Устройство для моделирования движения газа в газопроводах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОПРОВОДАХ, содержащее цепочку из последовательно соединенных моделей участков газопровода , при этом каждая из моделей участков га:зопровода содержит функциональный преобразователь, первый накопительный конденсатор и источник постоянного напряжения, причем функциональный преобразователь выполнен на транзисторах, базы которых объединены и соединены с первой обкладкой первого накопительного конденсатора своей модели и образуют токовый выход функционального преобразователя, который является токовым выходом модели , коллекторы транзисторов в каждой модели через, соответствующие настроечные резисторы присоединены к токовому входу функционального преобразователя, который является токовьм входом модели, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены генератор периодического напряжения, а каждая модель участков газопровода дополнительно содержит ключ, компаратор, второй, третий и четвертый накопительные конденсаторы и переключатель, состоявши из двух пар неподвижных и одной пары подвижных контактов, при этом первая пара неподвижных контактов переключателя соединена соответственно с первой и второй обкладками первого накопительного конденсатора, вторая пара неподвижных контактов - с источником постоянного напряжения, а пара подвиясных контактов переключателя соединена с первой и второй обкладками BTojJoro накопительного конденсатор а, вторая обкладка первого накопительного конденсатора через соответствующие настроечные резисторы присоединена к эмиттерам транзисторов функционального преобразователя,выход функционального преобразователя подключен к первым обкладкам третьего и четвертого накопительных конденсаторов и первому входу компаратора, второй вход которого соединен с генератором периодического напряжения, выкод .компаратора соединен с управляющим входом ключа, информационный вход . которого подключен ко второй обкладке третьего накопительного конденсатора , выход ключа соединен со второй обкладкой четвертого накопительного конденсатора и шиной нулевого потенциала, токовый вход первой модели участков газопровода является токовым входом устройства, вход нулевого потенциала первой модели участков газопровода соединен с шиной нулевого потенциала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g g G 06 G 7/57

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3474909/18-24 (22) 21.07.82 (46) 15.05.84. Бюл. Р 18 (72) Ю.М.Бастриков, В.И.Великий, В.Е.Прокофьев, С.Т.Тихончук и А.В.Фрид (71) Одесский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 220644, кл. С 06 С 7/57, 1Р67

2. Авторское свидетельство СССР

11- 525127, кл. С 06 С 7/57, 1974 (прототин). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОПРОВОДАХ, содержащее цепочку из последовательно соединенных моделей участков газопровода, при этом каждая из моделей участков газопровода содержит функциональный преобразователь, первый накопительный конденсатор и источник постоянного напряжения, причем функциональный преобразователь выполнен на транзисторах, базы которых объединены и соединены с первой обкладкой первого накопительного конденсатора своей модели и образуют токовый выход функционального преобразователя, который является токовым выходом модели, коллекторы транзисторов в каждой модели через. соответствующие настроечные резисторы присоединены к токовому входу функционального преобразователя, который является токовым входом модели, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в, SU„„1()92 32 него введены генератор периодического напряжения, а каждая модель участков газопровода дополнительно содержит ключ, компаратор, второй, третий и четвертый накопительные конденсаторы и переключатель, состоящий иэ двух пар неподвижных и одной пары подвижных контактов, при этом первая пара неподвижных контактов переключателя соединена соответственно с первой и второй обкладками первого накопительного конденсатора, вторая пара неподвижных контактов — с источ" ником постоянного напряжения, а пара подвижных контактов переключателя соединена с первой и второй обкладками второго накопительного конденсатора, вторая обкладка первого накопительного конденсатора через соответствующие настроечные резисторы присоеди" нена к эмиттерам транзисторов функционального преобразователя, выход функционального преобразователя подключен к первым обкладкам третьего и четвертого накопительных конденсаторов и первому входу компаратора, второй вход которого соединен с генератором периодического напряжения, вьзход компаратора соединен с управляющим входом ключа, информационный вход l

I которого подключен ко второй обклад1 ке третьего накопительного конденсатора, выход ключа соединен со второй обкладкой четвертого накопительного конденсатора и шиной нулевого потенциала, токовый вход первой модели участков газопровода является токовым входом устройства, вход нулевого потенциала первой модели участков газопровода соединен с шиной нулевого потенциала.

Иэобрет> ение r> f kiîclfòc;! к ап !лог 0 30му модел!?рова)п!!о.

)!звестна >устройства «fk.i» маделе1рования движе!Гия газа B газопроводах содержащее конденсаторы, нел!!!) ей!ны

УПРЯНЛЯBМЕ>!О Р Е3 ИС ТОРI>1 БЫПРЯМHТ(?ЛИ истОчники така кесуще!й час ГОты усилитель-модулятор, трансформатор, делитель напряжения, диоры„ резисторы е.1 ).

