Устройство для расчета режимов трубопроводных сетей

СОЮЗ СОВЕТСНИХОсссссссссссскРЕСПУБЛИН р С 06 Е 15/56. НОМИТЕТ СССРТЕНИй И ОТНРЦТИ АРСТВЕНН ЛАМ ИЗО ИЙ,. ЕТ 21) 32 22) "2 зурч енко САНИЕ ИЗО ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт проблем моделирования в энергетике АН Украинской ССР (,53) 681.333(088.8)(56) 1. Патент Великобритании М 1289062, кл, МА, опублик. 1972.2. Авторское свидетельство СССР й 517900, кл . О 06 Р 15/56, 1976 .3, Пухов Г, Е., Кулик М. Н. Гибридное моделирование в энергетике. Киев, "Наукова думка", 1977. с, 135 (прототип) .(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ, содер" жащее блок памяти сопротивлений ветвей, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход - к входу блока вычисления, уравновешивающих воздействий, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности расчета, в него введены блок памяти номеров узлов, блок памяти номеров ветвей, ". блок памяти уравновешивающих воздействий, блок вычисления узловых напоров, блок памяти. узловых напоров элемент И, четыре элемента ИЛИ, коммутатор уравновешивающих воздействий, блок памяти узловых расходов и блок сравнения, причем первый выход блока управления подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соответственно подключены к адресным входам блоков памяти номеров узлов и уравно 801007111 вешивающих воздействий, первый выход блока управления соединен с первым входом элемента,И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых; напоров, второй выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора уравновешивающих воздействий, к адресным входам блоков памяти узловых расходов и номеров ветвей и к второму вхо" ду третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых напоров, третий ичетвертый выходы блока управления соединены с управляющими входами со- ответственно блоков вычисления узло вых напоров и уравновешивающих воздействий, входы всех блоков памяти , обьединены и соединены с пятым вы,ходом блока управления, выход блока памяти йомеров ветвей подключен к ,второму входу второго элемента ИЛИ и второму входу первого элемента ИЛИ, выход блока памяти номеров уалов соединен с вторым управляющим входом коммутатора уравновешивающих воздействий и с вторым входом элемента И, первый вход блока вычисления уравновешивающих воздействий подключен к выходу блока памяти уз"ловых напоров и к первому входу блока сравнения, выход блока вычисления уравновешивающих воздействий соединен с информационным входом блока памя" ти уравновешивающих воздействий, вы" ход которого подключен к инФормационному входу коммутатора уравновешивающих воздействий, выход которого соединен с вторым входом блока выСоставитель Е.Техред С.Иигуною ю ю ю ю ю ю ю ю ю ю юю ю ю юТираж 704твенного комитетаобретений и .открытЖ, Рауиская на ОлОВ КорректЬр И, Ю Ю Ю ю ВЮВ Ю Ю Ю Ю Ю ВВ ВВ КугрышевВьююф каренко 72 И Государ о делам и5, Москва б., д. 4/5 ВЮЮВВ юю ю аффю И "11 атент" ужгород, ул. тная Редактор Т ЮЮВВЮЕФВ Заказ 21 ч 0 ВНИИ1007числения узловых напоров, первый вход которого подключен к выходу блока памяти узловых расходов, вы-, ход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу блока памяти узловых напоров, выход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом блока сравнения, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход - с входом блока управления, первый вход четвертого элемента ИЛИ и информационные входы блоков памя-ти номеров узлов, сопротивленийветвей и узловых расходов являются . входами устройства, выходом устройства является выход блока памяти узловых напоров.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычисления уравновешивающих воздействий состоит из входного регистра, трех сумматоров и блока задания нелинейности, причем выходы входного ре-, гистра подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен со; первым входом блока задания нелинейности, первые входы второго и третьего сумматоров оЬъединены и подключены к выходу блока задания нелинейности, вторые входы второго и третьего сумматоров соединены с соответствующими выходами входного регистра, первый, второй входы входного регистра и второй вход блока задания нелинейности являются соответственно первым, третьим и вторым входами блока вычисления уравновешивающих воздействий, а выходы второго и третьего сумматоров объединены и являются выходом блока вычисления уравновешивающих. воздействий,3, Устройство по и. 1; о т л ич а ю щ е,е с я тем, что блок вычисления узловых напоров состоит из сумматора и блока деления, вход делимого которого подключен к выходу сумматора, входы сумматора и вход де лителя блока деления являются соответственно первым, вторым и третьим входами Ьлока вычисления узловых напоров, а выход блока деления - вых дом Ьлока вычисления узловых напоров.