Устройство для моделирования движения газа в газопроходах

 

+ ЮФ

«С Ь. « Ф.мтюза

ФМЬ -:: ее гафур

=&% А ® 4Щ (и) 525I27

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.05.74 (21) 2025584/24 с присоединением заявки № (51) М. Кл. G 06G 7/57

ГасУдаРственный-комитет (23) Г1риоритет

Совета Министров CCCP по влам .изобретений и открытий

Опубликовано 15;08.76. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 26.10.76 (53) УДК 681,333(088.8) (72) Авторы изобретения

И. В. Ткаченко, 3. T. Галиуллин, А. Ф. Комягин и А. И. Сергеев (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОПРОВОДАХ (1) (2) Изобретение относится к области электроаналогового моделирования и позволяет решать задачи нестационарного движения газа в трубах при исследованиях, проектировании, расчетах и эксплуатации магистральных газопроводов, систем магистральных газопроводов и городских газовых сетей.

Электрический аналог динамического IIoToка газа может быть представлен цепочкой звеньев, состояние каждого из которых описывается системой уравнений

U — U>, > —— b,I>

dU«, ц

== b, U 1 I(1; — 1 + т), dT где Ui, Uj+f — напряжение (аналог квадрата давления) на входе и выходе звена;

1ь 11+т — ток (аналог расхода газа) на входе и выходе звена;

Т вЂ” аналог времени.

Известно устройство для моделирования движения газа в газопроводах, содержащее звенья, состоящие из емкостных элементов.

Недостатком такого устройства является низкая точность моделирования.

С целью увеличения точности моделирования в предлагаемом устройстве каждое звено дополнительно содержит первый кусочно-линейный функциональный преобразователь, выход которого соединен со входом емкостного элемента, и последовательно соединенные первый эмиттерный повторитель, второй кусочно-линейный функциональный преобразователь и второй эмиттерный повторитель, к другому входу которого подключен выход емкостного элемента, а выход второго эмиттерного повторителя соединен с другим выходом

10 второго кусочно-линейного функционального преобразователя, причем вход первого эмиттерного повторителя каждого предыдущего звена подключен ко входу первого кусочнолинейного функционального преобразователя

15 каждого последующего звена, а другой выход второго кусочно-линейного преобразователя каждого предыдущего звена соединен с выходом второго эмиттерного повторителя каждого последующего звена.

20 На фиг. 1 представлена функциональная схема звена; на фиг. 2 — принципиальная схема звена.

Устройство состоит из звеньев 1, в каждом из которых кусочно-линейный функциональ25 ный преобразователь 2 включен между входом и выходом звена. К выходу звена подключен вход эмиттерного повторителя 3, в нагрузке которого включен кусочно-линейный функциональный преобразователь 4. Эмит30 терный повторитель 3 служит для повышения входного сопротивления кусочно-линейного функционального преобразователя 4 и уменьшения влияния его входных характеристик на паоаметры звена.

Выход этого преобразователя подключен ко входу эмиттерного повторителя 5, к другому входу которого подключен емкостный элемент

6, вход которого подключен к выходу звена.

Другой выход кусочно-линейного функционального преобразователя 4 соединен с выходом эмиттерного повторителя 5.

Кусочно-линейный функциональный преобразователь 2 образует элемент с нелинейным сопротивлением, а эмиттерные повторители

3 и 5, емкостный элемент 6 и кусочно-линейный функциональный преобразователь 4 образуют элемент с нелинейной емкостью.

Звенья соединены таким образом, что выходы всех эмиттерных повторителей 5 объединены, а выход первого функционального преобразователя 2 каждого предыдущего звена подключен ко входу первого кусочно-линейного преобразователя каждого последующего звена.

Кусочно-линейный функциональный преобразователь 2 выполнен на транзисторах.

Базы всех транзисторов 7 объединены и образуют токовый выход преобразователя, а их коллекторные выводы через настроечные резисторы 8 присоединены к токовому входу преобразователя. Эмиттерные переходы транзисторов 7 через развязывающий диод 9 и подстроечные резисторы 10 запитываются от общего для всех звеньев источника питания

11. Кусочно-линейный функциональный преобразователь 4 построен по такому же принципу, но в отличие от предыдущего к его токовому входу подключен переменный резистор

12. Эмиттерный повторитель 3 выполнен на транзисторе 13, который своим базовым входом подключен к выходу звена, а эмиттером к переменному резистору 12.

