Устройство для моделирования трубопроводных систем

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования различных трубопроводных систем, в частности систем водоснабжения. Цель изобретения - повьшение быстродействия. Устройство включает сеть резксторов, соединенных согласно топологии исследуемой трубопроводной системы, биполярные источники тока, бипслярные источники напряжения, блок управления . Устройство позволяет определить величины напоров (давлений) на выходах насосных станций для любого их геодезического месторасположения при заданных величинах узловых отборов в автоматическом режиме работы. 2 ил. е

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 06 G 7/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4144549/24-24 (22) 10.11;86 .(46) 30.09.88. Бюл. У 36 (71) Казахский государственный университет им. С.М.Кирова (72) А.Т.Лукьянов, А.Т.Любушкин . и Е,И.Колодезной. (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 750520, кл. С 06 G 7/50, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Н 142046, кл. G 06 G 7/50, 1960. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и пред„„SU„„ИЛЗВЗ А1 назначено для моделирования различных трубопроводных систем, в частности систем водоснабжения. Цель изобретения — повышение быстродействия.

Устройство включает сеть резисторов, соединенных согласно топологии исследуемой трубопроводной системы, биполярные источники тока, биполяр ные источники напряжения, блок управления. Устройство позволяет определить величины напоров (давлений, на выходах насосных станций для любого их геодезического месторасположения при заданных величинах узловых отборов в asòoèaòè÷åском реявшие работы. 2 ил.

1427393

Изобретение относится к области устройств аналоговой вычислительной техники и предназначено для моделирования различных трубопроводных систем, в частности систем водоснабже5 ния. Устройство может быть использовано автономно или в составе устройств оперативного управления установившихся и неустановившихся режимов 10 гидравлических, газовых, вентиляционных и т.п. сетей.

При моделировании расчетных схем трубопроводных систем решается система алгебраических уравнений, основу которых составляют законы сохранения массы и энергии.

Для расчетов используется геометрически подобная схема реальной сети.

Такая схема, состоит из i ветвей (i

1, 2,..., М), j узлов (j=1,2,...„И) и r линейно независимых контуров (r

1, 2,..., L). Стационарное течение по каждой i-й ветви может быть описано зависимостью 25 (3-!

h,+н,=s (цД где h „- мера удельной кинетической энергии потока, определяемая перепадом давления на концах ветви;

Н, — удельная кинетическая энергия, подводимая к ветви, или циркуляция (для пассивной ветви Н, =О), S,« — сопротивление ветви, 35

q; — расход, т.е. количество жидкости (газа), проходящей через поперечное сечение эа единицу времени, если q; » 0 направление потока совпада- 40 ет с выбранной ориентацией ветви, q; (0 — в противном случае, P — - показатель степени, характеризующий изменение потерь 45 напора в зависимости от расходов и соответствующий типу моделируемой сиетемы (P=2 для систем водоснабжения и тепловых сетей, /3 = 50

1,75 для нефтепроводов и т.п.).

В каждом узле должен соблюдаться материальный баланс: и

2.ч;„= QÄ ° =

Алгебраическая сумма берется по всем i-м ветвям, имеющим общий j-й узел, причем ; — заданный расход в

1-м узле (Я с О, если в 1-м узле находится потребитель и Q v О, если речь идет об источнике). Значения Q должны иметь общий нулевой баланс по всем узлам цепи: м

2 (0.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства и эа счет этого возможность оперативного выбора различных законов управления для трубопроводных систем.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для моделирования трубопроводных систем; на фиг.2 — блоксхема управляющего генератора и блока управления.

Устройство для моделирования тру- бопроводных систем (фиг. 1) содержит блок 1 моделирования потребителей и резервуаров, выполненный на биполярных источниках 2 тока, блок 3 моделирования источников сети, выполненный на управляемых биполярных источниках 4 напряжения, сеть 5 резисторов и блок 6 управления. Блок 6 содержит

И иде! . ччных управляющих генераторов

7, каь ..„,!й из которых (фиг:2) выполнен из компараторов 8, (N-И+1)-входового элемента И 9, двух ключей 10, 11, биполярных источников 12 напряжения и интеграТора 13, где M - число потребителей и резервуаров, а N — число источников сети.

Устройство работает следующим образом. Для проведения расчетов по увязке сети (определению потокораспределения при заданных величинах узловых отборов сети) и автоматическому определению величин напоров и расходов на каждом из источников 2 блока

1 моделирования потребителей и резервуаров 1 производится выставление величин токов, соответствующих заданным узловым отборам моделируемой системы. Перевод гидравлических единиц измерения в электрические производится по линейной зависимости. В граничных точках сети 5 установятся произвольные значения потенциалов Ц .

На источниках 12 напряжения, подключенных через компараторы 8 к элементу И 9, выставляются напряжения V соответствующие геодезическому уровню той точки трубопроводной системы (плюс минимально необходимое давление), к которой подключен данный вход

27393

f5

45

55

3 14 блоКа 6 управления. Возможны три случая начального состояния элементов устройства.

