Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАСКАДА НАСОСІШ СТАНЦИЙ 13
І.І. Объект исследований, основные параметры, их иерархия и классификация с позиций оптимизации
1.2 Анализ методов обоснования положения водопроводящего тракта КНС на ЭВМ 20
1.3 Анализ методов обоснования параметров сооружений и оборудования КНС, перекачивающего жидкости с твердыми частицами. 24
1.4. Программная реализация методов обоснования параметров КНС на ЭВМ 34
1.5. Выводы 38
2. ОБОСНОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВО ДОПРОВОДЯЩЕГО ТРАКТА КАСКАДА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ 40
2.1. Постановка задачи и общий алгоритм обоснования параметров КНС 40
2.2. Математические модели и численные алгоритмы обоснования положения водопроводящего тракта КНС в плане 44
2.3. Математическая модель обоснования положения водопроводящего тракта в вертикальной плоскости при наличии твердых частиц в жидкости 50
2.4. Численные алгоритмы обоснования положения водопроводящего тракта КНС в вертикальной плоскости 56
3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СООРУЖЕНИЙ И ОБОРУДОВА НИЯ КАСКАДА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ, ПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ ЖВДКОСШ С ТВЕРДЫМИ ЧАСТИЦАМИ 65
3.1. Общий алгоритм обоснования параметров сооружений и оборудования КНС
3.2. Экономико-математическая модель КНС, перекачивающего жидкости с твердыми частицами 68
3.3. Численный алгоритм обоснования параметров оборудования и сооружений КНС на первом уровне иерархии 89
3.4. Обоснование параметров сооружений и оборудования КНС на втором уровне иерархии
3.5. Уточнение коэффициентов экономико-математической модели КНС на третьем уровне
иерархии
4. РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЭВМ МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРА МЕТРОВ КАСКАДА НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ, ПЕРЕКАЧИВАЮ ЩИХ ЖИДКОСТИ С ТВЕРДЫМИ ЧАСТИЦАМИ
4.1. Описание состава и структуры пакета прикладных программ ОПТИМ-НС 110
4.2. Диалоговая человеко-машинная технология обоснования параметров КНС, реализованная в пакете ОПТИМ-НС . 116
4.3. Схема функционирования пакета прикладных программ ОПТИМ-НС 120
4.4. Информационное обеспечение пакета прикладных программ ОПТИМ-НС 126
5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАСКА ДА НАСОСНЖ СТАНЦИЙ, ПЕРЕКАЧИВАКШЩ ЖВДКОСТИ С ТВЕВДМИ ЧАСТИЦАМИ, И ПАКЕТА ОПТИМ-НС ДЛЯ КОНКРЕТНЫ! ОБЬЕКТЫ 129
5.1. Описание гипотетического объекта, анализ результатов определения оптимального положения водопроводящего тракта КНС 129
5.2. Анализ влияния твердых частиц в перекачиваемой жидкости на оптимальные параметры оборудования и сооружений КНС 136
5.3. Исходные данные для обоснования параметров КНС системы шламоудаления Богословского алюминиевого завода . 140
5.4. Обоснование параметров КНС системы шламоудаления Богословского алюминиевого завода. 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 153
Список литературы
ПРИЖЖЕНИЕ 174
- Объект исследований, основные параметры, их иерархия и классификация с позиций оптимизации
- Постановка задачи и общий алгоритм обоснования параметров КНС
- Общий алгоритм обоснования параметров сооружений и оборудования КНС
- Описание состава и структуры пакета прикладных программ ОПТИМ-НС
- Описание гипотетического объекта, анализ результатов определения оптимального положения водопроводящего тракта КНС
Объект исследований, основные параметры, их иерархия и классификация с позиций оптимизации
Исследуемый объект - каскад насосных станций (КНС) -представляет собой техническую систему, состоящую из взаимосвязанных подсистем, объединенных общей технологической функцией - доставкой воды или твердого материала потребителю. На рис,1.1 представлена характерная схема КНС. Каскад НС взаимодействует с водохозяйственной системой (ШС), энергосистемой и окружающей средой [27]. Взаимосвязь с ШС осуществляется через внешние параметры: местоположение водозабора (точка А на рис.1.1) и водовыпуска (точка В на рис.1.1), геодезический напор , расчетное давление в точке В - Р , расчетный расход воды - Q и характеристики твердых частиц, или расчетную производительность КНС по твердому материалу - G .В диссертации КНС рассмотрен как замкнутая система с заданными внешними параметрами и конкретными характеристиками природных условий места строительства.
Решение проблемы обоснования параметров КНС заключается в построении совокупности информационных, имитационных и оптимизационных моделей системы, пригодных для реализации на ЭВМ, и анализе оптимизационных моделей на экстремальные значения целевой функции Построение экономико-математических моделей КНС непосредственно связано с параметризацией - выделением наиболее важных, основных параметров, оптимизацию которых необходимо проводить совместно. Второстепенные параметры определяются вариантным методом.
