Методы автоматизации схемно-структурной оптимизации гидравлических сетей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СХЕМИО-СТРУКТУРИОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

SCHEME-STRUCTURAL HYDRAULIC NETWORK OPTIMIZATION AUTOMATION METHODS

A.B. Михайличенко

A.V. Mikhailicheko

ФГБОУ ВПО "МГСУ"

Статья описывает современные методы автоматизации схемно-структурной оптимизации при проектировании гидравлических сетей. Приводится обзор методов поиска наиболее выгодного потокораспределения при минимуме суммарных затрат на сооружение и эксплуатацию всех элементов сети.

Article describes the modern automation methods of scheme-structural optimization of hydraulic networks. The review of methods of most beneficial flow distribution with minimum total cost of construction networks elements is resulted.

Введение

Проблема автоматизации оптимального проектирования сложных пространственно распределенных систем трубопроводного транспорта является одной из самых актуальных в отраслях строительства и жилищно-коммунального хозяйства в настоящее время.

В связи с этим, принципиальным моментом является общность данного комплекса технико-экономических задач, составляющих проблему оптимального проектирования гидравлических и электрических сетей.

Метод оптимальной трассировки трубопроводных сетей

В качестве критерия оптимальности принимается минимум суммарных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию всех элементов сети, включая затраты электроэнергии на перекачку транспортируемой среды, который могут быть представлены как функция от искомых расходов x; и диаметров труб d;. В упрощенном случае функция выглядит следующим образом[1]:

п

F(d) = ^fi(di)Li

i-1

где fi - удельная стоимость трубопровода с диаметром d;, включая стоимость одной единицы длины трубы, ее прокладки, монтажа и изоляции.

6/2П11 ВЕСТНИК _ 6/2011_МГСУ

В случае непрерывной модели эти функции выражаются как:

fiidt) = [

at + Ь^йf, dj > 0, u> 0, at > 0 0, dj = 0

где а; и Ъ получаются в результате аппроксимации табличных значений стоимостных функций

Если учесть зависимость диаметра от потери давления и расхода х;, то минимизирующая функция примет вид:

п п

F(d) = Р(х,К) — £ + ^

г=1 г=1

где л - экономическая характеристика ветви, не связанная с показателем степени Р, а -показатель отвечающий принятой формуле для расчета сопротивления.

Исключая из данной модели вектор Ъ, функция сводится к следующему:

1+аи п

F(x) = 3~аи ^ \-1=г

i=l i=l

Метод оптимизации капиталовложений с максимальной надежностью системы водоснабжения

Данная модель была использована для разработки системы водоснабжения города Нью-Йорка в 1969 году. Для минимизации капиталовложений была использована следующая функция[2]:

а

С = £(1.1

Minimize С —

г=1

где D; - диаметр трубы в дюймах, а L; - длина трубы футах, а C - объем капиталовложений долларах.

Одновременно с минимизацией капиталовложений, рассматривалась задача максимизации надежности сети за счет увеличения избыточности. В 2000 году Тодини предложил использовать индекс устойчивости сети, основанный на том, что мощность сети равна мощности, теряемой на преодоление сопротивления плюс общая выходная мощность:

пг при

Pinp — Pint + Pout — Y £ QkHk + £ Pi

1

fc^i 7^1

где у- коэффициент равный 9,81 кН/м3, - расход в каждом резервуаре в футах в секунду, Нк - высота воды на каждом резервуаре в футах, Рг мощность насоса 1 киловаттах, пг - количество резервуаров, при - количество насосов.

Таким образом, индекс устойчивости можно выразить как:

Математическая модель максимизации надежности выглядит следующим обра-

„ . . , та CjQjtHj-H™)

Maximize L =

QkHk + Х^ф] - QjHJ

mm

где Cj - коэффициент однородности узла и Су = Di/[np * max (,D¿)], a nn - количе-

ство узлов.

Литература

1. Меренков А. П., ХасилевВ. Я.Теория гидравлических цепей. Москва : Наука, 1985.

2. А.Васан и С.Симонович. Оптимизация структуры системы водоснабжения используя диффиренциалъное исчисление. Планирование и управление водными ресурсами. АСЦЕ. 2010

The literature:

1. Merenkov A.P., Hasilev V, Y. Teoriya hydravlicheskih cepey. Moscow: Nauka, 1985.

2. A. Vasan, S. P. Simonovic. Optimization of Water Distribution Network Design Using Differential Evaluation. Journal of water resources planning and management. ASCE. 2010

Ключевые слова: инженерные сети, гидравлическая цепь, потери давления, схемно-структурная оптимизация.

Keywords: engineering networks, hydraulic circuit, pressure los, scheme-structural optimization.

129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26; тел./факс: +7 (499) 183-59-94; e-mail: a.v.mich@gmail.com

Статья представлена Редакционным советом "Вестника МГСУ»