Устройство для электрического моделирования трубопроводных систем

(51)7067/50 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Пак Михаил Иванович Пак Ин Михайлович(73) Учреждение Алматинский институт энергетики и связи(56) Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. М. Энергия,1976, с. 336(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ(57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, предназначено для моделирования гидравлического режима различных трубопровод ных систем и может быть использовано автономно или в составе устройств оперативного управления гидравлическим режимом трубопроводных систем. Работа устройства основана на формальной идентичности законов Кирхгофа для разветвленных электрических цепей и трубопроводных систем при выборе в качестве аналога электрического сопротивления величины, пропорциональной корню квадратному из гидравлического сопротивления. Моделирующая электрическая цепь при этом собирается согласно топологии исследуемой трубопроводной системы. Моделирующие элементы выполнены в виде резисторов, что снижает энергоемкость устройства. Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования гидравлического режима различных трубопроводных систем, в частности, водоснабжения, тепловых сетей, систем отопления и горячего водоснабжения. Известно устройство для электрического моделирования трубопроводных систем (1), в котором в качестве нелинейных элементов использованы лампы накаливания, включенные в цепь переменного тока, причем параллельно включенные лампы связаны с трансформатором, имеющим регулируемый коэффициент передачи, параллельно выходной обмотке трансформатора включена емкость для компенсации намагничивающего тока. Известно устройство для электрического моделирования гидравлического режима систем теплоснабжения (2), в котором в качестве нелинейного элемента использованы электронные лампы (триоды), включенные в цепь постоянного тока. Недостатком известных устройств является то,что нелинейные элементы имеют квадратичную зависимость, характерную для величин потери напора от объемного расхода в водопроводных системах, в определенной области изменения параметров электрической цепи, сложность и энергоемкость систем моделирования. Задачей изобретения является построение электрической модели трубопроводных систем на простых стандартных элементах, снижение ее энергоемкости. Устройство может быть использовано автономно или в составе устройств оперативного управления гидравлическим режимом трубопроводных систем. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для электрического моделирования гидравлического режима трубопроводных систем, содержащем моделирующие элементы, источники э.д.с., приборы для измерения силы тока и разности потенциалов, включенные в электрическую цепь постоянного тока согласно топологии исследуемой трубопроводной системы, моделирующие элементы выполнены в виде резисторов, величины сопротивлений которых пропорциональны корню квадратному из гидравлического сопротивления моделируемого участка трубопроводной системы, при этом сила тока и величина квадрата напряжения в электрической цепи являются аналогами соответственно объемного расхода жидкости и потери напора в трубопроводной системе. Работа устройства электрического моделирования основывается на аналогии процессов токораспределения в разветвленных электрических цепях постоянного тока и потокораспределения в многокольцевых трубопроводных сетях. Токораспределение в разветвленных электрических цепях находится по уравнениям Кирхгофа где к - величина токов, сходящихся в -том узле электрической цепи , , Е,- соответственно силы токов, сопротивления, величины э.д.с., внутренние сопротивления источников э.д.с. в замкнутом-том контуре. С другой стороны в многокольцевых трубопроводных системах потокораспределение также подчиняется уравнениям Кирхгофа, которые можно сформулировать в следующем виде-том узле трубопроводной системы , , ,соответственно потоки, гидравлические сопротивления, условные напоры и внутренние сопротивления насосов в замкнутом -том контуре. Построим согласно топологии исследуемой трубопроводной системы моделирующую электрическую цепь. Выберем в качестве аналога расхода жидкости величину силы тока в цепи.,а в качестве аналога корня квадратного из гидравлического сопротивления - сопротивление резистора в электрической цепи.. В моделирующей системе токораспределение будет подчиняться уравнению Кирхгофа (1). По измеренным значениям силы токов в узле получим Каждое слагаемое во втором уравнении системы ние совпадает со вторым уравнением системы (2). Таким образом, аналогом потери напора в сети является квадрат напряжения (величины э.д.с. для Н 0) с коэффициентом аналогии равны /22 . Рассмотрим электрическую цепь из двух последовательно соединенных сопротивлений 1 и 2. Напряжение на всем участке определяется 12 , где суммарное сопротивление участ 12041 ка 12. Каждое слагаемое возведем в квадрат,разделим на 22 и получим 1222 2,т.е. гидравлические сопротивления последовательных участков трубопроводной сети складывается 12. Для участка электрической цепи с параллельно включенными сопротивлениями 1 и 2 имеем 112212 Известно, что в гидравлической сети с параллельно включенными сопротивлениями 1 и 2 складываются проводимости В первое равенство подставим аналогичные ве 1 1 1 В электрической цепи справедливо 2(11)2(22)2. Отсюда 12, т.е. потери напора на параллельных участках сети равны. Рассмотрим в качестве примера тепловую сеть с параллельно включенными потребителями 1, 2, 3, 4,5, сетевым насосом А и насосной подстанцией Б(фиг. 1). Участки сети характеризуются гидравлическими опротивлениями -1, 1-2, 4-5, сопротивлениями абонентских вводов потребителей 1, 2,5 насосы характеризуются условными напорами при нулевом расходе соответственно НА 0 и НБ 0 и внутренними сопротивлениямии Б. Электрическая сеть постоянного тока, моделирующая заданную трубопроводную систему, изображена на фиг. 2. Сопротивления -1, 1-2, 4-5 и 1, 2, 5 моделируют гидравлические сопротивления участков сети -1, 1-2, 4-5 и 1, 2,5 и численно связаны, например, для первого контура соотношением Источники э.д.с. ЕА и ЕБ являются электрическими аналогами насосов, переменные сопротивления А и Б служат для подбора аналогичной величины внутреннего гидравлического сопротивления насосови Б при выбранных величинах коэффициентов аналогии а и, где 0 А и 0 Б - внутренне сопротивления источников э.д.с. А и Б. Определение параметров гидравлического режима трубопроводной системы производится следующим образом. На моделирующей электрической схеме экспериментально измеряются значения силы токов на участках -1, 1-1, 1-2, , напряжения на участках -, 1-1, 5-5. Затем проверяется, удовлетворяют ли измеренные значения уравнениям Кирхгофа, и производят оценку погрешности моделирования. Параметры гидравлического режима рассчитывают по коэффициентам аналогии. Например,2 а Предлагаемый метод электрического моделирования трубопроводных систем отличается простотой,т.к. не содержит нелинейных элементов, надежностью и малой энергоемкостью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для электрического моделирования гидравлического режима трубопроводных систем,содержащее моделирующие элементы, источники э.д.с., приборы для измерения силы тока и разности потенциалов, включенные в электрическую цепь постоянного тока согласно топологии исследуемой трубопроводной системы, отличающееся тем, что моделирующие элементы выполнены в виде резисторов, величины сопротивлений которых пропорциональны корню квадратному из гидравлического сопротивления моделируемого участка трубопроводной системы, при этом сила тока и величина квадрата напряжения в электрической цепи являются аналогами соответственно объемного расхода жидкости и потери напора в трубопроводной системе.