УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ Советский патент 1970 года по МПК G06G7/50 

Пзобретенне относится к областн электрического моделирования.

Известно устройство для моделнроваиня clстемы трубоироподов, содержаидее резисторы, конденсаторы, индуктивности и реле.

Из-за сравнительно большой инерционности нелинейных резисторов-аи а логов гидравлических сопротивлений е иомонц-.ю этлх устройств нельзя моделировать быстроизменяющнеся процессы. Иевозможно моделировать также выдув газа через одно или несколько сонел, за исключеннем случаев критической (звуковой) скорости истечения.

Предложенное устройство от нзвестных огличается тем, что в нем носледовательно соединенные нелинейный резистор, моделирующий гидравлическое соиротивление участка трубонровода ири турбулентном движении газа, и контакт реле включены нараллельно-иоследовательно соединенным нелинейному резистору, моделнруюи.1,ему гидравлическое сопротивление ири ламинарном течении газа, и второму контакту реле, причем обмотка первого реле иодключеиа к точке соедииения индуктивности, моделирующей инерциониые свойства газа, и конденсатора, моделнру;он1,его «сжимаемость газа, а цепочка, моделирующая сонловую насадку, выиолнена в внде параллельно соединенных с номощью контактов второго реле двух резисторов, моделирующих истече1И1е газа ири С зерхкритичсск1 х перепадах давления, и иелиией 1ого резистора, моделт рующего истечен,:е газа ири докритическ 1х нереиадах давления газа, и подключеиа к иелинейному резнстору, моделирующему местное сопротивлепие участка газопровода, причем в же точку через схему срасиения подключена обмотка второго реле.

Устройство нозволяет исследовать установившееся и неустановившееся течения газа в системе трубонроводов с нстеченнем нз сопло вых насадков с докритическими и критическими скоростями. Устройство также обеепечивает возможность нсследовання нропессов нри переходе от турбулентного к ламинарному (и наоборот) течению на отдельных участках газонровода.

На фиг. 1 дан типовой элемент сложной системы газовой сети; на фиг. 2 - электрнческий аналог тинового элемента сложной системы газовой сетн; на фнг. 3 показана завнснмость секундного расхода через сопловой иаеадок

