Главная » Публицистика

0 ... 26 27 28 29 30 31 32 ... 159

Расчет такой системы при совместной работе насоса, сети и башни может быть произведен аналитическим путем (методом последовательного приближения), если заданы характеристики Q-Н водопитателя и нефиксированного отбора. Примем насос марки 14 НДС с частотой вращения 1450 об/мин, характеристика которого может быть выражена уравнением Яп= 107,3-0,000088 Qi (по В. Г. Ильину); характеристика башни (без учета изменения уровня воды в баке) будет Я = соп51. Пусть Hq = 75 м (отметка относительно оси насоса).

Задача сводится к совместной увязке сети из двух реальных (/ и ) колец и одного фиктивного (Ф) кольца. Согласно изложенному ранее, решению подлежит следующая система уравнений: три уравнения баланса потерь напора в кольцах:

(Л •..... + «2-3 91-3 - Z-j = 0;

(0.....• «2-4 я2-4 - 3-4 я1-4 - 2-3 2-3 О

(Ф)......(Qh) + НС-1 QI + j-3 + j- 4 я\-4 + Ч-Б -Б " «

И семь уравнений баланса расходов в узлах (включая фиктивный узел О).

При этом (как было сказано) F{Qn) в явной форме имеет вид: Я„ = 107,3 - 0,000088 Qh.

После предварительного распределения расходов получаем величины невязок потерь напора в кольцах, показанные на рис. III.21, а. По ним с помощью обычных формул определяются величины увязочных расходов И вносятся соответствующие изменения в величины расходов участков, Q6 и Qh-

Произведя последовательно несколько повторных перераспределений, мы получим приемлемые величины невязок (рис. 111.21,6) и можем считать систему увязанной и в отношении колец сети, и в отношении совместной работы насосов и башни.

Как видно из рассмотренного примера, расчет системы сводится к одновременному проведению внутренней и внешней увязки.

Для реальных систем подачи и распределения воды с мпогокольце-выми сетями и несколькими водопитателями и нефиксированными отборами проведение подобных расчетов крайне осложняется и, как было сказано, без использования вычислительных машин осуществимо лишь путем длительного повторного приближения.

§ 26. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ РАСЧЕТА СИСТЕМ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ

Выполнение расчета систем подачи и распределения воды требует проведения, как было показано, весьма большой вычислительной работы. В ряде случаев для нахождения оптимального решения задачи необходимо неоднократно повторять громоздкие операции расчета. Проведение подобной работы обычным «ручным» способом (без применения вычислительных машин) требует огромной затраты труда и времени. Расчет систем водоснабжения в требуемом объеме становится практически осуществимым при использовании вычислительной техники. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике вычислительные машины все в большей мере привлекаются для проведения этих расчетов.

Используются вычислительные устройства двух основных тппов: специализированнце аналоговые машины (или устройства) и универ-

сальные электронные цифровые вычислительные машины - ЭЦВМ (машины дискретного действия).

Аналоговые машины (или устройства) основаны на использовании аналогии исследуемого процесса с другим процессом, для которого проще осуществить установку, имитирующую исследуемую систему. На этой установке, представляющей собой своеобразную модель, можно легко имитировать процессы, протекающие в исследуемой (рассчитываемой) системе, и замерять их основные параметры.

В области решения гидравлических задач наибольшее распространение получили аналоговые машины, основанные на аналогии движения воды и электрического тока.

Подобные аналоговые устройства представляют собой электромодель, и самый метод расчета получил название «электромоделирования».

Принцип электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) был предложен акад. Н. Н. Павловским и успешно применен для исследования законов и путей фильтрации воды под основаниями гидротехнических сооружений.

Одна из первых попыток использования аналогового устройства для анализа и расчета водопроводных сетей осуществлена профессорами Массачусетского университета Кэмпом и Хезеном в середине 30-х годов. В этой установке регулирование электрических сопротивлений производилось вручную, на что затрачивалось много времени. Авторы использовали свою электромодель для внутренней увязки кольцевой сети.

В строгом смысле слова аналоговые устройства не являются моделью, как это понимается в теории моделирования.

