд архитектора

Сегодня на рынке представлены и другие решения (например, VAST Data и Weka), которые также стремятся наилучшим образом использовать новые медиа. Высокий уровень масштабирования и производительности, предлагаемый этими платформами, подходит не каждой компании, но мы все чаще будем видеть, как традиционные решения отстают, поскольку описанные здесь варианты использования становятся все более распространенными. Масштабируемые высокопроизводительные хранилища объектов и файлов — это быстро развивающийся новый рыночный сегмент, популярность которого в ближайшее десятилетие будет только расти.


Пост № 42е1. Copyright (c) 2007-2020 Brookend Ltd. Воспроизведение полностью или частично без разрешения запрещено.

Стоимость единицы запроса для Azure Cosmos DB как хранилища значений ключа

  • 2 минуты на чтение

В этой статье

ПРИМЕНЯЕТСЯ К:
SQL API

Azure Cosmos DB — это глобально распределенная многомодельная служба базы данных для простого создания высокодоступных крупномасштабных приложений.По умолчанию Azure Cosmos DB автоматически и эффективно индексирует все принимаемые данные. Это позволяет выполнять быстрые и согласованные запросы SQL (и JavaScript) к данным.

В этой статье описывается стоимость простых операций записи и чтения в Azure Cosmos DB, когда он используется в качестве хранилища ключей и значений. Операции записи включают вставку, замену, удаление и вставку элементов данных. Помимо гарантии SLA доступности 99,999% для всех многорегиональных учетных записей, Azure Cosmos DB предлагает гарантированную задержку <10 мс для чтения и для (индексированной) записи на 99-м процентиле.

Почему мы используем единицы запроса (RU)

Производительность Azure Cosmos DB зависит от подготовленной пропускной способности, выраженной в единицах запроса (RU / s). Подготовка осуществляется на второй степени детализации и приобретается в единицах измерения в секунду (не путать с почасовой оплатой). RU следует рассматривать как логическую абстракцию (валюту), которая упрощает обеспечение необходимой пропускной способности для приложения. Пользователям не нужно думать о различии между пропускной способностью чтения и записи.Единая валютная модель RU повышает эффективность распределения выделенной емкости между чтениями и записями. Эта модель выделенной емкости позволяет службе обеспечивать предсказуемую и согласованную пропускную способность , гарантированно низкую задержку и высокую доступность . Наконец, хотя модель RU используется для описания пропускной способности, каждый предоставленный RU также имеет определенное количество ресурсов (например, память, ядра / ЦП и IOPS).

Как глобально распределенная система баз данных, Cosmos DB — единственная служба Azure, которая предоставляет комплексные соглашения об уровне обслуживания, охватывающие задержки, пропускную способность, согласованность и высокую доступность.Предоставляемая вами пропускная способность применяется к каждому региону, связанному с вашей учетной записью Cosmos. Что касается чтения, Cosmos DB предлагает несколько четко определенных уровней согласованности на выбор.

В следующей таблице показано количество RU, необходимых для выполнения операций чтения и записи на основе элемента данных размером 1 КБ и 100 КБ с отключенным автоматическим индексированием по умолчанию.

Размер изделия 1 прочт. 1 Запись
1 КБ 1 RU 5 RU
100 КБ 10 RU 50 RU

Стоимость чтения и записи

Если вы предоставляете 1000 RU / s, это составляет 3.6 млн RU / час и будет стоить 0,08 доллара за час (в США и Европе). Для элемента данных размером 1 КБ это означает, что вы можете использовать 3,6 миллиона операций чтения или 0,72 миллиона операций записи (3,6 миллиона RU / 5), используя предоставленную пропускную способность. При нормировании на миллион операций чтения и записи стоимость будет составлять 0,022 доллара США за миллион операций чтения (0,08 доллара США / 3,6 доллара США) и 0,111 доллара США за миллион операций записи (0,08 доллара США / 0,72 доллара США). Стоимость за миллион становится минимальной, как показано в таблице ниже.

