Способ электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей и устройство для его осуществления

 

I

ОПИС Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик 714424

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Jl,îïîëìèòåëüíîå ы авт. свкд-ву (22) Заявлено 03.05,77 (21) 2482551/18 — 24 с присоединением заявки J% (23) Приоритет (51) IYL. Кл.

G 06 G 7/50

Веудерстеенный квинтет

СССР ае лелем нзебретеннй. и етнрытнй (53 ) УД К681333 (088.8) Опубликовано 05.02.80. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 05.02.80

П. А. Воронин, А. М. Давидсон. В. А. Волк, Б. М. Михайлов и Н. П. Дикцис (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ

И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (9+«(»"«) )»

Изобретение относится к области аэродинамики и может быть использовано для проектирования и исследования стационарных процессов в вентиляционных и гидравлических сетях горного, металлургического, химического и других производств народного хозяйства.

Известен способ электрического моделирования вектиляциокных и гидравлических сетей на линейных элементах с использованием итерационкого метода подбора сопротивлений и внесения поправок согласно уравнению повторения где m — номер повторения, 35

r — омическое сопротивление (1).

Методика работы по известному способу состоит в следующем.

Ориентировочно задаются распределением воздуха в каждой ветви системы "Оо" и вычисляют соответствующие им омические сопротивления ro = с-Оо Конкретное значение распределения расхода воздуха, отнесенное к соответствуюгцему вентиляционному пути, устанавливается на одной из шкал сопротивлений, из которых будет состоять электрическая цепь.

То же делается в отношении всех других вентиляционных путей системы.

Сопротивления, принятые к работе, затем соединяют так, чтобы они воспроизвели исследуемую вентиляционную систему, т,е. выполняется требование геометрического подобия модели и натуры.

Подают напряжение, соответствующее депрессии, развиваемой вентилятором, работающим ка данную систему, и измеряют ток в каждом из сопротивлений и вычисляют новые значения омнческих сопротивлений "ri из уравнения r = — (ro + c0i ) . Затем на элек1

2 трнческих сопротивлениях устанавливают найденные значения "г1".

Измеряют новые значения величины тока и вычисляют г = — (r, + с0 ).Полученные

2 значения г устанавливают на шкалах сопротивлений. Продолжают применять соотношение г„„, = (г „+ сО „ ), IlOKR " " CTaHOlllrrся практически постоянным.,4424 (61

Э 7

Измеренные затем токи, соответствующие расходам воздуха, являются решением поставленной задачи.

Описанный способ обладает целым рядом недостатков, наиболее существенными из которых является значительная трудоемкость предварительной работы в процессе осуществления способа по, последовательному приближению нелинейности движения среды к линейной электрической цепи сопротивлений и недостаточная точность моделирования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является способ электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей на линейных электрических элементах, при котором соблюдают топологическое подобие сети и модели по переходным масштабным коэффициентам так, что точки разветвления моделируемой сети соответ-ствуют узлам электрической модели и по зна чениям напряжений между узлами модели судят о перепаде давлений на отдельных участках моделируемой сети 12). Способ осуществляют устройством для электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей, содержащим источники питания с делителем напряжения .и резисторы в ветвях модели, между узлами которых включены измерители напряжения, Недостатком известного способа является малая точность.

Цель изобретения — повышение точности моделирования. укаэанная цель достигается тел!, что изменяют потенциалы каждого узла электрической; модели и устанавлйвают в ветвях в соответствии с первым законом Кирхгофа баланс расчетных значений токов, равных корню и-ой степени из действительных значений токов в ветвях и по их величине в каждой ветви модели судят о расходе воздуха или жидкости.

Такой способ осуществляется устройством для электрического моделирования вентичяционных и пщравлических сетей, в котором. каждый узел модели соединен скользящим контактом с делителем напряжения, а в каждую ветвь модели последовательно с резистором включен измеритель тока, шкала которого проградуирована, как корень и-ой степени из значения тока.

Кроме того, каждый узел модели может быть соединен с источником питания с регулируемым напряжением.

На фиг. 1-показана схема участка вентиляционных сетей; на фиг. 2 — принципиальная схема электрической модели участка, представленного на фиг. 1; на фиг. 3-приведена схема параллельного соединения вентиляционной сети

4 и принципиалыгая схема ее электрической модели, на фиг. 4 — представлена схема вентиляционной сети с диагональным соединением и принципиальная схема ее электрической модели.

Математическое обоснование способа электрического моделирования проведем на примере участка вентиляционной сети, представленного на фиг. 1. !

0 Потери напора по любому участку вентиля1ционной сети связаны с расходом воздуха следующей зависимостью

Н= РС1", (2) где Н -- потери напора по какому-либо участку !

5 сети, R — аэродинамическое сопротивление участка, Q — расход воздуха в единицу времени.

Значение показателя степени n" при турl булентном движении воздуха в сети находится в пределах 1,75 — 2,2. В настоящее время при проектировании и эксплуатации сетей с достаточной точностью "n" принимают равным 2.

Тогда потеря напора оказывается пропорциональной квадрату расхода текущего, т.е.

g-A@2

3a -í.àëîã давления "Н" принято напрчжение "U" на концах цепи, :30 (4) где "nI>" — масштабный коэффициент давления.

За аналог аэродинамического сопротивления

В при квадратичном законе движения среды принято электрическое (омическое) сопротивление цепи "8 " д,= .Гт!1Р э 82

/ где "vn>" — масштабный коэффициент сопротивления, За аналог величины расхода воздуха "0" через данный участок сети принята величина д @", определяемая

1ц-- З

45 где J — действующее значение тока, протекающего по данному участку цепи.

Тогда q II!

Qg (g) где m — масштабный коэффициент расхода

8 воздуха.

