- •Оглавление
- •Сокращения, обозначения и операторы
- •Введение
- •Глава 1. Методология формирования моделей потокораспределения в системах газоснабжения на основе вариационных принципов аналитической механики
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Формирование математических моделей потокораспределения на основе интегральных принципов аналитической механики
- •1.3. Математическое моделирование потокораспределения с изотермическим течением вязкого газа на основе вариационного принципа виртуальных скоростей
- •1.4. Расчет невязок по сетям низкого и среднего давления
- •1.5. Точное потокораспределение в системах газоснабжения (гидравлическая увязка)
- •Глава 2. Математическое моделирование на основе принципов энергетического эквивалентирования городских систем газоснабжения
- •2.1. Условия однозначности в задачах анализа и синтеза транспортных гидравлических систем
- •2.2. Вариационные принципы и эквивалентирование
- •Глава 3. Реструктуризация городских систем газоснабжения, функционирующих по принципу «регулирование по ошибке»
- •3.1. Обзор результатов исследований в области управления функционированием городских систем газоснабжения
- •3.2. Модели потокораспределения системы, функционирующей по принципу «регулирование по ошибке»
- •3.3. Результат реструктуризации городских систем газоснабжения, функционирующих по принципу «регулирование по ошибке»
- •3.4. Синтез дроссельных характеристик модели управления по ошибке городских систем газоснабжения
- •3.5. Дроссельные характеристики управляемых из компьютерного центра дроселей
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение
- •1. Исходные данные
Министерство образования и науки Российской Федераций
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
А.И. Колосов, М.Я. Панов
ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ
РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ ГОРОДСКИХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
МОНОГРАФИЯ
Воронеж 2017
УДК 692.2
ББК 38.763
К 614
Рецензенты:
Р.А. Гнеушев, заместитель директора по строительству филиала ОАО «Газпром газораспределение Воронеж» в г. Воронеже.
В.М. Попов, докт. техн. наук, проф. кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова.
Колосов А.И. Введение в теорию реструктуризации городских систем
К614 газоснабжения: монография /А.И. Колосов, М.Я. Панов; ВГТУ. –
Воронеж: ВГТУ, 2017. – 95 с.
В книге изложены теоретические основы моделирования процесса реструктуризации городских систем газоснабжения, которые фиксируют восстановление функционирования транспортных систем природного газа после ремонтов, природных катаклизм и присоединения (отторжения) структурообразующих элементов (источников, групп потребителей, трубопроводных структур и т.д.). Реструктуризация сложных систем становится возможной благодаря заложенного в ее основу принципа энергетического эквивалентирования. Структуры моделей потокораспределения формируются на основе принципов аналитической механики и принципа Лежандра-Гаусса, с использованием кибернетического подхода.
Издание предназначено для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области проектирования, эксплуатации и управления городскими системами газоснабжения, а также может быть полезным аспирантам, магистрантам, обучающимся по направлению «Строительство»
Ил. 22. Табл. 19. Библиогр.: 139 назв.
УДК 692.2
ББК 38.763
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом ВГТУ
ISBN © Колосов А.И.,
Панов М.Я.
© ВГТУ, 2017
Оглавление
Сокращения, обозначения и операторы…………………………………….. |
4 |
Введение……………………………………..………………………………… |
8 |
Глава 1. Методология формирования моделей потокораспределения в системах газоснабжения на основе вариационных принципов аналитической механики……………………………………………….......... |
13 |
1.1. Основные понятия и определения ……………………..……................. |
13 |
1.2. Формирование математических моделей потокораспределения на основе интегральных принципов аналитической механики……………… |
14 |
1.3. Математическое моделирование потокораспределения с изотермическим течением вязкого газа на основе вариационного принципа виртуальных скоростей……………………………………………………………….……... |
20 |
1.4. Расчет невязок по сетям низкого и среднего давлений………..……… |
31 |
1.5. Точное потокораспределение в системах газоснабжения (гидравлическая увязка)………………………………………………………………………….. |
37 |
Глава 2. Математическое моделирование на основе принципов энергетического эквивалентирования городских систем газоснабжения……………..……... |
44 |
2.1. Условия однозначности в задачах анализа и синтеза транспортных гидравлических систем……………………………………………………….. |
44 |
2.2. Вариационные принципы и эквивалентирование……………………… |
48 |
Глава 3. Реструктуризация городских систем газоснабжения, функционирующих по принципу «Регулирование по ошибке»……………………………..…… |
59 |
3.1. Обзор результатов исследований в области управления функционированием городских систем газоснабжения……………………….…………………… |
59 |
3.2. Модели потокораспределения системы, функционирующей по принципу «Регулирование по ошибке»…………….…………………………………… |
61 |
3.3. Результат реструктуризации городских систем газоснабжения, функционирующих по принципу «Регулирование по ошибке»………....... |
66 |
3.4. Синтез дроссельных характеристик модели «управления по ошибке» городских систем газоснабжения……………………………………………. |
70 |
3.5. Дроссельные характеристики управляемых из компьютерного центра дросселей………………………………………………………………………. |
72 |
Заключение……………………………………..……………………………… |
79 |
Библиографический список……………………………………..……………. |
81 |
Приложение……………………………………..…………………………….. |
92 |
Сокращения, обозначения и операторы
Основные сокращения
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;
ГС – гидравлическая система;
ПГС – полноразмерная гидравлическая система;
СТГ – структурный граф;
ГРП – газорегуляторный пункт;
РП – регуляторный пункт;
ГРУ – газорегуляторная установка;
ГРС – газораспределительная станция;
МПГС – модель полноразмерной гидравлической системы;
АП (МАП) – абонентские подсистемы (модель АП);
РФ – расчетный фрагмент системы;
РЗ – расчетная зона;
ЭУ – энергоузел;
Э (f) – эквивалентный (фиктивный);
ЭЭ – энергетическое эквивалентирование;
ЦП – целевой продукт (например природный газ);
УРЗ – унарная расчетная зона;
БРЗ – бинарная расчетная зона;
ИФС – исследуемый фрагмент системы;
ГУ – граничные условия;
НУ – энергетически нейтральный узел ветвления;
УД (РР) – управляемый дроссель (регулятор расхода);
ЦФ – целевая функция;
МВС – модель возмущенного состояния;
МНК – метод наименьших квадратов;
ПЭВМ – персональный ЭВМ;
БГС – большие гидравлические системы;
ПВК – программный вычислительный комплекс.