В СССР исследования по электромоделированию расчета водопроводных сетей были начаты в 1936 г. в институте ВОДГЕО, где были разработаны и испробованы несколько вариантов принципа действия и конструкций аналоговой установки. После войны, в конце 40-х годов, эти работы привели к созданию аналоговой машины с использованием автоматических сопротивлений.

В настоящее время специализированные аналоговые устройства различных типов широко используются для проведения всех необходимых расчетов при проектировании систем подачи и распределения воды.

Для воспроизведения процесса, происходящего в системе водоснабжения, на ее электрической модели необходимо прежде всего, чтобы элементы модели имели электрические характеристики, аналогичные гидравлическим характеристикам элементов системы. Такими элементами являются участки сети (трубопроводы), водопитатели (насосы и резервуары), а также фиксированные и нефиксированные отборы воды из сети.

Сила тока / и падение потенциала AU в электрической модели аналогичны соответственно расходу воды Q и потерям напора h.

Одним из ос ювных затруднений при электромоделировании гидравлических систем является то, что падение потенциала и сила тока в электрических проводниках связано линейной зависимостью, тогда как потери напора в линиях водопроводной сети связаны с расходом нелинейно.

Электрическая характеристика проводника

AU = г1, (III.9)

а гидравлическая характеристика участка водопроводной сети

ft = sQP, (III. 10)

где г - электрическое сопротивление проводника; S-гидравлическое сопротивление участка сети. При режимах движения, практически используемых в водопроводных сетях, показатель Р имеет величину, изменяющуюся в пределах от 1,85 до 2.

Таким образом, для того чтобы электрическая модель трубопровода воспроизводила закон гидравлического сопротивления, необходимо соблюдение равенства r=sf~, т. е. сопротивление участка в модели должно изменяться пропорционально силе тока в степени р-1. Тогда получим

AU = s/P- / = s/P ,

В частности, для квадратичной зоны сопротивлений в водопроводной сети

AU sP.

Электрические сопротивления, автоматически изменяющиеся в определенной зависимости от силы проходящего через них тока, могут быть сконструированы различным образом. В машине ВНИИ ВОДГЕО использованы нелинейные электромеханические автоматы. В американской машине (Мак-Илроя) применяются специальные лампы накаливания, обеспечивающие требуемую зависимость AU от /. В аналоговом устройстве Академии коммунального хозяйства и в английской машине «Ванда» для тех же целей используется метод «линейно-кусочной аппроксимации», при котором кривая, выражающая зависимость AU от /, заменяется ломаной линией; на отдельных ее участках (для элементов системы) AU=sI при различных значениях s.

Фиксированные отборы воды из водопроводной сети отображаются на электрической модели отборами тока постоянной силы, не зависящими от изменения напряжения в сети. Такая стабилизация отборов тока модели осуществляется ламповыми или полупроводниковыми стабилизаторами тока, устанавливаемыми в соответствующих узлах (точках) модели.

Аналоговое устройство должно содержать такой набор аналогов водопроводных линий, который позволяет составлять схему сети для всех практически используемых стандартных диаметров и настраиваться на любую заданную длину.

Электрическая схема, набираемая из аналогов отдельных линий, должна быть геометрически подобна изображаемой водопроводной сети.

Простейшей задачей, решаемой на электромодели, является нахождение распределения расходов воды по сети с заданными сопротивлениями участков, заданными отборами в узлах и водопитателем с постоянным напором. Таким водопитателем в системе водоснабжения является напорный резервуар с постоянным уровнем. Его аналогом в электрической модели может служить источник постоянного тока с неизменным напряжением. Схема такой водопроводной сети приведена на рис. III.22, а схема ее электрической модели - на рис. III.23 (здесь Ri-h - аналоги сопротивлений участков и Гг - стабилизаторы отбора тока в узлах).

Очевидно, что для обеих представленных схем соблюдается полная аналогия в описании законов увязки сети, т.е. первого и второго законов Кирхгофа. Для электрической модели мы имеем SAf/=0 для каждого кольца сети и Ei-\-I = 0 для каждого узла сети, где i - сила тока в отдельных участках сети, примыкающих к узлу, и / - сила тока, отбираемого в узле.

После подключения к сети источника питания значения силы тока

0 ... 26 27 28 29 30 31 32 ... 159