Изобретение относится к цифровойвычислительной технике и может бытьиспользована автономно, а также всоставе вычислительного комплекса длярасчета:установившихся режимов гидравлических, газовых, вентиляционныхи т,п, сетей,Известно устройство для расчетатрубопроводных сетей, в которомучасток труЬопровода моделируетсясхемой , содержащей дифференциальный усилитель, потенциометр, диодныймост и диодно-резистивную схему кусочно-линейной аппроксимации характеристики трубопровода 111. ИК недостаткам данного устройстваследует отнести необходимость автономных источников питания для каждой модели участка, ручной ввод информации о величине гидродинами-, щческих оопротивлений трубопроводов,а также невысокую точность моделирования вследствие аппаратурной погрешности аналоговых элементов. 2Известно устройство для расчетатрубопроводных сетей, содержащееисточник тока, элемент нагрузки,на котором создается падение напряжения, пропорциональное току, квадратор, выполненный в .виде полевогоМДП-транзистора, резйсторный элементи потенциометр для установки величины гидродинамического сопротивления 12 ,К недостаткам этого устройства .следует отнести низкую скорость решения задач вследствие ручнойустановки величины гидродинамических сопротивлений, а также низкую(аналоговую) точность решения,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для расчета режимов трубопроводных сетей, которое содержит наборное поле, модели ветвей,входы которых посредством коммутатора соединены с выходами блока вычисления уравновешивающих воздейст0 13 20 25 30 3 40 3 1 ОН вий, блок памяти сопротивлений ветвей, адресный, вход которого подключен к выходу блока управления и управляющему входу коммутатора, а выход -. к входу блока вычисления уравновешивающих воздействий, выходы моделей ветвей соединены с груп пой входов наборного поля и через коммутатор 6 входами блока,", вычисления уравновешивающих воздействий 3,Недостатками известного устройства,являются ручной набор топологии моделируемой трубопроводной сети и связанные с ним непроизводительные затраты времени на подготовку задачи к решению, а также наличие наборного поля с малонадежными механическими контактами. Кроме того, устройству присуща низкая точность решения, определяемая точностью аналоговых, вычислительных элементов.Целью изобретения является повышение точности вычислений.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для расчета режимов трубопроводных сетей, содержащее блок памяти сопротивлений ветвей, адресный вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход - к входу блока вычисления уравновешивающих воздействий,. введены блок памяти номеров узлов, блок памяти номеров ветвей, блок памяти уравновешивающих воздействий, блок вычисления узловых напоров, блок памяти узловых напоров, элемент И, четыре элемента ИЛИ, коммутатор уравновешивающих воэдейсвий, блок памяти узловых расходов и блок сравнения, причем первый выход блока управления подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых со-. оТветственно подключены к адресным входам блоков памяти номеров узлов и уравновешивающих воздействий, первый выход блока управления соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к адресному входу блока памяти узловых напоров, второй выход блока управления подключен к первому управляющему,входу коммутатора уравновешивающих воздействий, к адресным входам блоков памяти узловых расходов и номеров вихрей .и к второ 4,му входу третьего элемента ИПИ, вы" ход которого подключен к адреснО- му входу блока памяти узловых напоров, третий и четвертый выходы 3блока управления .соединены с управляющими входами соответственно блоков вычисления узловых напоров иуравновешивающих воздействий, входы всех блоков -памяти объединены исоединены с пятым выходом блокауправления, выход блока памяти номеров ветвей подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и второмувходу первого элемента ИЛИ, выходблока памяти номеров узлов соединен с вторым управляющим входом коммутатора уравновешивающих воздействийи с вторым входом элемента И, первый вход блока вычисления уравновешивающих воздействий подключенк выходу блока памяти узловыхнапо-.ров и к первому входу блока сравнения , выход блока вычисления урав"новешивающих воздействий соединенс информационнымвходом блока памятиуравновешивающих воздействий, выход которого подключен к информа"ционному входу коммутатора уравновешивающих воздействий, выходкоторого соединен с вторым входомблока вычисления узловых напоров,первый вход которого подключен квыходу блока памяти узловых расходов, выход блока вычисления узловыхнапоров соединен с вторым входомчетвертого элемента ИПИ, выход ко"торого подключен к информационномувходу блока памяти узловых напоров,выход блока вычисления узловых напоров соединен с вторым входом бло"ка сравнения, управляющий вход которого соединен с шестым выходомблока управления, а выход - с входом блока управления, первый вход четвертого элемента ИЛИ и информационные входы блоков памяти номеров узлов, сопротивлений ветвей и узловых расходов являются входами устройства, выходом устройства является выход блока памяти узловых напоров.