Недостатком аналога является низкая 70)lkiocTL модслиропяпия, Наиболее близким техн )ческ!Ем реш:— нием к изобретению являетсл устройсгBo для моделирования дги)кения газа в 1 азаправадах, состояп ее иэ звеньев, каждое из котсрь!х содержит емкостпой элемент., первый кусочНо ЛИНСЙПЫЕI Е>)У!!КЦ1>ана kf1>fkI IIPOOOP230 * натель„выхо".! которого соеди1!ен са входом емкостног0 элемента, и последанатепьна соединен):1!с первый эмиттерlII>IÉ пoÂтoiÝHòeпь ) B> TopОЙ ку- сОчнО линейныйl фу))кциОИЯ,!ьный lip p 0>3 разователь и второй амиттерпый IIQB торитель, 1:. другому входу которого подкл!Очек выход емко стно гo элемента, а ВЫХОД ВтоРOr C Э! IlттЕРНОГО;!О13ТОРИТЕЛ» соединен с,другим вь:ходом в то ) o гс

К) Са >!НО .!III!! e)й ПО Го f!)>»f fif (lfo kl ckrf L На > 0 преобразователя, пре!)",e. f !зход пе-,)НОГО 31!!1ттер130ГО пав, Орите.lя ка;!,да""О предь!дущегo звена подключен ко вхоцу пе1)БОГО K"ó" сычI!О л>и Iekfkior i!)$>1!! Циа!! . . ь ного преобразователя каждо) о послсдуl0щсГО 3>3е> я) а )еpg Гаи Bf>fкод ь 9 рого кусоч)!о-лине!!Наго преобразователя каждого пре.-,ыдущегo Baена соединен с пыхадом п,opoãа эмиттср- . ного повторителя каждого паследуощего,и

> .> зне:a (2 "!.

Недостаткам да!!Нага устройс-.BЯ является низкая та:IHàñòü моделираняния. ! этом устройстве выход!.! псех звеньев соединены с oтрие)е!Те)!ЬПЕ,-.: пОЛОсОм ОбщеГО ис 1 Очн!1ка и!1тсЕИ!1» первь)х функциональных преобразоват"елейй через развязь!Няющие диоды„ которые всегда открыты, следопательНо ) при идеяльllых диОдах пате!хц!1с!ль)

BIIx0poB всех звеньев coBiiafr;uО . По:— кОльку вход каждОГО звена ),Kроме первого) соединен с выходом предыдущего звеня, то разность потенциала между входам и выходом л10бога звена (кроме первогo),, а значит . .-., ток протекя!Оший через это эпено, ранны нулю. При этом ток от !Иодели

I>>cточника га3а протекает через пер ..o å звено, а затем в обход всех осты)ьных звеньев через общий истач-!!ик питания попадает в модель потребителя la3a. Погрешность моделирования непрерывности газового потока ранка 1007.

И=.-за Hekfäåaëüíoñòë диодов часть

Общего тока протекает через все звенья; погрешность моделирования в этом случае определяется разбросом вольт-амгерных характеристик диодов, который достигает десятков процентов.

Кроме того, в данном устройстве емкостной элемент включен между выходом звена и управляемым источникам напряжения, собранным на первом и втором эмиттерных повторителях и втором кусочно-линейкам преобразопагеле. Поскольку так .-;ереэ емкость !!ропорцпонален производной от разности потенциалов на ее какцах, то в этом случае, во-первых, усиливаются высокочастотные шумы активных элементов (транзисторов) повторителей и преобразователя, а во-вторых, происходит рязрьевы зависимости эквивален най емкости от узлового пстенциала в o-!ках 1:злама характеристики преоб,:а 30ватсля. Укаэанные Ifричины также

:. !1!3)1::.!IОТ тОчнОсть моделирования .

Цель изобретения — говышекие I О.-!н эсти моделирования.

Пастанпенная цель достигается т.м, чтс 13 устройство для маделиро:--а-:;!!я движения газа B газопроводах, содержащее цепочку из последовательно соединенных мод лей участков газопровода, при этом каждая из моделей )часткoB газопровода содержит функциО!!Яльный преобразователь, первый како:!ительный конценсатар и источ 1як --:остояннога нап!ря)!!ения, причем функциональный преобразователь выполнен за транзисторах, базы которых объе,>,!ïIeI!>BI и саед)ПЕены с первой сбкладкой .. еЕ)на о 1! Е!Копите >)Еэка ГО КОНдеH СаТОра своей модели и Образуют токовый вlяха,:..! !1)ункцианяльнагс преобразователя, который является токовым выходам модели, коллекторы тракзисгорап к к;.,)Кдой модели через соот=-.етс; )зу:ощие настроеч ые резисторы

Е!РИСОЕДI. ИЕНЫ К TOKOBOI!У 13ХОДУ ФУНК циональнсго преобразователя, который является токовым нхоцам модели, введены генератор периодического напрях;ени;1, а каждая модель участков газопровода. цопалнителька содержит

1092532 (2) напряжением U,.

d U.

