Устройство для моделирования трубопроводных систем

Изобретение относится к области устройств аналоговой вычислительной техники и предназначено для моделирования различных трубопроводных систем, в частности систем водоснабже 5 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 х ветвей1, 2 М),узлов (1=1,2,И) и т линейно независимых контуров (г1, 2 Ь). Стационарное течение по каждой д-й ветви может быть описано зависимостью 25-Ь,+Н;=Б, цДгде Ь - мера удельной кинетическойэнергии потока, определяемаяперепадом давления на концахветви;Н, - удельная кинетическая энергия, подводимая к ветви, илициркуляция (для пассивнойветви Н,=О),Я, - сопротивление ветви, 35ц, - расход, т.е. количество жидкости (газа), проходящейчерез поперечное сечение эаединицу времени, если и;Онаправление потока совпадает с выбранной ориентациейветви, и;О - в противномслучае,- показатель степени, характеризующий изменение потерь 45напора в зависимости от расходов и соответствующий типу моделируемой сиетемы(=2 для систем водоснабжения и тепловых сетей, /3 = 501,75 для нефтепроводови т.п,).В каждом узле должен соблюдатьсяматериальный баланс:и55Еч;= 0=Алгебраическая сумма берется повсем -м ветвям, имеющим общий 1-й узел, причем ; - заданный расход в 1-м узле (Я с О, если в 1-м узле находится потребитель и ЯО, если речь идет об источнике). Значениядолжны иметь общий нулевой баланс по всем узлам цепи:м2 Я О. 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 генеротора 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 б управления. Блок 6 содержит Ю иде.ччных управляющих генераторов 7, каь.,л из которых (фиг:2) выполнен из компараторов 8, (Н-И+1)-входового элемента И 9, двух ключей 10, 11, биполярных источников 12 напряжения и интеграТора 13, где М - число потребителей и резервуаров, а И - 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 0 . На источниках 12 напряжения, подключенных через компараторы 8 к элементу И 9, выставляются напряжения Ч 1, соответствующие геодезическому уровню той точки трубопроводной системы (плюс минимально необходимое давление), к которой подключен данный вход27393 5 10 15 20 25 30 50 55 3 14блоКа 6 управления. Возможны три случая начального состояния элементовустройства.1. Напряжение П, 0 , Б управляемых биполярных источников напряжения 4 вьппе требуемых расходов.2. Часть напряжений, например Б,П , Б, источников напряжения 4выше, а часть напряжений Уп+ Описточников напряжения 4 ниже требуемых расходов,Напряжения Б, У, оп источников напряжения 4 ниже требуемыхрасходов,В первом случае потенциалы О,граничных точек сети5 выше требуемых, что приводит к случаю, когдапотенциалы узловых точек сети 5 вышезаданных потенциалов 71 на источниках 12, подключенных к компараторам8. 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 входуключа 11. Следовательно, компараторы 8произведут включение ключей 11, т.е.на вход всех интеграторов 13 будетподано постоянное напряжение источника 12 отрицательной полярности. Каждый из интеграторов 13 начнет выдавать линейно убывающее напряжение,что приводит к уменьшению напряженийПн на выходах источников4 напряжения.Уменьшение всех напряжений 0П Б будет происходить до техпор, пока потенциалы каждой из узловых точек сети 5 будут больше потенциалов 71, соответствующих геодезическому уровню этих точек. Как только потенциал одной из узловых точекстанет меньше соответствующего У 1,произойдет переключение элемента И 9тех управляющих генераторов 7, к которым подключена данная узловая точка сети 5. Переключение элементов И 9этих генераторов 7 вызовет отключениеих первых компараторов 8,гт.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 с у ае наступит реи динжического равновесия, что соответствует получению искомого решения;Таким образом, топологическое распределение искомых напоров Н в трубопроводной системе моделируется распределением потенциалов Г,. 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 возмущенныхвоздействий 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 Б (где И - 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, И-М+1)-входо. вый элемент И (где М - число потребителей и резервуаров) и интегратор,2393 6выход которого является выходом управляющего генератора и соединен ссоответствующим выходом блока управления, вход интегратора подключен кпервым выводам первого и второгоключей, между вторыми выводами которых подключен биполярный источник напряжения, выход (О-М)-входовогоэлемента И соединен с первыми разнополярными входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго 15 компараторов сосдинены с управлякнцГ.ми входами первого и второго ключейсоответственно, входы элемента И подключены к выходам остальных компараторов, первый и второй входы каждогоиз которых соединены соответственночерез биполярный источник напряженияс шиной нулевого потенциала и с входом управляющего генератора, подклю"ченным к,соответствующему входу блока управления.