Введение к работе
Актуальность темы. Потребление газа обеспечивается двумя показателями газопотоков: а) уровнем давления перед горелками газопотребляющих агрегатов, обеспечивающим качество сжигания и б) расходом газа. Такая двойственность влечёт за собой необходимость регулирования давления и расхода.
Традиционно существующая система управления сводится к сезонному корректированию рабочего давления после регуляторных пунктов, а режим потребления формируется самими потребителями. Такая система управления жизнеспособна в случае избытка природного газа и нуждается в корректировке его в случае дефицита.
Целью подобной корректировки является управление газопотоками на муниципальном уровне с приоритетным учётом интересов отдельных потребителей (групп однородных потребителей).
Следует отметить, что газорегулирующая и управляющая системы, построенные на основе множества регуляторных пунктов, предназначены для непосредственного регулирования давления в сетях и в состоянии лишь косвенно регулировать расходы газа и управлять ими через рабочее давление.
Несмотря на большое количество работ по теории моделирования процессов управления гидравлических сетевых систем вообще и систем газоснабжения в частности (например, работы А. Г. Евдокимова, А. Д. Тевяшева, А. П. Мерен-кова, В. Я. Хасилева, С. В. Сумарокова, Д. В. Васильева, Е. П. Попова и др.), проблема является по-прежнему актуальной.
Можно утверждать, что система управления газовыми потоками хотя и является централизованной, нуждается в оснащении элементами (исполнительными органами), непосредственно управляющими расходами газа, идущего на потребление.
Такими элементами могут стать управляемые из компьютерного центра дроссели, то есть регуляторы расхода. Выработка управляющего сигнала осуществляется путём моделирования на основе математической модели оперативного управления функционированием городских систем газоснабжения. Такой принцип управления получил название управления на основе принципа регулирования по возмущению (в отличие от принципа регулирования по ошибке).
Целью диссертационной работы является разработка модели оперативного управления городскими системами газоснабжения на основе принципа регулирования по возмущению.
Основные задачи работы:
разработка модели управления на основе принципа регулирования по возмущению для систем газоснабжения всех ступеней давления;
разработка математических моделей оперативного управления функционированием систем газоснабжения;
разработка метода и алгоритма построения дроссельных характеристик систем газоснабжения;
экспериментальное исследование новой модели управления;
математическое моделирование процессов вихревого расходомера и разработка новой конструкции вихревого расходомера.
Научная новизна работы:
- разработаны новые математические модели управления функциониро
ванием городских систем газоснабжения, реализующие принцип регулирования
по возмущению, в основу которых положены:
а) новая схема управления газопотоками, структурирующая распреде
ление управляемых дросселей по группам однородных потребителей;
б) реструктуризация подграфа независимых цепей, продиктованная ие
рархией систем газоснабжения средней (высокой) ступени давления;
в) возможность снижения порядка блочно-матричных построений в
модели управления;
разработаны метод и алгоритм синтеза дроссельных характеристик на основе новых математических моделей управления, позволяющие повысить оперативность исполнения прогноза газопотребления и упростить схемно-аппаратурное оформление системы регулирования;
разработаны методы и алгоритмы моделирования измерительной аппаратуры в составе модели управления, позволяющие существенно снизить зависимость управляемых параметров от погрешностей измерения;
выполнено математическое описание процессов в вихревом расходомере, на основе которого разработана новая конструкция вихревого расходомера, защищенная патентом РФ.
Достоверность результатов подтверждена применением фундаментальных законов механики жидкости и газа. Адекватность математических моделей реальным гидравлическим процессам, происходящим в сетевых системах, оценивалась сопоставлением расчётных данных, полученных с применением ПЭВМ, с результатами экспериментальных исследований на испытательном стенде.
Научная значимость работы заключается в использовании полученных результатов для разработки новых технологий оперативного управления функционированием городских систем газоснабжения низкой, средней и высокой ступеней давления.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов для повышения оперативности исполнения прогноза газопотребления и упрощения схемно-аппаратурного оформления системы регулирования. Разработанные методы позволяют существенно снизить зависимость управляемых параметров от погрешностей измерения. Разработанная новая конструктивная схема вихревого расходомера позволяет повысить точность измерения расхода газа в холодные периоды года.
Результаты работы используются в учебных процессах кафедры теплогазо-снабжения и вентиляции Курского государственного технического университета и кафедры теплогазоснабжения Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях Курского государственного технического университета (Курск, 2007-2009 гг.), а также на XXXII международной молодежной научной конференции «Молодежь и XXI век» (Курск, 2003 г.), на международных академических чтениях «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения» (Курск, 2005 г.), на вузовской научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 2006 г.).
На защиту выносятся:
новые математические модели управления функционированием городских систем газоснабжения, реализующие принцип регулирования по возмущению;
новая схема управления городскими системами газоснабжения, построенная на основе оснащения отдельного объекта управления индивидуальным управляемым дросселем;
метод и алгоритм реструктуризации подграфа независимых цепей городских систем газоснабжения средней (высокой) ступени давления;
метод и алгоритм синтеза дроссельных характеристик для области реализации принципа регулирования по возмущению городскими системами газоснабжения;
новая конструктивная схема вихревого расходомера с повышенной точностью измерения природного газа.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных статей общим объёмом 40 стр. (из них лично автору принадлежат 24 стр.) и получено 3 патента. Три работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура», «Промышленная энергетика», «Промышленное и гражданское строительство».
В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] приведены результаты моделирования распределения скоростей и давлений в потоке вихря счётчика-расходомера системы отопления; в работе [2] предложена математическая модель системы газоснабжения низкого давления как энергосберегающей схемы оперативного управления; в работе [3] исследованы основы моделирования процесса управления городских систем газоснабжения среднего и высокого давления.
Объём и структура диссертации. Работа общим объёмом 162 страницы состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы, который включает 196 наименований. В текст диссертации включено 11 таблиц, 60 рисунков.