i1-1

55 (>) 3

dt (3) ключ, компаратар, второй, третий и четвертьй накопительные конденсаторы и переключатель, состоящий из двух пар неподBHiKHbIx и одной пары подвижных контактов, при этом первая пара неподвижных контактов переключателя соединена соответственно с первой и второй обкладками первого накопительного конденсатора, вторая пара неподвижных контактов — с источником постоянного напряжения, а пара подвижных контактов переключателя соепиненас первой и второй обкладками второго накопительного конденсатора, вторая обкладка первого накопительного конденсатора через соответствующие настроечные резисторы присоединена к эмиттерам транзисторов функционального преобразователя, выход функциональнога преобразователя подключен к первым обкладкам третьего и четвертого накопительных конденсаторов и первому входу компаратора, второй вход которого соединен с генератором периодического напряжения, выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, информационный вход которого подключен ко второй обкладке третьего накопительного конденсатора, выход ключа соединен са второй обкладкой четвертого накопительного конденсатора и с шиной нулевого потенциала, токовьй вход первой модели участков газапровода является токовым входом устройства, вход нулевого потенциала первой модели участков газопровода соединен с шиной нулевого потенциала.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит генератор периодического напряжения 1, источник постоянного напряжения 2, модели участков газопровода 3, соединенные последовательно, такавьй вход 4 каждой последующей модели соединен с токовым выходом 5 каждой предыдущей модели, шину второго нулевого потенциала 6, функциональный преобразователь 7 с транзисторами 8, настроечные резисторы 9 и 10, первьй 11 и второй 12 накопительные конденсаторы, первая 13, 14 и вторая 15, 16 пары неподвижных контактов переключателя 17, пара подвижных контактов 18, 19 переключателя, компаратор 20, третий 21 и четвертый 22 накопительные конденсаторы и ключ 23.

Устройство для моделирования движения газа в газопроводах работает следующим образом.

При подаче на вход модели участка . газопровода 3 напряжения Б; от предыдущей модели или от модели компрессионной станции »а первую модель через функциональный преобразователь 7 через токовьй выход протекает ток

10 Т;,„ . Источником питания преобразователя 7 служит первый накопительный конденсатор 11, который периодически подразряжается от второго накопительного конденсатора 12, когда подвижные

15 контакты 18, 19 переключателя 17 соединены с первой парой неподвижных контактов 13 и 14 соответственно.

Второй накопительный конденсатор 12 периодически заряжается от источника

20 постоянного напряжения 2 через вторую пару неподвижных контактов l5 и 16.

Возникающие изменения напряжения из-за перезаряда емкостей при достаточно большой емкости конденсаторов

11 и 12 и высокой частоте коммутации переключателя значительна меньше порога отпирания эмиттерных переходов транзисторов 8 функционального преобразователя, чем в прототипе и

30 на его работу не влияют.

Согласно "23 имеем квадратичную зависимость между падением напряжения на преобразователе и током, протекающим через него

;+1 — 1 1 где U; — выходное напряжение модели, Ь1 — постоянный коэффициент.

40 Так как при любам положении переключателя 17 цепь питания преобразователя 7 изолирована от источника постоянного напряжения 2, то входной ток I . .следующей модели

1" 1

45 в точности равен разности тока I; и тока It, через накопительные конденсаторы 21 и 22 т

1+1 l С

Ток I связан с соотношением где t — время, S, -эквивалентная инверсная емкость контура с конден t092532 саторами 21 и 22 и ключа 23, зависящая от коэффициента заполнения импульсов на выходе компаратора 20.

Эквивалентная емкость контура С> зависит от емкости конденсаторов 21 и 22, соответственно С < и Со, периода следования импульсов Т генератора 1, длительности импульсов и определяется по формуле о(о

С ()

Э т(С + С )-тС, Формула (4) получена в соответствии с тем, что при наличии импульса на втором входе компаратора ключ

23 замкнут и емкость контура равна (С +С ). В паузе между импульсами ключ 23 разомкнут и емкость контура равна Со °

Инверсная емкость $, полученная из формулы (ц), равна

S о

Г

$ $ ()=,. - )

0 У (3)

$ +$

25 о ,4 где = — " коэффициент заполнения.

Т

Следовательно, эквивалентная инверсная емкость контура определяется коэффициентом

Фронты импульса на выходе компаратара 20 формируются в момент равен— ства О„.,„ и выходного сигнала П генератора периодического напряжения ).ss

Поэтому при изменении Б,„ значение меняется по закону, определенному формой напряжения U (t). Соответствующим заданием этой формы можно реали=",oâà7ü зависимость

S (Z(U„.,„)j = Ь,-(О,,„, (6) где Ь вЂ” постоянный коэффициент.

Для линейной функции S(y) уравнение (6) имеет место, если основная ветвь периодической функции

U (t) имеет форму параболы.

Иэ уравнений (2), (3) и (6) находим и U. — - - -"- = Ь, U„., (I,- „,„). (7)

dt

Уравнения (1) и (/) описывают движение газа в газопроводе при условии, что электрическое напряжение соответствует квадрату давления, а ток — расходу газа (2).

Таким образом, благодаря введению новых элементов в предлагаемом устройстве исключены имеющиеся в прототипе погрешности моделирования непрерывности газового потока и зависимости эквивалентной емкости от узлового потенциала. Кроме того, обеспечивается подавление высоко частотных шумов, так как выход емкост ного элемента соединен с EHHQA нуле1 вого потенциала.