Моделирование динамических процессов при прецедентном управлении автоматизированным насосным комплексом с учетом канала байпаса

Abstract

При прецедентном управлении автоматизированными насосными комплексами необходим учет характеристик динамических процессов с целью уменьшения или полного устранения различных нестационарных гидравлических процессов, в том числе кавитации. В статье рассмотрены условия возникновения в насосных комплексах локальных колебаний гидродинамического характера, способствующих возникновению или активизации указанных нежелательных процессов, с построением динамических моделей на основе метода электроаналогии и применением критериев устойчивости теории автоматического управления. Осуществлено построение математической модели локальных динамических процессов, анализ условий устойчивости и степени колебательности, их численное моделирование. Определение данных условий предоставляет дополнительную информацию для обоснованного выбора прецедентов при автоматизированном управлении насосным комплексом. Цель исследования: определение условий устойчивости локальных динамических процессов при прецедентном управлении автоматизированным насосным комплексом с учетом канала байпаса на основе моделирования с использованием метода электроаналогии. Материалы и методы. Для проведения исследования были использованы методы математического моделирования, в частности метод электроаналогии, методы теории автоматического управления с использованием аппарата передаточных функций, методы численного моделирования с применением программного комплекса SimInTech. Результаты. Осуществлено построение динамической модели насосного комплекса с учетом канала байпаса на основе метода электроаналогии. Это позволило провести анализ устойчивости и степени колебательности процесса перекачивания жидкости с использованием методов теории автоматического управления. Полученные в аналитическом виде условия, находящиеся в зависимости от статических и динамических параметров насосного комплекса, определили границы областей на напорно-расходной характеристике с определенной степенью устойчивости и колебательности динамических процессов. Заключение. Результаты исследования позволяют определить условия, при которых в насосных комплексах на основе центробежных насосов, оснащенных каналом байпаса, возникают локальные колебательные процессы, способствующие возникновению или активизации нежелательных гидродинамических процессов. Данные условия позволяют осуществлять формирование и использование базы прецедентов при управлении режимами работы насосных комплексов с учетом фактора колебательности. The precedent management of automated pumping systems requires consideration of the characteristics of dynamic processes in order to reduce or completely eliminate various non-stationary hydraulic processes, including cavitation. The article considers the conditions of local hydrodynamic oscillations in pump complexes, which contribute to the emergence or activation of these undesirable processes, with the construction of dynamic models based on the electric analogy method and the use of stability criteria for the theory of automatic control. A mathematical model of local dynamic processes was built, stability conditions and degree of oscillation were analyzed, and their numerical modeling was carried out. The definition of these conditions provides additional information for the reasonable selection of precedents in the automated control of the pump complex. Research objective: Determination of conditions for stability of local dynamic processes in case management of the automated pump system taking into account the bypass channel based on modeling using the electric analogy method. Materials and methods. To conduct the study, methods of mathematical modeling were used, in particular, the method of electric analogy, methods of the theory of automatic control using the apparatus of transfer functions, methods of numerical modeling using the SimInTech software complex. Results. A dynamic model of the pump system was built taking into account the bypass channel based on the electric analogy method. This allowed an analysis of the stability and degree of vibrancy of the fluid pumping process using methods of automatic control theory. The conditions obtained in analytical form, depending on the static and dynamic parameters of the pump complex, determined the boundaries of the regions on the pressure-flow characteristic with a certain degree of stability and oscillation of dynamic processes. Conclusion. The results of the study make it possible to determine the conditions under which local oscillatory processes occur in pumping complexes based on centrifugal pumps equipped with a bypass channel, which contribute to the emergence or activation of undesirable hydrodynamic processes. These conditions make it possible to create and use a base of precedents when controlling the operating modes of pump systems taking into account the oscillation factor.