Постановка задачи и общий алгоритм обоснования параметров КНС
Существует несколько вариантов КНС, имеющих одно и то же целевое назначение. Поиск оптимального варианта сводится к анализу экономико-математической модели КНС на экстремальные значения целевой функции при соблюдении необходимых ограничений. Под экономико-математической моделью КНС понимается совокупность математических зависимостей, адекватно отражающих основные реальные количественные и качественные взаимосвязи оптимизируемых параметров и их вклад в функцию цели [46 1.
В соответствии с [Ю2\ в качестве целевой функции при обосновании параметров КНС использован функционал расчетных приведенных затрат:
Пу - вектор параметров, определяющих трассу водопроводящего тракта ННС. Предполагается для всех сравниваемых вариантов единовременность капитальных вложений и постоянство ежегодных эксплуатационных издержек. Кроме того сравниваемые варианты обеспечивать одинаковые количественные и качественные показатели выполнения технологической функции, приводиться в сопоставимый вид по всем признакам, кроме признака, эффект которого определяется. Достоверность результатов поиска оптимального варианта определяется точностью оценки составляющих приведенных затрат и накладываемых ограничений.
В диссертации параметры считаем заданными. Составляющие затрат Зп и Зу учитывают особенности технологического процесса подготовки и утилизации перекачиваемой жидкости и представляют собой штрафные функции, которые необходимо добавить к затратам по КНС для обоснованного определения параметров, Функциональные зависимости Зп(Пи) и Зу(Пи) также предполагаем известными при минимизации функционала (2.1),
Общий алгоритм обоснования параметров сооружений и оборудования КНС
В соответствии с общим итерационным алгоритмом обоснования параметров КНС, положение трассы водопроводящего тракта, а также природные условия, характеризуемые данными по топографии, геологии, гидрологии и т.д., считаем заданными.
Обоснование параметров сооружений и оборудования КНС, при заданном объеме перемещаемого твердого материала или воды, осуществляется в соответствии с критерием минимума суммарных расчетных приведенных затрат по системе в целом (2.1). Для определения составляющих затрат по КНС использованы укрупненные сметные нормы, нормативы удельных капитальных вложений, а также рекомендации, полученные на основе анализа ранее выпущенных проектов.
Для обоснования параметров сооружений и оборудования КНС предложен алгоритм [32, 33, 34], блок-схема которого показана на рис .3.1. В соответствии с этим алгоритмом выделены три уровня обоснования параметров сооружений и оборудования КНС. Для каждого уровня иерархии построены оптимизационные модели КНС.
На первом этапе (блок 2) дано обоснование параметров сооружений и оборудования КНС в предположении, что КНС состоит из соединенных без разрыва потока [54] однотипных узлов НС.
Описание состава и структуры пакета прикладных программ ОПТИМ-НС
Методика обоснования параметров КНС реализована автором в универсальном пакете прикладных программ ОПТИМ-НС. Подробное описание пакета программ ОПТИМ-НС дано автором в работах [70, 101, 109, 131].
Пакет программ ОПТИМ-НС имеет модульную, иерархическую структуру. На верхней ступени иерархии находится резидентная управляющая программа системы, постоянно присутствующая в оперативной памяти ЭВМ и управляющая ее работой. На нижних ступенях иерархии находятся нерезидентные управляющие и обслуживающие программы, информационная база и прикладные программные модули.
Пакет ОПТИМ-НС состоит из 23 программ на языке Фортран-4. Характеристика программ пакета и файлов информационной базы дана в приложении 3. Состав программ пакета ОПТИМ-flC показан на рис.4.1. Программы пакета объединены в две группы: прикладные и системные.
Описание гипотетического объекта, анализ результатов определения оптимального положения водопроводящего тракта КНС
В качестве примеров практического использования разработанной автором методики обоснования параметров КНС, перекачивающего жидкости с твердыми частицами, были рассмотрены две типичные задачи, часто возникающие в проектной практике.
Рассмотрим описание первой задачи. Требуется обеспечить перемещение расчетного количества жидкости Qp = 10000 ыг/ч от водозабора, расположенного в точке А, до точки В присоединения к распределительной сети трубопроводов. Относительное месторасположение точек А и В, а также рельеф местности в районе строительства КНС показаны на рис.5.1. В точке В необходимо создать давление Р = 0.314 Ша. Район строительства КНС - регион объединенной энергосистемы Северного Кавказа и Закавказья. В течение года КНС эксплуатируется непрерывно. В перекачиваемой жидкости содержатся твердые частицы. Среднегодовая концентрация твердых частиц составляет 0.002. Изменение объемной концентрации твердых частиц в жидкости для расчетного года дано в приложении 5 В соответствии с методикой обоснования параметров КНС, перекачивающего жидкости с твердыми частицами, были решены отдельные задачи для выделенных этапов оптимизации.