Блок вычисления уравновешивающих воздействий состоит из входного регистра, трех сумматоров и блока задания нелинейности, причем выходы входного регистра подключены квходам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока задания нелинейности, перб 10071 вые входы второго и третьего сумматоров объединены и подключены к выходу блока задания нелинейности, вторые входы второго и третьего сумматоров соединены с соответствующими выходами входного регистра, первый, второй входы входного .регистра и второй вход блока задания нелинейности являются соответственно первым, третьим и вторым 1 О входами блока вычисления уравновешивающих воздействий, а выходы второго и третьего сумматоров объединены и являются выходом Ьлока вычисления уравновешивающих воздействий.Блок вычисления узловых напоров состоит из сумматора.и блока деления, вход делимого которого подключен к выходу сумматора, входы сумматора и вход делителя блока деления являются соответственно первым, вторым и третьим входами Ьлока вычисления узловых напоров, а выход блока деления - выходом блока вычисления узловых напоров, 25На фиг. 1 представлена схема устройства для расчета режимов трубопроводных сетей; на фиг. 2- схема блока вычисления уравновешивающих воздействий; на фиг. 3- схема блока вычисления узловых напоров; на фиг.4- один из возможных вариантов схемной реализации блока управления; на фиг. 5 - один из возможных вариантов схемной реализации коммутатора35 уравновешивающих воздействий; на фиг. 6 - один из возможных вариантов схемной реализации блока сравнения. где Н - падение давления на а-мВучастке (ветви) сети;- количество ветвей, образующих контур;сС - гидродинамическое сопротивление ветви;и - число, определяемое характером движения потока.Исходными данными для расчетаявляются напоры Н , создаваемыенасосами в определенных узлах сети,называемых задающими узлами, узловые расходы Я, сопротивлений вет,вей.о и информация о топологии сети.55 Перед вводом исходных данных в устройство нумеруются все ветви и узлысети. При этом каждой ветви присваивается порядковый номер е(1 в 1),Устройство (фиг. 1) состоит изблока 1 памяти сопротивлений ветвей, блока 2 управления, блока 3 вы"числения уравновешивающих воздействий, блока 4 памяти номеров узлов,блока 5 памяти номеров ветвей, блока 6 памяти уравновешивающих воз"действий, блока 7 вычисления узловыхнапоров, блока 8 памяти узловыхнапоров элементов ИЛИ 9-12, эле"мента И 13, коммутатора 14 уравновешивающих воздействий, блока 15 памяти узловых расходов и блока 16сравнения,Блок 3 вычисления уравновешивающих воздействий (фиг. 2) содержит входной регистр 17, сумматор 18,блок 19 задания нелинейности, сумматоры 20 и 21. 11 4Блок 7 вычисления узловых напоров (фиг. 3) содержит накапливающий сумматор 22 и блок 23 деления.Блок 2 управления (фиг. 4) содержит генератор 24 тактовых импульсов, элементы И 25-32, счетчик 33 ко" манд, элементы И 34-38, счетчик 39" номеров ветвей, счетчик 40 номеров узлов, блоки 41 и 42 сравнения и триггеры 43 и 44.Коммутатор 14 уравновешивающих воздействий (фиг. 5) содержит многоразрядные сумматоры 45 и 46, сум" матор 47 по модулю два, элементы И 48 и 49 и элемент ИЛИ 50.Блок 16 сравнения (фиг. 6) со" держит сумматоры 51 по модулю два, количество которых определяется числом сравниваемых двоичных разрядов, элемент ИЛИ 52, триггер 53, элемент И 54 и элемент 55 задержки.Устройство работает следуюшим образом.Трубопроводная сеть, содержащаяветвей и ц узлов, описывается системой уравнений, содержащей о -1 линейное уравнение вида Щ=1где Я " поток в в-й ветви, подтекаю-.Щщий к узлу Р или вытекающийиз него;Я - узловой расход (отбор) в узМлеР - количество ветвей, сходящихся в узле 1;и 9-ц +1-нелинейных уравнений вида5Ент= О; Н=Д ф, (2)10071 и записываются в первую ячейку памя ти Ьлока б по сигналу управления, .поступающему с пятого выхода блока 2 управления.Аналогично вычисляются уравновеши-вающие воздействия и остальных ветвей (всеговетвей), при этом они записываются в соответствующие ячейки памяти блока 6 памяти.После вычисления уравновешиваю , щих воздействий Чи Ч всех 4 ветвей сети вычисляются узловые напоры,На адресный вход блока 5 памяти номеров ветвей, на адресный вход блока 15 памяти узловых расходов, 1 на первый вход коммутатора 14 уравно-, вешивающих воздействий с второго вы-. хода блока 2 управления поступает код выборки первой ячейки памяти, Одновременно этот код поступает через 26 элемент ИЛИ 10 на адресный вход блока 8 памяти узловых напоров, В первой ячейке памяти блока 5 памяти номеров ветвей записаны номера вет"., :вей, инцидентных первому узлу сети. И По сигналу управления коды номеров ветвей через элемент ИЛИ 12 поступают .