Размер изделия Стоимость 1 миллиона чтений Стоимость 1 миллиона записей
1 КБ 0 руб.022 0,111 $
100 КБ $ 0,222 $ 1.111

Большинство базовых сервисов хранилищ больших двоичных объектов или объектов берут 0,40 доллара за миллион транзакций чтения и 5 долларов за миллион транзакций записи. При оптимальном использовании Cosmos DB может быть на 98% дешевле, чем эти другие решения (для транзакций 1 КБ).

Следующие шаги

Программное обеспечение

Pipe Flow ® Официальное

Программное обеспечение

Pipe Flow Expert используется проектировщиками трубопроводных систем и инженерами-гидротехниками более чем в 100 странах мира.Программа рассчитывает скорость потока, падение давления в трубопроводе и производительность насоса. Он может моделировать трубопроводные системы с несколькими точками подачи, сливными баками, компонентами, клапанами и несколькими насосами, включенными последовательно или параллельно.

Расчет необходимого напора насоса в трубопроводной системе

Копирование атрибутов трубы

Узнайте, почему инженеры более чем в 100 странах мира используют программное обеспечение Pipe Flow Expert

Часто задаваемые общие вопросы — Программное обеспечение Pipe Flow Expert

Часто задаваемые технические вопросы — Программное обеспечение Pipe Flow Expert

Программное обеспечение Pipe Flow Expert можно использовать для моделирования трубопроводных систем с несколькими трубами до более сложных систем с несколькими сотнями труб.Узнайте, как программное обеспечение Pipe Flow Expert Piping Design может помочь вам (точно так же, как оно помогает другим профессиональным инженерам в более чем 100 странах мира).

Программный калькулятор Pipe Flow Wizard можно использовать для определения расхода, падения давления, размера или длины трубы на основе расчета одной трубы. Узнайте, как калькулятор для одной трубы с мастером расчета расхода в трубе может помочь вам выполнять расчеты для трубы одной длины, экономя ваше время и усилия и повышая надежность расчетных результатов.

Программное обеспечение Pipe Flow Advisor можно использовать для расчета расходов в открытых каналах, определения времени опорожнения резервуаров и определения объемов различной формы. Узнайте, как программное обеспечение Pipe Flow Advisor для каналов и резервуаров может помочь вам в расчетах каналов, резервуаров и объемов.

Отличное программное обеспечение, отличный сервис.

Мартин Маурач, Национальный исследовательский совет, Канада

Программное обеспечение Pipe Flow Expert было необычным инструментом для меня в Джорджии-Тихоокеанский регион в течение почти 3 лет, которые я использую.
Это одна из лучших программ в своем жанре, которые я когда-либо использовал. .

Роберт Гастон, Джорджия-Тихоокеанский регион США

Pipe Flow Expert произвел революцию в нашей разработке , привнеся в нашу работу такой уровень знаний, который сыграл важную роль в достижении большей энергоэффективности в наших гидравлических системах. См. Полный электронный адрес Ала .

Эл Трасс, Fountainhead Group Consulting Ltd, Канада

Ваш отличный продукт просто превосходен … позвольте мне сказать, что я не могу достаточно высоко отзываться о PipeFlow, вашей поддержке и ваших продуктах.
См. Полное письмо Рика .

Рик Фуллер, инженер по гидравлическому моделированию, Ричмонд, Калифорния, США

Простота в использовании, непревзойденная ценность, непревзойденная поддержка!

Купите онлайн сейчас и получите лицензию в


Программное обеспечение Pipe Flow
Расположен в

Дом Спрингфилда, Уотер-лейн,
Уилмслоу,
Чешир,
СК9 5БГ,
Англия.
Телефон: +44 161 408 3569.
https://www.pipeflow.com.

Калькулятор расхода и Cv

Калькулятор расхода и Cv

Этот сайт лучше работает с включенным javascript.

C

V И КАЛЬКУЛЯТОР РАСХОДА

Это наш калькулятор клапана C v . Он позволяет рассчитать расход или C v (коэффициент расхода) , чтобы сделать видимой взаимосвязь между падением давления (разность давлений между двумя точками в сети, транспортирующей жидкость или газ) и расходом.