Напряжение на концах цели определится

1 следующим образом: ()=Я .! (В)

Подставив в формулу (7) выражение (6), получим результат, аналогичный уравнению (3)

U= é 3 (9)

Подставив в (3) значение параметров через масштабные коэффициенты и имея ввиду

7144 (101

» 5

10 уравнение (%, получим соотношение между масштабными ко эффицие11тами. г11 Н

-4

Гг1 " Эт1

Таким образом, введение величины "д@ как аналога расхода воздуха "0" дает возможность сравнительно просто смоделировать на линейных сопротивлениях R " — аналогах

9 аэродинамических сопротивлений "й ", квадратичную зависимость величины падения давления "Н". . Моделирование производится следующим

I образом. Для каждой 1 -й ветви исследуемой вентиляционной сети известно аэродинамиЧес»

15 кое сопротивление ее RA„Эти величины заложены при проектировании вентиляционной сети предприятия, либо указаны в материалах обследования вентиляционной системы (например, по данным депрессионной съемки).

Определяют величину моделирующего линейного сопротивления "Кв„. (см. формулу (5) и эту величину для каждой ветви выставляют только один раз в соответствии с (5).

Резисторы, принятые к работе, соединяют

25 так, чтобы они воспроизводили исследуемую вентиляционную систему, т.е. выполняется требование топологического подобия аэродинаУ мической сети и электрической модели, причем в каждую ветвь цепи включают измеритель

30 тока, шкала которого проградуирована в еди- ницах "1 " — корень "n" степени из действительного значения тока "Д".

Каждый узел электрической модели подключают к источникам питания, Изменением потенциалов в узлах цепи мо35 дели устанавливают условие первого закона

Кирхгофа в каждом узле только для ветвей модели, как для функции тока,1 ", т,е. тока, принятого за аналог величины расхода воздуха в ветви и определяемого по (6), Это означает установление баланса воздушных потоков в каждом узле вентиляционной системы.

Измеряют напряжение межцу узлами электрической модели и получают, с учетом масштаб(45 ных коэффициентов, значение падений давления на отдельных участках вентиляционной сеги, согласно (4), а по величине функции "Jg находят расход воздуха в каждом участке,в соот- ветствии с показаниями измерителя тока

50 (обычно амперметра, проградуированного, например, э Д, когда соблюдается квадратичный закон движения среды) и масштабными коэффициентами. устройство содержит делитель напряжения д, 55 резисторы В, которые соединяются в соответствии с топологией сети, источник питания Е, измерители тока А, шкалы которых проградуированы, как корень и-ой степени из значе24

6 ния тока. Каждый узел цепи модели, соответствующий точке слияния (разветвления) потока моделирующей сети, соединен с подвижным скользящим контактом делителя напря. жения Д, который связан с источником питания Е, Между узлами включен вольтметр "Ч".

Значения потенциалов каждого узла задаются при помощи изменения положения полэунов на делителе "Д", сопротивление которого выбрано таким, чтобы оно не оказвгвало влияния на распределение потенциалов в устройстве.

Когда на панели собрана электрическая модель вентиляционной сети, изменяя значения потенциалов узловых точек, добиваются выполнения значения потенциалов узловых точек, для каждого узла моделируемых ветвей схемы первого закона Кирхгофа только для токов моделируемых ветвей -3 "-Q. Это означает установление баланса воздушных потоков в реальной вентиляционной сети, С учетом масштабных коэффициентов величина 3@ дает расход воздуха в каждом участке, а величина напряжений между узлами схемы — падение давления на отдельных участках сети.

Предложенное устройство для электрического моделирования обладает следующими преимуществами: воэможностью моделированйя любого закона движения среды на неизмейных", заржее йодготовленных линейных сопротивлениях, т.е. без подбора их величин сопротивления, согласно уравнению повторения итерационного способа, большой точностью электрического моделирования, зависящей практически от погрешности измерительных приборов,так как величины сопротивлений при моделировании устанавлива-, ются один раз и при работе не изменяются.

Формула изобретения

1, Способ электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей на ли-, нейных электрических элементах, при котором соблюдают топологическое подобие сети и модели по переходным масштабным коэффициентам так, что точки разветвления моделируемой сети соответствуют узлам электрической модели и по значениям напряжений между узлами модели судят о перепаде давлений.на отдельных участках моделируемой сети, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности моделирования, изменяют потенциалы каждоЛэ узла электрической модели и устанавливают в ветвях в соответствии с первым законом Кирхгофа баланс расчетных

Фиг. f 42 му

Фиг. 2

Фи8. З (в значений токов, равных корню и-ой лепени из действительных значений токов в ветвях и по их величине в каждой ветви модели судят о расходе воздуха или жидкости.

2. Устройство для осуществления способа электрического моделирования вентиляционных и гидравлических сетей на линейных электрических элементах по п. 1, содержащее источники питания с делителем напряжения и резисторы в ветвях:модели, между узлами которых включены измерители напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый узел модели соединен скользящим контактом с делителем напряжения, а в каждую ветвь модели

14424 последовательно с резистором включен измеритель тока, шкала которого проградуирована, как корень и-ой степени из значения тока.

3. Устройство по п. 2, отличающ е е с я тем, что каждый узел модели соединен с источником питания с регулируемым напряжением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Абрамов Ф. А. и др. Электрическое моделирование вентиляционных сетей угольных шахт. М., Углетехиздат, 1957, с. 11.

2. Абрамов Ф. А. и др. Электрическое моделирование вентиляционных сетей угольных шахт. M., Углетехиздат, 1957, с. 39, 44. л делителя и делителю (источкику Щ С) (источнику Эдс) ЦНИИПИ Заказ 9291/48

Тираж 751 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проекп ая,4