на адресный вход блока б памяти уравновешивающих воздействий и через элемент ИЛИ 11 на адресный вход блока 4 памяти номеров узлов, Коды номеров узлов по сигналу управления поступают на второй вход коммутатора 14 уравновешивающих воздействий (элемент И 13 закрыт).Коммутатор 14 уравновешивающих воздействий по соотношению кодов, поступающих на его первый и второй входы, подключают к второму входу блока 7 вычисления узло 46 вых напоров одного из двух уравновешивающих воздействийЧд или Ч соответствующих в- й ветвй сети. %сли ветвь с номером заключена между узлами с номерами 1 ии вычисляет" :.ся напор узла 1, то если 1 Ъ , ве 4 личина Ч 1. Кроме того, на первый вход блока 7 с выхода блока 15 паняти узловых расходов по сигнаду управления поступают величины расходов узлов. Блок 7 вычисления узловых напоров по сигналу управления, поступающему с блока 2 управления, формирует на своем выходе величины напоров узлов в соответсавии с выражениемЯ(ь) соответствующую первому уравновешивающему-воздействию е-й ветви и функцию=Н.+51 ср ф.-Я,) соответствующующему воздейс второму уравновешиваю щ-й ветви. 11 10где и " количество ветвей сходяРщихся с номером 1;Н -напор в узле 1;Ю -расход в узле 1;Е Чф -сумма уравновешивающих воз 121действий всех щ ветвейсходящихся в узле Е - уравновешивающее воздействие ветви щ, которое может входить в (5) либо какЧ, либо как У в зависимости отсоотношения номера узла, для которого вычисляется напор и номеравторого узла ветви в),Вычисленная величина напора узлапоступает на второй вход блока 16сравнения, где сравнивается с величиной напора этого же узлаполученной на предыдущей итерации ипоступающей на первый вход Ьлока 16сравнения с выхода блока 8 памятиузловых напоров по сигналу управления на его втором входе. Совпадение или несовпадение этихвеЛичин фиксируется в блоке 16 сравнения , после чего вычисленная величина напора записывается черезэлемент ИЛИ 9 в блоке 8 памяти. После такого вычисления напоров во ,всех узлах проверяется выполнениеусловия окончания итерационногопроцесса. При этом на третий входблока 6 сравнения с шестого выхода Ьлока 2 управления поступаетсигнал опроса блока 16. Итерационный процесс заканчивается при достижении требуемой очности решенияН"+"-Н"П 4 И, которая определяетсяколичеством сравниваемых разрядов вблоке 16 сравнения, где И - требуемая- 11 1007Блок 7 вычисления узловых напоров (фиг. 3) формирует Функции (5) .Блок управления работает следующим образом.По сигналу "Пуск", поступающему з на второй вход элемента И 25,тактовые импульсы с выхода генератора 21 тактовых импульсов поступают на первый вход счетчика 33 команд. На первом такте работы устройства изменя ется состояние счетчика 39 номеров ветвей на единицу, Блок 11 сравни-, вает очередное состояние счетчиков 39 номеров ветвей с общим количеством ветвей Р в схеме Моделируемой 1 ф трубопроводной сети и в случае сов" падения формирует сигнал1" на своем выходе, Нулевое состояние триггера 43 свидетельствует о выполнении устройством цикла вычисления уравно вешивающих воздействий ветвей моделируемой .сети. Производится выборка блока памяти номеров узлов и считывание информации из ячеек памяти. На втором такте работы производится вы" 2 борка и считывание информации из блока 8 памяти узловых напоров. На третьем такте производится выборка блока памяти сопротивления ветвей.На четвертом такте формируется уп- ЗО равляющий сигнал на вычисление значений уравновешивающих воздействий.На пятом такте производится выборка блока 6 памяти уравновешивающих воз 12действий и запись информации в .пас мять с выхода блока 3 вычисления уравновешивающих воздействий. Кроме того, на пятом такте счетчик 33 команд сбрасывается в ноль, Далее, процесс функционирования блока 2 управления повторяется аналогично выше-, описанному до того момента, когда кодв счетчике 39 номера ветвей совпадает с числом ветвей Р моделируемой -,ети.Аналогичным образом осуществляется и цикл вычисления узловых напоров. После окончания цикла вычисления узловых напоров производится сравнение узловых напоров на данной и предыдущей итерациях в блоке 16 сравнения (Фиг. 1) и по результату сравнения определяется необходимость продолже" ния счета.Коммутатор 1 ч осуществляет по команде блока 2 управления выдачу в блок вычисления узловых напоров значения уравновешивающего воздействия Ч либо Ч .Блок 16 сравнения (фиг. 6) осу. ществляет поразрядное сравнение информации, поступающей на его входы,Предложенное устройство увеличи-, вает точность решения по сравнению с известным устройством за счет авто" матизации набора топологии рассчитываемой трубопроводной сети и отказа от наборного поля.