1. Напряжение U<, U,,..... .U управляемых биполярных источников напряжения 4 вьппе требуемых расходов.

2. Часть напряжений, например U<, U,... U<, источников напряжения 4 выше, а часть напряжений Уп+,,... 0п источников напряжения 4 ниже требуеmac расходов, Ъ. Напряжения U< U< оп источников напряжения 4 ниже требуемых расходов.

В первом случае потенциалы U граничных точек сети 5 выше требуемых, что приводит к случаю, когда потенциалы узловых точек сети 5 выше заданных потенциалов V> на источниках 12, подключенных к компараторам

8. Следовательно, в каждом из генераторов 7 на выходах компараторов 8, подключенных к входам элементов И 9, сигнал равен "1", что приводит к включению тех компараторов 8, выход которых подключен к управляющему входу ключа 11. Следовательно, компараторы 8 произведут включение ключей 11, т.е. на вход всех интеграторов 13 будет подано постоянное напряжение источни ка 12 отрицательной полярности. Каждый из интеграторов 13 начнет выдавать линейно убывающее напряжение, что приводит к уменьшению напряжений

U, U,... Пя на выходах источников

4 напряжения.

Уменьшение всех напряжений U

U,..., U будет происходить до тех пор, пока потенциалы каждой из узловых точек сети 5 будут больше потенциалов 7, соответствующих геодезическому уровню этих точек. Как только потенциал одной из узловых точек станет меньше соответствующего V> произойдет переключение элемента И 9 ° тех управляющих генераторов 7, к которым подключена данная узловая точка сети 5.-Переключение элементов И 9 .этих генераторов 7 вызовет отключение их первых компараторов 8, т.е. отключение ключей 11 и включение тех компараторов 8, входы которых подключены к управляющим входам ключей 10, что приводит к включению данных ключей 10 этих генераторов 7. Следовательно, на вход интеграторов 13 будет подано постоянное напряжение источника 12 положительной полярности.

Каждый из этих интеграторов начнет выдавать линейно возрастающее напряжение, что приведет.к возрастанию напряжений источников 4 и т.д.

Переходный режим работы устройства (т.е. время получения решения) закончится тогда, когда в устройстве установится режим динамического равновесия. Значения напряжений на каждом из источников 4 в этом случае соответствует искомым расходам в узловых точках моделируемой трубопроводной системы.

Второй случай начального состояния элементов устройства соответствует первому случаю, если последний рассматривать с момента времени Т .

Переходный процесс в этом случае будет протекать до тех пор, пока также не установится режим динамического равновесия.

Третий случай начального состояния элементов устройства отличается инверсией напряжений по отношению к первому случаю. Следовательно, процесс установления динамического равновесия начнется с того, что интеграторы 13.всех генераторов 7 начнут выдавать линейно возрастающие напряжения. Переключения полярности постоянного напряжения источников 12, соответствующих интеграторов 13 будут происходить таким же образом, как описано ранее. Следовательно, и

35 в этом у ае наступит pew динж1ического равновесия, что соответствует получению искомого решения.

Таким образом, топологическое распределение искомых напоров H в тру1 бопроводной системе моделируется распределением потенциалов U ;, Причем работа устройства не входит в режим генерации автоколебаний и резонанса, так как в ней отсутствуют положительные обратные связи блока 6 управления от сети 5. Более того модель обладает структурной устойчивостью, так как объекты такого рода имеют большую степень затухания возмущенных воздействий за счет отрицательной обратной связи.

Формула изобретения

Устройство для моделирования трубопроводных систем, содержащее сеть резисторов, соединенных согласно топологии исследуемой трубопроводной

5 14 системы, каждый из М выходных полюсов сети резисторов через биполярный источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, а каждый из N (где N— число источников сети) входных полюсов сети резисторов подключен к первому выводу биполярного управляемого источника напряжения, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления, вторые выводы биполярных управляемых источников напряжения подключены к шине нулевого потенциала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, выходные полюса сети резисторов соединены с входами блока управления, причем блок управления выполнен в виде М управляющих генераторов, каждый иэ которых содержит биполярные источники напряжения, компараторы, первый и второй ключи, (N-М+1)-входовый элемент И (где M — число потребителей и резервуаров) и интегратор, 2?393 6 выход которого является выходом управляющего генератора и соединен с соответствующим выходом блока управления, вход интегратора подключен к первым выводам первого и второго ключей, между вторыми выводами которых подключен биполярный источник напряжения, выход (0-M-1)-входового элемента И соединен с первыми разнополярными входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго

1б компараторов соединены с управлякнщьг.. ми входами первого и второго ключей соответственно, входы элемента И подключены к выходам остальных компараторов, первый и второй входы каждого из которых соединены соответственно через биполярный источник напряжения с шиной нулевого потенциала и с входом управляющего генератора, подключенным к,соответствующему входу блока управления.

1427393 иг.

Составитель А.Яицков

Редактор О.Спесивых Техред М.Ходанич Корректор М.Васильева

Заказ 4854/46

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4