Эмиттерный повторитель 5 выполнен на транзисторе 14, базовый вход которого подключен к движку потенциометра 12, а эмиттер к нагрузочному резистору 15. Между эмиттером транзистора 14 и выходом звена включен емкостный элемент 6. Питание эмиттерных повторителей 3 и 5 осуществляется от общего для всех звеньев источника питания

16. Источник 17 так же является общим для всех звеньев.

Работает устройство следующим обр азом.

При подаче на вход звена напряжения U; от предыдущего звена или от модели компрессорной станции или модели другого источника газа в случае первого звена, через кусочно-линейный функциональный преобразователь 2 протекает ток Ii. Часть этого тока 1;+ поступает на вход следующего звена или модели газопотребления в случае последнего звена.

Другая часть тока 11 — 1 поступает в емкостный элемент 6 для напряжения 14, на котором справедливо

4 1 1с с т с, (3) При малых значениях Ii ток протекает через все резисторы 8 и соответственно коллекторные переходы транзисторов 7 преобразователя 2. Общее сопротивление цепи при этом будет определяться параллельным соединением всех резисторов 7.

При возрастании тока Ii в зависимости от величины сопротивления на одном из транзисторов наступает режим насыщения коллекторного перехода; при дальнейшем увеличении тока I, возрастают лишь токи через нена15 сыщенные коллекторы транзисторов. При этом динамическое сопротивление цепи будет определяться параллельным соединением резисторов в цепях ненасыщенных коллекторов.

Подбором величин сопротивлений 10 и 8 мож2О но добиться практически любой зависимости между током, протекающим через преобразователь, и падением напряжения на нем. Применительно к данному случаю это соотношение имеет вид

25 2

Ui — Ui+i = slII . (4) (7) а с учетом соотношения (6) находим

К1 1Л+ = Uc. (8)

Дифференцируя обе части этого выражения по Т и используя соотношение (3), окончательно получаем

Щ

65 dT

= b, PUi+i (1 — 1+1) (9) Таким образом моделируется первое уравнение системы уравнений 1 и 2. Напряжение, образующееся на выходе звена Ui <, подается

30 на базу транзистора 13 эмиттерного повторителя 3. Напряжение в эмиттерной цепи этого транзистора, приложенное к кусочно-линейному функциональному преобразователю 4, также имеет значение Uiqi. Этот преобразова35 тель работает аналогично преобразователю 2.

При этом значения резисторов 8, 10, 12 подбирают таким образом, что между током через этот преобразователь In и приложенным к нему напряжением имеет место соотношение

1n — — 1А+ . (5)

Тогда напряжение Un, снимаемое с движка переменного резистора 12, определяется соотношением:

Un = 1А+ — Кп1 А+в (6) где R, — величина сопротивления между эмиттером транзистора 13 и движком переменного резистора 12.

50 Напряжение У подается на базу транзистора 14 эмиттерного повторителя 5, на резисторе

15 нагрузки которого выделяется это же значение напряжения. Тогда для напряжения на выходе звена получаем

U1+i = Uc + Un, 525127 где

1з2

1 пСО

Формула изобретения

+A/2 f

Фиг.2

Составитель С, Белан

Техред 3. Тараненко

Корректор Е. Хмелева

Редактор В. Филиппова

Заказ 2254/1 Изд. № 1706 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Это уравнение совпадает со вторым уравнением системы уравнений 1 и 2.

Таким образом данное звено целиком моделирует эту систему.

Устройство для моделирования движения газа в газопроводах, содержащее звенья, состоящие из емкостных элементов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения точности моделирования, в нем каждое звено дополнительно содержит первый кусочно-линейный функциональный преобразователь, выход которого соединен со входом емкостного элемента, и последовательно соединенные первый эмиттерный повторитель, второй кусочнолинейный функциональный преобразователь и второй эмиттерный повторитель, к другому входу которого подключен выход емкостного элемента, а выход второго эмиттерного повторителя соединен с другим выходом второго кусочно-линейного функционального преобразователя, причем вход первого эмиттерного повторителя каждого предыдущего звена подключен ко входу первого кусочно-линейного функционального преобразователя каждого последующего звена, а другой выход второго кусочно-линейного преобразователя каждого предыдущего звена соединен с выходом второго эмиттерного повторителя каждого последующего звена.!

I юьм м

1 ! !

-Д