Вычислительный прибор Советский патент 1982 года по МПК G06G1/16 

(54)

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к механическим средствам вычислительной техники и предназначено для использования при определении параметров неустановившихся режимов в гидроэнергетических установках гидроэлектростанций.

Известна методика определения величины скорости распространения ударной волны в водоводе. По этой методике скорость ударной волнь в водоводе С определяется зависимостью

Сзь.

С

1 +

где С

скорость звука в жид36. ж. кости (для воды ксшеблется в пределах 14031532 м/с в зависимости от температуры и давления) ; К, - коэффициент объемной

упругости жидкости (равен 2x10 кгс/см , если вода не содержит свободного воздуха (газа), характеризует сопротивляемость жидкости деформациям;

Ксец - коэффициент упругости площади водовода, характеризует сопротивляемость водовода деформациям,

Значение многословного водовода определяется по следующей формуле:

10

1

(АО +

В + А + Bj +

сеч

+ + BJ+G + N),

учитываккцей коэффициенты упругости площади отдельных элементов водово15да (стальной облицовки первого, второго, третьего и т.д. слоев бетона, первого, второго, третьего и т.д. слоев арматуры, слоя цементации, породы). В формуле каждый из членов в

20 скобках учитывает работу отдельных слоев

. ст- fa

стальной облицов Roки ; ES-BnR /Rp

первого слоя бе&1

7:

25 тона ;

EOC Foi -1

A

первого слоя арloaматуры ;

R

En5

второго слоя бе6,

-т

30 то нп ; Ал оС а kг 1ЙО -второго слоя ар матуры; 5 п RJ - Тб п Rj/Ra 1 -w-l -третьего слоя б тона ; г - EU- Fn R4/R3 4 - - .г - слоя цементации 0. Д1ц - породы. В приведенных: выражениях о 1 радиусы стальной об лицовки, слоев бетона,цементации и рас положения арматуры Ь - толщина стальной облицовки; а ot площадь сечения кольцевой арматуры на 100 см длины; Е и ;«. - модули упругости и коэффициенты Пуассона отдельных слоев. Вышеописанная методика требует от исполнителя для определения вели чины скорости . распространения удар ной волны в водоводе постоянного об ращения к справочным источникам (так как эти формулы и зависимости трудны для запоминания), что сопряжено с значительной затратой времени при проведении расчетов. Это является существенным недостатком аналитического способа расче та величины скорости ударной волны в водоводе, затрудняющим и тормозящим процесс проектирования гидроэнергетических установок, снижающим его оперативность и.производитальность. Известны приборы, содержащие пла ту со шкалами и графиками, рейсшину с кареткой, установленную на каретке вертикальную стойку, по которой перемещается бегунок 11 и С 2 3. Эти приборы связагал с определенными объектами и предназначены для решения конкретных задач, однако не могут быть использованы для опре деления скорости ударной волны в во доводе. Наиболее близким по своим конструктивным признакам к предлагаемому является прибор для определени параметров гидротурбин, содержащий планшет со шкалами и графиками, рей шину, связанную двумя кулисами с планшетом, установленную на рейсшин каретку с вертикальной стойкой, бег нок с-визиром, установленный на CTO ке, и интерполятор СЗ. Однако известный прибор по своим конструктивным и текстуальным параметрс1М пе может быть использован для определения скорости ударной волны в водоводе. Цель изобретения - раааирение класса решаемых задач за счет определения скорости распространения ударной волны в водоводе с полным учетом конструктивных особенностей последнего. Поставленная цель достигается тем, «что вычислительный прибор, содержащий плату, на которой нанесена система шкал и графиков, рейодину, связанную с помощью двух кулис с платой, каретку, установленную на рейсшине, снабжен линейкой со шкалой, установленной с возможностью продольного перемещения в пазах рейсшины, визирной скобой, установленной на каретке, и пластиной, выполненной в виде ромба, которая закреплена на каретке, причем одна из диагоналей ромба параллельна оси рейсшины. На чертеже показано конструктивное выполнение прибора. Прибор состоит из платы 1, на лицевой стороне 2 которой нанесена система шкап и графиков, представляющая геометрическое отображение математических выражений, определяющих величину скорости распространения ударной волны в водоводе. Плата имеет малый круговой выступ 3 и большой круговой выступ 4, центральные оси которых, соответственно 5 и 6, соединены с верхней кулисой 7 и нижней кулисой 8, соединенные осями 9 и 10 с рейсшиной 11. Рейсшина 11 снабжена пазами 12 и 13, по которым перемещается каретка 14, имеющая установленный диагонально к рейсшине 11 ромб 15, стороны 16 которого параллельные рассчетным сеткам графиков, что позволяет производить фиксацию параметрических точек. На рейсшине 11, снабженной стопором 17, и каретке 14 установлена линейка 18, которая перемещается в пазах 19 и 20 рейсшины 11, а подпружиненная визирная скоба 21 перемещается в пазах 22 и 23 каретки 14 и может быть зафикс5ирована относительно каретки 14 и линейки 18 с фиксатором 24. На поверхности линейки 18 нанесена шкала значений К от -до ЮОхЮ-. В основу принципа работы прибора положено геометрическое отображение математических выражений, определяющих величину скорости распространения ударной волны в водоводе. Это отображение представляет собой расположенную на плате 1 систему шкал и графиков, где содержатся следующие зависимости: коэффициента Ар - упругости стальной обшивки от 0, ЮхЮ; коэффициента А и А - упругости слоев арматуры от 0,1 10 до 2x10 ;

радиуса R сечений водовода от 0,3 до 10 (м);

толщины b стальной облицовки от 10 до 100 мм ;

площади ff, кольцевой арматуры ьа один погонный метр водорода от 6 до 300 ( см);

модуля упругости Eg и Ец бетона и цементации от 3, до 6,5х х10 кгс-см ;

толщины. сУ слоя ветонной обделки ,от,0,15 до 2;00 м;

коэффициентов В и В - упругости слоев бетонной обделки от 0,4«10 до 5pj40 i ..

