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摘 要:群车加油系统工况是系统水力计算的基础,正确的工况分类能够准确反映系统的规律变化。通过对新型群车加油系统的液流规律分析,得出影响滑片泵加油系统流量的因素有支管数、管路特性系数以及泵的转速;根据开启加油枪的数量和顺序将系统工况分为了9864100种可能工况,并经其归纳为1023种工况组合,划分为10类加油模式。加油系统工况的分类研究为系统建模与仿真研究奠定了基础。
关键词:群车加油系统 工况分类 工况组合 加油模式
中图分类号:U461 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0055-01群车加油系统由油泵、管路和各种部件组成,其功能主要依靠油泵、管路、阀门、加油枪等共同作用来实现,整个过程具有加油枪启闭随机、工况变化大的特点,这对加油系统规律和特性的研究提出了更高的要求,为能够更好地对系统规律和特性进行研究和分析,必须考虑加油支管数量的变化情况。所以,本文以加油支管数的变化引起系统的工况变化为研究重点,结合管网水力计算理论,通过理论分析的方法对加油系统的工况进行了归纳分类。
加油系统的工况研究主要是为了解决多分支管路的水力计算问题,由于加油支管数的随机变化,引起了系统工况的变换,如何对系统的随机工况进行水力计算并分析其变化规律及特性,成了本文研究的重点。加油系统的工况分析是实现求解系统水力计算问题和分析系统规律的基础,正确的工况分析能够准确地反映系统的工作状态,所以,对系统工况进行分类是必要的。
1 加油系统液流规律分析
文献[1]和[2]中,以20管群车加油车的加油系统为例,分析了离心泵加油系统的液流规律和工况变化,介绍了有关加油系统的调节方法以及调节设备的选择,得到了影响加油系统液流规律的因素,并进行了计算模拟。离心泵加油系统中,泵所提供的流量和压力较大,系统参数变化不稳定,所以,新型群车加油车采用了滑片泵多分支管路作为加油系统,并减少了支管的数量(由20根减少为10根)。
结合水力计算的基本知识,以共结型加油系统为例,对滑片泵加油系统液流规律进行分析。假设该系统吸入液面与支管排出口的高差,且液面与大气相通,不考虑滑片泵的容积损失,由水力学基本原理可知,管路系统的流量—压头方程为:
(1)
根据滑片泵的工作特性和转速特性,可知滑片泵的出口压力方程为:
(2)
当泵在管路系统中工作时,,据此计算得:
(3)
(4)
式中为总流量,为支管流量,为干管管路特性系数,为支管管路特性系数,为加油枪支管数,为滑片泵转速,为滑片泵转速特性系数,为管路系统总压头,为滑片泵出口压头。
由式(3)和(4)可知,影响滑片泵加油系统流量的因素有支管數,管路特性系数、以及泵的转速。加油系统的液流主要有以下特点。
(1)当泵的转速固定时,随着支管数的减少,系统总流量减少,而支管中单管流量增加。(2)当泵的转速固定时,随着支管数的增加,系统总流量增加,而支管中单管流量减少。(3)当加油支管数保持不变时,随着泵转速的升高,系统流量和单根支管流量增加。(4)当加油支管数保持不变时,随着泵转速的降低,系统流量和单根支管流量减少。
可见,系统流量的值与支管数和泵转速成正比,支管流量与支管数成反比,与泵转速成正比。加油系统的管路及布置形式是固定的,当泵转速不变时,系统流量和支管流量就只有与支管数有关,系统的工况随着支管数的变化而变化。
通过分析多分支管路系统的液流规律,可知开启加油枪数是影响系统工况的一个重要因素。后勤工程学院的刘振志教授在《多枪加油过程自适应控制》一文中,建立了多枪加油系统的控制模型,以加油枪数的变化作为扰动、回流调节装置为控制器,详细阐述了多枪加油系统设置调节装置前后的工况变化,分析了影响系统工况的变化因素。该方法从控制理论的角度解释了多枪加油系统的特点和变化规律,验证了加油枪开启数是影响多分支管路系统工况的主要因素。
3 工况分类