от перепада давления и соответствующая зависимость сонротнвлення / , электрического аналога сонлового насадка от силы тока /. стоит из участка магистральиого газопровода }, различных местных сопротивлений 2 (внезапные суження н расширения, диффузоры, поворотные колена, расходомеры, регулировочные задвижки, краны н т. д.), ответвлеиий 3 от магистрального трубоировода, которые в свою очередь могут быть разбиты на отдельные участки, и сопловых иасадков 1. Предлагаемое устройство собирается из соответствуюш,им образом соединенных электрических аналогов элементов сложной газовой сети. В общем случае такой электрический аналог элемента газовой сети состоит из слсдуюндих основных узлов (см. фиг. 2): нелинейных резисторов 5 н 6. меняющих свои зиачения в зависимости от тока, протекаюиюго через них (R kl), и моделнруюи 1,их гидравлическое соиротивление рассматриваемого участка магистральиого трубопровода турбулентном и ламинарном течеииях; нолинейного резистора 7, также зависящего от тока, нротекающего через него н моделнрующего местное соиротивдеиие на рассматриваеiMOM участке газоировода; индуктизиости 8, моделирующей инерннонные свойства газа, и конденсатора 9, моделирующего «сжимаемость воздуха. Соответственно, резисторы W-12, иидуктивиость 13 и конденсатор 14 моделируют аналогичные параметры отвствлсння газоировод,а 3. В точках 5 и 16 осуществляется замер оглы тока. Реле 17 в зависимости от величниы этого тока иодключает резисторы 5, 10 или 6, И с номощью контактов 18 и 19. Электрический аналог соиловых насадков 4 (фиг. 1) состоит из нелинейного резистора 20 (фиг. 2), моделирующего истеченне ирн докрнтнческнх перепадах давления, и резисторов 21 и 22, моделирующих истечение нри сверхкритических иереиадах давлеиия. Подключенне этих резисторов к электрической схеме осуществляется с номощ.ью контактов 23, 24 второго реле 25. При этом соиротивления R-2i н резнсторов 21 и 22 нодбнраются так, чтобы в точке 26 можно было замерять напряжение, соответствующее давлению на срезе соила ири звуковой скорости истечеиия . + l где ft: - r--ноказатель адиабаты, Реле 25, производящее это нереключение, получает сигнал от схемы сравнения 27. Схема сравнивает напряжение в точке 28, соответствующее давлению иеред соплом, и иапряжение в точке 29, которое всегда соответствует критическому нерепаду давлеиия ха 1,86. Папряженне в 30 соответствует давлению окруЯСаюнлей среды. К точке 31 подводится иапряженне, соответствующее давлению в даином участке газовой сети. Точка 32 имеет напряжение, равное иулю. Для исследования течения в сложной снстеме газоироводов собирается из тнновых э.лементов (фнг. 2) ее электрическая схема. Паиряжение, подводимое к начальной точке 31 иервого элемента, соответствует давлению газа иа входе в трубопровод. За счет разности наиряукення между этим напряжением и иаиряже1Н-1ем, соответствующим окружающей среде (точка 50 и ей нодобиые в других типовых элементах) но ненн 31-28-30 протекает ток. соответствуюи1нй секундному расходу газа ири установиБщемся течении. При новыщении тока / в точках 15 н 16 до величины, соответствующей достижению критического числа Рейнольдса Нскр 2300, срабатывает первое реле 17, выключая с помощью своего контакта 18 резнсторы 6 и 11, н включает с номощью контакта 19 резнсторы 5, 10. По мере увеличения ианряжения (давления) в точках 31 (или уменьщеиия иаиряжеиия в точке 30 - давление в окружающей среде) увеличивается сила нротекающего тока, а следовательно, и скорость истечения из соиловых насадков. Прн достижении в точке 28 нанряжения, соответствующего критическому не))еиаду давления равному для воздуха 1,86, скорость истечения достигает звуковой. В эгот момент схема сравнения 27, к которой для сравнения все время нодается велнчииа ианряжения в точке 29, соответствующая критическому иереиаду давлеи.-, /k --1 иия -- , срабатывает и выдает f/30 V 2 ; еигнал на второе реле 25, которое отключает свонм контактом 23 резистор 20 и включает своим контактом 24 резисторы 21 н 22. В этом случае уменьщение давления в окружающей среде (электрический аналог - напряжение в точке 30) уже не иа расход газа G (силу тока /). Ток течет по непи 31-28-32, и в системе моделируется истечение со звуковой скоростью ирн сверхкритнчсскнх перепадах давлення. Подбор резнсторов 21 н 22 из соотнощеиия /-,.,, позволяет по иряжению в точке 26 определить давление на срезе соиловых иасадков. Выиолнение условия /32 0 соответствует полному вакууму (фикивная точка О на фнг. 3) и иозврляат обесиеить электрическую аналогию газодинамичеких иараметров ири сверхкрнтических нереиадах давлеиия (отрезок АВ на фнг. 3). При уменьшении напряжения (давления) в очке 31 или росте наиряжения в точке 30 увеличение давления в окружающей ереде) фоцесе идет в обратном порядке. Предлагаемое устройство быть реализовано в виде магазииов с набором нелиией1ЫХ резисторов, индуктивносгей и емкостей, : номощыо которых набирается исследуемая :истема газопроводов, а также иабора реле. Три этом нелинейные резисторы должны быть фактически безыиерциоииыми. Например, )ии могут быть собраны иа электроннЕзЬх ламlax или иолуироводниках, у которых исиоль|уется та часть характеристики, где имеется квадратичная или другая степеииая зависиуюсть между анодовым током и иаиряжением . Так, например, ири турбулентном .ечении в трубопроводах зависимость (I) холжиа быть близкой , а ири лами-1ариом течении (тонкие трубопроводы, больлая вязкость, малые скорости) V kl--VlecTHbie гидравлические сопротивления имитируются при квадратичной характеристике зезистора , Предмет изобретения Устройство для моделирования системы трубопроводов, содержаш.ее резисторы, кондеисаторы, индуктивности, нелинейные резисторы, реле н схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в нем носледовательно соедииеииые иелинейиый резистор, моделирующий гидравлическое сонротивлеиие участка трубоировода при турбулеитиом движении газа, и контакт реле включены параллельно-последовательно соединенным нелинейному резистору, моделирующему гидравлическое соиротивленне прн ламинарном течении газа, и второму коитакту реле, иричем обмотка иервого реле иодключеиа к точке соедииеиия индуктивиости, моделирующей инерциоиные свойства газа, и коидеисатора, моделирующего «сжимаемость газа, а цепочка, моделирующая сопловую иасадку, вынолиена в виде иараллельно соедннеиных с помощью контактов второго реле двух резисторов, моделирующих истечение газа ири сверхкритических иерепадах давления, и иелииейиого резистора, моделирующего истечение газа ири докритических нерепадах давления газа, подключена к иелинейиому резистору, моделирующему местное сонротив.чеиие участка газоировода, причем в ту же точку через схему сравиеиия иодключена обмотка второго реле.

500

329i9 5%

22

L Д

f.

,