Использование этого калькулятора коэффициента расхода (C v ) приводит к стандартному расчету для сравнения производительности и размеров клапана для широкого диапазона применений. Тип и размер клапана или регулятора могут иметь важное влияние на производительность узла для передачи газа или жидкостей в системе.

Если у вас есть какие-либо сомнения относительно того, какой клапан выбрать для вашего приложения, обратитесь к одному из наших инженеров по продажам!

Тип клапанов / регуляторов.

Для достижения наилучшего результата в каждой области применения требуется подходящий клапан. Наши инженеры по продажам могут посоветовать вам подходящий клапан для вашей системы и лучшее соединение для вашего приложения. Более того, они могут порекомендовать интеграцию правильного клапана, правильного продукта и подходящего материала для других компонентов в вашей системе для обеспечения оптимальной производительности.

РЕГУЛЯТОРЫ КАК УПРАВЛЯЮЩИЙ ФАКТОР

Существует множество различных типов регуляторов, которые часто используются в качестве регулирующего фактора в динамических системах.Регулятор обеспечивает регулировку состояния системы, когда измеренное значение на выходной стороне отклоняется от желаемого значения. Teesing уделяет особое внимание контролю давления и расхода газов для промышленных применений и сверхвысокого давления.

Дополнительная информация?

Свяжитесь с нашими специалистами по продажам:

TEESING ПРОДАЖИ ИНЖЕНЕРЫ
NL: Тел.+31 70 413 07 00
CN: Тел. + 86- (0) 10-60576210
США: Тел. + (1) 973 383 0691
TW: Тел. + 886- (0) 3-5600560

Это предварительный просмотр страницы.

Принимать куки

Отклонить файлы cookie

Мы используем файлы cookie только для отслеживания посещений нашего веб-сайта, мы не храним никаких личных данных.Пожалуйста, обратитесь к нашей Политике конфиденциальности.

(PDF) Система хранения Matrix KV на базе устройств NVM

Micromachines 2019,10, 346 17 из 18

Ссылки

1.

Wong, H .; Raoux, S .; Kim, S .; Liang, J .; Reifenberg, J .; Rajendran, B .; Ашеги, М .; Гудсон, К. Фазовое изменение

памяти. Proc. IEEE 2010,98, 2201–2227. [CrossRef]

2.

Everspin выпускает самую быструю и надежную энергонезависимую память класса памяти. Доступно

онлайн: https: // www.everspin.com/news/everspin-releases-fastest-and-most-reliable-non-volatile-storage-

class-memory (по состоянию на 13 апреля 2016 г.).

3. Память Intel-Micron 3D XPoint. Доступно в Интернете: http://intel.ly/leICROa (по состоянию на 15 мая 2018 г.).

4.

Decandia, G .; Hastorun, D .; Jampani, M .; Какулапати, G .; Лакшман, А .; Пильчин, А .; Sivasubramanian, S .;

Vosshall, P .; Фогельс, В. Динамо: Магазин «ключ-значение» с высокой доступностью от Amazons. В материалах Двадцать первого симпозиума ACM SIGOPS по принципам операционных систем (SOSP ’07)

, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США,

, 14–17 октября 2007 г .; стр.205–220.

5.

Project voldermort: распределенная система хранения ключей и значений. Доступно в Интернете: https://www.project-

voldemort.com/voldemort/ (по состоянию на 22 мая 2019 г.).

6. Apache Cassandra. Доступно в Интернете: http://cassandra.apache.org (по состоянию на 20 мая 2019 г.).

7.

Leveldb: быстрая и легкая библиотека базы данных ключей / значений от Google. Доступно в Интернете: https: // github.

com / google / leveldb (по состоянию на 22 мая 2019 г.).

8.

Под капотом: создание и открытие исходного кода Rocksdb. Доступно в Интернете: https://www.facebook.com/notes/

facebook-engineering / under-the-hood-building-and-open-sourcing-rocksdb / 10151822347683920 / (доступ

22 мая 2019 г.).