ТОЛ1151НЫ 5j слоя цементации от 3 до 20 м;

коэффициента Пуассона /Хц цементации от 0,167 Д9 0,3;

коэффициента tS упругости слоя цементации от б 10 до 70 10;

коэффициента Пуассона породы и., от О,2 до О,3;

модуля Е упругости породы от , 15«105 кгс.

коэффициента N упругости породы от до 100K4rf,

две шкалы температуры воды ta от 20°С;

две шкалы скорости С распро.странения ударной волны в водоводе ( для напоров 10-250 м и 250-500 м) от 600 до 1400 м/с.

На чертеже указаны марштуры, точки перелома которых обозначены строч ными буквами русского алфавита, в конечном итоге определяющие скорость распространения ударной волны в во-;, доводе, имеющем, например, следующие параметры: напор 200 м, температура воды , радиус стальной облицовки 3 м, с толщиной 50 мм7 радиус слоя кольцевой арматуры 3,2м с площадью на 1 погонный метр 90 см толщина СПОЙ бетонной обделки 0,40м и слоя цементации 10 м, модуль упругости породы, в которой проложен водовод 2,7x10 кгс/см ,а коэффициент Пуассона породы - 0,2.

Прибор используют следуницим образом.

Установив на лицевой стороне 2 платы 1 рейсшину 11 и закрепив ее стопором 17, подводят вертикальный край каретки 14, совмещенный с краем визирной скобы 21, к линии шкалы R и устанавливают начальное деление шкалы линейки 18 гранью визирной скобы 21, передвигая линейку 18 по рейсшине 11.

Перемещают каретку 14 в положение отсчета, который осуществляется с помощью левой верхней стороны 16 ромба 15, которая устанавливается по шкале Ь на значение 50 мм. С помощью вертикального края визирной скобы 21 находят точку пересечения стороны 16 с горизонтальной линией значения 3,0 м (линия а б), затем по вертикали б в производят отсчет значения коэффициента .

С помощью фиксатора 24 фиксируется взаимное расположение каретки 14, скобы 21 и линейки 18, затем он совместно перемещаются влево по рейсшине 11 до совпадения края визирной скобы 21 с вертикальной гранью шкалы, являющейся началом следующего отсчета. Освобождается крепление фиксатора 24.

. Аналогично делается отсчет величины коэффициента ущ угости (см. д вновь закрепляется фиксатором 24 взаимное расположение каретки 14, скобы 21, линейки 18 и совместно сдвигается линейка 18, каретка 14 и скоба 21 в начало отсчета. При этом на линейке 18 в створе начала отсчета по шкале указывается суммарная величина двух отсчитанных коэффициентов упругости.

Таким образом, аналогично используя каретку 14, стороны ромба 15, а также визирную скобу 21, линейку 18 и фиксатор 24 по указанным вы,ше параметрам водовода производят ;следующие отсчеты:

по марштурутде на шкале А, и А,2 - величину 0,48x10 коэффициента упругости слоя арматуры;

по маршруту жзиклм на шкале В , Bj , Bj - величину 3, 25х коэффициента упругости бетонной обделки;

по маршруту: НОПрстуф на шкале G - величину 3,25x10 коэффициента упругости слоя цементсщии;

по маршруту хцч на шкале N - величину 2010 коэффициента упругости породы.

В результате этих операций при : последнем отсчете против грани .и-зирной скобы 21 на шкале линейки 18 получают суммарное значение 2Ксеч 48,7x10 коэффициента упругости сечения водовода.

Установив вертикальный срез каретки 14 на шкале 2К.ец в точке ш, соответствующей величине 48, суммарного коэффициента упругости сечения водовода, проводят линию шэ до пересечения с горизонтальной линией графика, соответствующей значению температуры воды t| напоров 10-250 м. Затем с помощью левой нижней стороны 16 ромба 15 в точке ю шкалы С (м/с) получают значение скорости распространения ударной волны в водоводе - 1150 м/с.

Дпя исходных данных, отличных от указанных в вьндеприведенном примере, Гнеобходимрс помощью рейсшины 11, каретки14, ромба 15, а также линейки 18, визирной скобы 21 и фиксатора 24 пройти параллельным курсом относительно указанных выше

маршрутов в соответствии с заданными исходными величинами.

Таким образом, предлагаемый прибор позволяет только на основании исходных данных без промежуточных вычислений определять скорость удел ной волны в водоводе, что, в свсда очередь, обеспечивает снижение Tj yдоемкости работ при проведении рй$-четов.

Формула изобретения

Вычислительный прибор, содержащий плату, на которую нанесена система шкал и графиков, рейсшину, связанную с помощью двух кулис с платой, каретку, установленную на рейсшине, отличающийся тем.

что,,с целью расширения класса реtaaeKttix задач,- он снабжен линейкой со шкалой, установленной с возможностью продольного перемещения в пазах рейсшины, визирной скобой, установленной на каретке, и пластиной, выпсшненной в виде ромба, которая закреплена на каретке, причем одна из диагоналей ромба параллельнсГ оси рейсшины,

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР 322211, кл. G Об G 1/16, 1934,

2,Патент США 3774307, кя. G 06 G 1/16, опублик. 1970,

3,Авторское свидетельство СССР по заявке 32-72854/24,

кл, G 06 G 1/16, февраль 1981 (прототип) . /