正是由于群车加油车完成油料补给任务的特殊性,其加油系统工作特点不同于一般的多分支管路系统。加油系统最主要的功能是为集群车辆进行加油作业,受油车辆和开启加油枪数量的随机变化使系统工况始终处于随机变化的状态。系统工况地划分是系统水力计算和分析的基础,有必要对系统中可能出现的工况进行分类。加油枪的开启数量和顺序是随机的,必须对加油枪进行编号分组,才能对工况进行分类和分析。在编号分组的基础上,根据数学中的排列组合知识对加油枪的开启状态进行排列组合计算,归纳所有可能的工况及工况类型。
3.1?工况组合数
群车加油车加油系统的工况是根据开启加油枪的数量和顺序进行划分的,开启加油枪的数量不同,所得到不同的工况组合;对于每一种工况组合,由于开启加油枪的顺序不同,该工况组合又分为不同的工况。现对开启n把枪时的加油系统工况数进行分析和讨论。
根据数学中排列组合的知识可知,系统的工况组合是在不考虑加油枪开启顺序的前提下,用开启加油枪数表示的一组数据,可以用来表示。每种开启加油枪数的组合数,共有1023种工况组合。
3.2?可能工况总数
系统的工况不仅取决于开启加油枪的数量,而且开启顺序也是必须要考虑的因素。每种工况组合由于加油枪的开启顺序不同,工况数可以用开启加油枪数的全排列来表示,即来表示该工况组合的可能工况数。加油系统在同时考虑加油枪开启数和开启顺序的条件下,开启n把加油枪的工况总数为,考虑开启加油枪顺序的情况下加油系统共有9864100种可能工况,这些工况反映了加油系统的动态变化。
3.3?工况类型及模式
本文主要是为实现加油系统随机工况的水力计算打下基础,也是系统稳态工况研究基础。根据加油系统稳态工况的水力计算方法可知,加油系统工况的水力计算与开启加油枪的顺序无关,其计算方法是相同的,即同一种工况组合在考虑开枪顺序和不考虑开枪顺序的情况下,水力计算方法和过程是相同的。因此,可将全部的9864100种可能工况归纳为1023种工况组合和10类加油模式。
4 结语
本文通过分析滑片泵加油系统的液流规律的基础上,得出了加油支管数的变化是影响系统工况变化的主要因素,并且从从控制理论的角度也得到了验证;运用排列组合的知识,以开启加油枪的数量和顺序为条件,将加油系统的9864100种可能工况归纳为1023种工况组合和划分为10类加油模式,为群车加油系统的水利计算和模拟仿真奠定了基础。
参考文献
[1] 刘振志,陈军.枝状管路压力与流量的调节[J].油气储运,2002.
[2] 刘振志.军用油料装备[M].北京:解放军出版社,2002.
关键词:群车加油系统 工况分类 工况组合 加油模式
中图分类号:U461 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0055-01群车加油系统由油泵、管路和各种部件组成,其功能主要依靠油泵、管路、阀门、加油枪等共同作用来实现,整个过程具有加油枪启闭随机、工况变化大的特点,这对加油系统规律和特性的研究提出了更高的要求,为能够更好地对系统规律和特性进行研究和分析,必须考虑加油支管数量的变化情况。所以,本文以加油支管数的变化引起系统的工况变化为研究重点,结合管网水力计算理论,通过理论分析的方法对加油系统的工况进行了归纳分类。
加油系统的工况研究主要是为了解决多分支管路的水力计算问题,由于加油支管数的随机变化,引起了系统工况的变换,如何对系统的随机工况进行水力计算并分析其变化规律及特性,成了本文研究的重点。加油系统的工况分析是实现求解系统水力计算问题和分析系统规律的基础,正确的工况分析能够准确地反映系统的工作状态,所以,对系统工况进行分类是必要的。
1 加油系统液流规律分析
文献[1]和[2]中,以20管群车加油车的加油系统为例,分析了离心泵加油系统的液流规律和工况变化,介绍了有关加油系统的调节方法以及调节设备的选择,得到了影响加油系统液流规律的因素,并进行了计算模拟。离心泵加油系统中,泵所提供的流量和压力较大,系统参数变化不稳定,所以,新型群车加油车采用了滑片泵多分支管路作为加油系统,并减少了支管的数量(由20根减少为10根)。
结合水力计算的基本知识,以共结型加油系统为例,对滑片泵加油系统液流规律进行分析。假设该系统吸入液面与支管排出口的高差,且液面与大气相通,不考虑滑片泵的容积损失,由水力学基本原理可知,管路系统的流量—压头方程为:
(1)
根据滑片泵的工作特性和转速特性,可知滑片泵的出口压力方程为:
(2)
当泵在管路系统中工作时,,据此计算得:
(3)
(4)
式中为总流量,为支管流量,为干管管路特性系数,为支管管路特性系数,为加油枪支管数,为滑片泵转速,为滑片泵转速特性系数,为管路系统总压头,为滑片泵出口压头。
由式(3)和(4)可知,影响滑片泵加油系统流量的因素有支管數,管路特性系数、以及泵的转速。加油系统的液流主要有以下特点。
(1)当泵的转速固定时,随着支管数的减少,系统总流量减少,而支管中单管流量增加。(2)当泵的转速固定时,随着支管数的增加,系统总流量增加,而支管中单管流量减少。(3)当加油支管数保持不变时,随着泵转速的升高,系统流量和单根支管流量增加。(4)当加油支管数保持不变时,随着泵转速的降低,系统流量和单根支管流量减少。
可见,系统流量的值与支管数和泵转速成正比,支管流量与支管数成反比,与泵转速成正比。加油系统的管路及布置形式是固定的,当泵转速不变时,系统流量和支管流量就只有与支管数有关,系统的工况随着支管数的变化而变化。
通过分析多分支管路系统的液流规律,可知开启加油枪数是影响系统工况的一个重要因素。后勤工程学院的刘振志教授在《多枪加油过程自适应控制》一文中,建立了多枪加油系统的控制模型,以加油枪数的变化作为扰动、回流调节装置为控制器,详细阐述了多枪加油系统设置调节装置前后的工况变化,分析了影响系统工况的变化因素。该方法从控制理论的角度解释了多枪加油系统的特点和变化规律,验证了加油枪开启数是影响多分支管路系统工况的主要因素。
3 工况分类
正是由于群车加油车完成油料补给任务的特殊性,其加油系统工作特点不同于一般的多分支管路系统。加油系统最主要的功能是为集群车辆进行加油作业,受油车辆和开启加油枪数量的随机变化使系统工况始终处于随机变化的状态。系统工况地划分是系统水力计算和分析的基础,有必要对系统中可能出现的工况进行分类。加油枪的开启数量和顺序是随机的,必须对加油枪进行编号分组,才能对工况进行分类和分析。在编号分组的基础上,根据数学中的排列组合知识对加油枪的开启状态进行排列组合计算,归纳所有可能的工况及工况类型。
3.1?工况组合数
群车加油车加油系统的工况是根据开启加油枪的数量和顺序进行划分的,开启加油枪的数量不同,所得到不同的工况组合;对于每一种工况组合,由于开启加油枪的顺序不同,该工况组合又分为不同的工况。现对开启n把枪时的加油系统工况数进行分析和讨论。
根据数学中排列组合的知识可知,系统的工况组合是在不考虑加油枪开启顺序的前提下,用开启加油枪数表示的一组数据,可以用来表示。每种开启加油枪数的组合数,共有1023种工况组合。
3.2?可能工况总数
系统的工况不仅取决于开启加油枪的数量,而且开启顺序也是必须要考虑的因素。每种工况组合由于加油枪的开启顺序不同,工况数可以用开启加油枪数的全排列来表示,即来表示该工况组合的可能工况数。加油系统在同时考虑加油枪开启数和开启顺序的条件下,开启n把加油枪的工况总数为,考虑开启加油枪顺序的情况下加油系统共有9864100种可能工况,这些工况反映了加油系统的动态变化。
3.3?工况类型及模式
本文主要是为实现加油系统随机工况的水力计算打下基础,也是系统稳态工况研究基础。根据加油系统稳态工况的水力计算方法可知,加油系统工况的水力计算与开启加油枪的顺序无关,其计算方法是相同的,即同一种工况组合在考虑开枪顺序和不考虑开枪顺序的情况下,水力计算方法和过程是相同的。因此,可将全部的9864100种可能工况归纳为1023种工况组合和10类加油模式。
4 结语
本文通过分析滑片泵加油系统的液流规律的基础上,得出了加油支管数的变化是影响系统工况变化的主要因素,并且从从控制理论的角度也得到了验证;运用排列组合的知识,以开启加油枪的数量和顺序为条件,将加油系统的9864100种可能工况归纳为1023种工况组合和划分为10类加油模式,为群车加油系统的水利计算和模拟仿真奠定了基础。
参考文献
[1] 刘振志,陈军.枝状管路压力与流量的调节[J].油气储运,2002.
[2] 刘振志.军用油料装备[M].北京:解放军出版社,2002.