9.

Акель, А .; Колфилд, A.M .; Моллов, Т.И .; Gupta, R.K .; Свонсон, С. Оникс: Прототип массива памяти

памяти с фазовым переходом. В материалах 3-й конференции USENIX по актуальным вопросам хранения и файловых систем

(HotStorage 2011), Беркли, Калифорния, США, 14 июня 2011 г.

10.

FusionIO. Демонстрация Open Compute Project 2013; ioScale и атомарные записи в DirectFS увеличивают производительность MySQL

до 70%. Доступно в Интернете: http://www.fusionio.com/overviews/open-compute-project-2013-

demo.pdf (по состоянию на 20 мая 2014 г.).

11.

Kannan, S .; Гавриловская, А .; Schwan, K .; Милойчич, Д. Оптимизация контрольных точек с использованием NVM в качестве виртуальной памяти

. В материалах 27-го Международного симпозиума IEEE по параллельной и распределенной обработке

(IPDPS 2013), Бостон, Массачусетс, США, 20–24 мая 2013 г .; стр.29–40.

12.

Dulloor, S.R .; Кумар, С.К .; Кешавамурти, А .; Lantz, P .; Суббаредди, Д .; Шанкаран, Р .; Джексон, Дж. Программное обеспечение системы

для постоянной памяти. В материалах 9-й Европейской конференции по компьютерным системам

(EuroSys 2014), Амстердам, Нидерланды, 14–16 апреля 2014 г.

13.

Lu, Y .; Shu, J .; Сан, Л. Затуманенное постоянство в транзакционной постоянной памяти. В материалах 31-й Международной конференции

по системам и технологиям массивных хранилищ (MSST 2015), Санта-Клара, Калифорния, США,

, 30 мая – 5 июня 2015 г.

14.

Wei, Q .; Chen, C .; Сюэ, М. Увеличение срока службы SSD с помощью постоянного управления метаданными в памяти.

В материалах Международной конференции IEEE по кластерным вычислениям (кластер, 2016 г.), Тайбэй, Тайвань,

, 12–16 сентября 2016 г .; С. 308–311.

15.

Swanson, S .; Колфилд, А. Рефакторинг, сокращение, переработка: реструктуризация стека ввода-вывода для будущего хранения.

Компьютер 2013,46, 52–59. [CrossRef]

16.

Каннан, С.; Arpaci-Dusseau, A.C .; Arpaci-Dusseau, R.H .; Wang, Y .; Xu, J .; Палани, Г. Разработка настоящей файловой системы прямого доступа

с помощью DevFS. В материалах 16-й конференции USENIX по файлам и хранилищам

Technologies (FAST 2018), Окленд, Калифорния, США, 12–15 февраля 2018 г.

17.

Колфилд, A.M .; Моллов, Т.И .; Eisner, L.A .; ДЭА.; Coburn, J .; Swanson, S. Обеспечение безопасного доступа пользователя к

быстрым твердотельным дискам. ACM SIGARCH Comput. Archit. Новости 2012,40, 387–400.[CrossRef]

18.

Oukid, I .; Lasperas, J .; Nica, A .; Willhalm, T .; Ленер, В. FPTree: гибридное scm-dram постоянное и параллельное b-дерево

для памяти класса хранения. В материалах Международной конференции по управлению данными

2016 г. (SIGMOD 2016), Сан-Франциско, Калифорния, США, 26 июня — 1 июля 2016 г .; С. 371–386.

19.

Eisner, L.A .; Моллов, Т .; Суонсон, С.Дж. Quill: использование быстрой энергонезависимой памяти путем прозрачного обхода файловой системы

; Департамент компьютерных наук и инженерии Калифорнийского университета: Сан-Диего, Калифорния,

, США, 2013.

20.

Волос, Х .; Tack, A.J .; Свифт, М. Мнемозина: легкая постоянная память. ACM SIGPLAN Нет.

2011

,

46, 91–104.