Физические величины и свойства транспортируемой среды
t – время, с., ч.;
ρ – плотность, кг/м3;
Т – кинетическая энергия, Дж;
U – потенциальная энергия, Дж;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Параметры участков
W – скорость течения среды, м/с;
Q – объемный расход природного газа, приведенный к нормальным физическим условиям, нм3/ч;
D – внутренний (наружный) диаметр, м;
λ (λ) – коэффициент гидравлического сопротивления трению (неопределенный множитель Лагранжа соответственно);
F – площадь внутреннего сечения канала, м2;
L – длина, м;
S – коэффициент гидравлического сопротивления;
h – потери напора, м;
∆Р – потери давления, (даПа, мм. в. ст);
ξ – коэффициент местных сопротивлений.
Параметры узлов
+q(-q); +Q(-Q) – приток (отбор) газа к системе; приток (отбор) газа в составе системы соответственно;
Н – пьезометрический напор, м.
Параметры системы
n – количество участков (дуг);
m – количество вершин (узлов);
e – число узлов с фиксированным (известным) потенциалом;
р(Р) – предельное число независимых цепей в системе (абсолютное или избыточное давление) соответственно;
γ – число участков в составе цепи;
υ – число участков в составе контура (кольца);
ɛ - число участков, инцидентных узлу;
r – предельное число независимых контуров (колец) в системе – цикломатическое число;
– число узлов питания сети, отождествляемых с источниками (ГРП, ГРУ, ГРС);
– число конечных (висящих) узлов и узлов схода потоков;
– общее число энергоузлов.
Операторы
[ ] – матрица;
[ ], – матрица клеточной структуры;
[E] – матрица, составленная из единичных элементов;
Верхний индекс «z» принимает значения:
-1 – символ обращения матрицы;
Т – символ транспонирования матрицы;
m – метасистема:
m(э) – метасистема эквивалентная,
m(R) – метасистема реальная;
к(К) – порядковый номер параметра (текущее число итераций) соответственно;
Нижние индексы «Х» и «Y» обозначают размеры матрицы (подматрицы).
Для обозначения матриц – столбцов и диагональных матриц символ «Y» принимает значения:
I – матрица-столбец;
(d) – диагональная матрица;
µ - число узлов с нефиксированным узловым потенциалом;
В – число резервных (байпасных) линий.
Множества и подмножества
Используются для обозначения количественных показателей расчетной схемы или ее структурных образований. Типовая конструкция для обозначения множества (подмножества) имеет вид .
Символ множеств (подмножеств) М принимает следующие значения:
I – для множества участков (дуг);
J – для множества узлов (вершин).
Элементы множеств (подмножеств) обозначаются соответствующими строчными буквами:
i – текущий номер участка (дуги);
j – текущий номер узла (вершины).
Надстрочный индекс «z» относится к элементам ИФС, РЗ.
Подстрочные индексы «x», «y» принимают значения:
1 – элементы ЛП;
а – элементы АП или их эквиваленты в составе РЗ или ЛП;
f – фиктивные участки (элементы);
R – реальные участки (элементы);
Э – эквивалентные элементы;
– питатель;
ɳ - потребитель;
χ - число энергетически нейтральных узлов (узлов ветвления);
Р – в узле фиксируется давление;
q – в узле фиксируется приток или сток;
φ – в узле фиксируется характеристика Р=φ(q) нагнетателя или регулятора соответствующего типа.
Над множествами и подмножествами определены операции:
- элемент принадлежит множеству;
- пересечение двух множеств;
- объединение двух множеств;
- принадлежность подмножества к множеству;
- пустое множество.
Специальные символы
- символ обозначения участков с притоком ЦП к узлу;
- символ обозначения участков с оттоком ЦП от узла;
͡ ( ) – символ обозначения фиксируемого параметра в узле.