РОЗДІЛ 2
Постановка задачі та методи її вирішення
2.1 Постановка задачі дослідження
Для насособудівної галузі виробництва автоматизування процесів проектування
насосів є окремою важливою задачею розвитку. На сьогодні розвиток
насособудування потребує засобів розрахункового експерименту для дослідження
відцентрових насосів, які б дозволили розглядати та аналізувати різноманітні
структурні схеми насосів та їх конструкцій загалом. Для переходу до
блочно-модульного конструювання насосного обладнання, передбаченого концепцією
розвитку насособудування України, необхідно модернізувати самі методики
проектування.
Спираючись на проведений огляд сучасного стану розвитку насособудівної галузі
виробництва, можна стверджувати, що задача створення методики автоматизованого
проектування відцентрових насосів ще не вирішена. Її розробка та впровадження
дозволить прискорити проектування нового насосного обладнання, зменшити його
строки та вартість, підвищити його якість та збільшити енергоефективність і
конкурентноздатність самого насосного обладнання.
Метою дисертаційної роботи, враховуючи усе вище наведене, є розробка
комплексної моделі робочого процесу гідравлічної підсистеми відцентрового
насоса (макромоделі) для автоматизації проектних розрахунків та подальшого
розвитку засобів ведення розрахункового експерименту в насособудуванні.
Для реалізації поставленої мети потрібно вирішити наступні задачі:
- вибрати методичний підхід до побудови математичної моделі робочого процесу
відцентрового насоса як системи, що складається з елементів, які взаємодіють
шляхом впливу на перерозподіл тиску та витрати робочої рідини у проточному
тракті;
- розробити рекомендації щодо розподілу проточного тракту відцентрового насоса
на елементи, з моделей яких далі буде формуватися модель гідравлічної
підсистеми насоса;
- для широкого застосування математичної моделі робочого процесу відцентрового
насоса узагальнити наявні математичні моделі типових елементів та створити їх
бібліотеку;
- розробити методику формування комплексної моделі робочого процесу
гідравлічної підсистеми відцентрового насоса на базі моделей його типових
елементів та протестувати її шляхом зіставлення з результатами
експериментальних досліджень;
- розробити алгоритм і програму чисельної реалізації запропонованої комплексної
моделі для отримання енергетичних характеристик відцентрових насосів.
2.2 Визначення фізичної та математичної моделей робочого процесу
відцентрового насоса та способу їх програмного формування
Як показує досвід моделювання фізичних явищ визначальними умовами успіху
розрахункового експерименту є вдало вибрана модель фізичного процесу, чисельний
метод її розв’язання та засіб реалізації на ПЕОМ [21]. В першу чергу при
побудові засобу розрахункового дослідження робочого процесу гідродинамічних
насосів потрібно вибрати підходи до створення математичної моделі, що найбільш
відповідають потребам дослідження.
Моделі та методи розрахункового дослідження залежать від ієрархічного рівня
проектування. При вивченні властивостей фізичних систем використовуються
моделі мікрорівня, макрорівня та метарівня. Ці рівні моделювання однаково
важливі, бо дозволяють дослідити властивості різноманітних об’єктів, як
простих, так і
складних.
Математичні моделі на мікрорівні характеризуються складністю підготовки вхідної
інформації та великими розрахунковими затратами. Тому виконння аналізу
різноманітних варіантів проектних рішень на мікрорівні вбачається недоцільним.
Для вирішення поставленої в роботі мети було обрано макрорівень моделювання.
При цьому загальна модель відцентрового насоса як системи створюється з
математичних моделей її елементів, з’єднаних певним чином. Принципово
макромодель – це система алгебраїчних та звичайних диференціальйних рівнянь, в
яких незалежною змінною є тільки час. Спрощений опис компонентів системи у
вигляді їх характеристик (залежності вихідних параметрів від вхідних) дозволяє
досліджувати моделі складних систем з великим числом компонентів.
Методологія макромоделювання досить докладно вивчена і широко застосовується в
радіоелектроніці [3,19,25] завдяки лінійності характеристик досліджуваних
об’єктів. Останніми роками підходи макромоделювання впроваджуються в
розрахункові дослідження і нелінійних систем, якими є гідравлічні мережі [47]
та гідропневмопривід [4,49]. Для впровадження макромоделювання в розрахункові
дослідження гідродинамічних насосних агрегатів потрібно адаптувати для вказаних
насосів методику побудови математичної моделі системи та її елементів.
Для проведення аналізу конструкції та прийняття проектних рішень в першу чергу
потрібно задати перелік елементів системи і структуру схемного рішення. Також
для адекватного опису фізичної системи потрібно задавати не тільки її складові
елементи, але й їх фізичні властивості. Цим умовам відповідає схема заміщення,
яка дозволяє представити досліджуваний об’єкт у вигляді, подібному графу. Таким
чином, досліджуваний на макрорівні гідродинамічний насосний агрегат зручно
представити у вигляді схеми заміщення, яка однозначно задає структуру та
взаємозв’язок елементів фізичної системи. На базі схеми заміщення формується
система рівнянь математичної моделі.
Найбільший розвиток теорія мереж отримала в електротехніці, що зумовлено
лінійністю характеристик їх компонентів. Стосовно гідравлічних систем, які
характеризуються нелінійними математичними рівняннями, ця теорія отримала
розвиток лише з появою у широкому вжитку ПЕОМ. Досліджуваний об’єкт
розділяється на типові елементи. Мережа, або граф гідравлічної системи, що
моделюється, скла
- Київ+380960830922