CN114564052B - 机坪供油系统压力控制方法及装置、电子设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及液体管网瞬态模拟与过程控制技术领域，提供了一种机坪供油系统压力控制方法及装置、电子设备、存储介质，包括：根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息；基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在预设的加油压力范围内。本公开解决了机坪管网瞬态水力模拟与加油压力自动控制的问题，使得机坪供油系统的加油压力能够保持稳定。
Description
技术领域
本公开涉及液体管网瞬态模拟与过程控制技术领域，特别涉及一种机坪供油系统压力控制方法及装置、电子设备、存储介质。
背景技术
随着民航需求的增加和飞机架次的增多，管线加油逐渐成为大中型机场供油的主流方式。当多架飞机开始加油时，管网压力迅速下降，将会影响飞机加油时间甚至造成油料汽化；当多架飞机停止加油时，管网压力迅速上升，可能会引发法兰组件渗漏、管路爆裂等问题。机场油库是机坪油料的供给来源，为了保障加油任务安全、快速进行，需要对加油泵进行控制，以使机坪加油压力保持稳定。
现有技术中，商业软件如油气管道仿真软件SPS(Stoner Pipeline Simulator)可以进行管网水力计算并实施控制，但其并未考虑局部阻力损失的影响，且控制条件和控制参数均需手工输入，过于繁琐。相比于供水管网，机坪管网规模较小，局部阻力元件众多，因此，需要考虑局部阻力损失对机坪管网压力的影响。然而，由于机场加油栓数量较多、位置分散，飞机加油时间、加油量均与实际状况有关，机坪管网压力波动随机且频繁，因此，如何提供一种通用的机坪供油系统压力控制方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，提供一种机坪供油系统压力控制方法及装置、电子设备、存储介质。
本公开的一个方面，提供了一种机坪供油系统压力控制方法，所述方法包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息；
基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；
根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内。
可选的，所述根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息，包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型；
将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力；
根据求解得到的所述节点压力，分别计算通过各个水力元件的流量。
可选的，所述根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型，包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，分别建立离心泵模型和阻力元件模型；
所述离心泵模型表示为下式(1)和下式(2)：
H＝aR+bRQ2 (1)
Pt＝AR+BRQ (2)
其中，H为扬程，Pt为功率，Q为流量，aR、bR均为拟合扬程特性曲线系数， AR、BR均为拟合功率特性曲线系数；
在所述离心泵配有变频器时，所述离心泵模型表示为下式(3)和下式(4)：
其中，nR为额定转速，n为实际转速，a、b均为拟合扬程特性曲线系数，且b＝bR，A、B均为拟合功率特性曲线系数，且/>
所述阻力元件模型表示为下式(5)：
其中，Hi,N+1为第i个管段的第N+1个网格点的压力，Hi+1,1为第i+1个管段的第1个网格点的压力，ξ为阻力系数，g为重力加速度，Ar为管道横截面积。
可选的，所述将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力，包括：
根据机坪管网基础数据和边界条件，确定未知参数的初值，其中，所述基础数据包括机坪管网拓扑结构数据、水力元件特性数据，所述边界条件包括机坪管网进出口流量/压力，所述未知参数包括节点压力/节点流量；
根据下式(6)计算机坪管网中所有管段内流体黏度，并根据下式(7)计算机坪管网中所有管段内摩阻系数，其中，v为流体黏度，T为温度，av、bv、β、 m均为常数，f为摩阻系数，d为管径：
lglg(v×106+0.6)＝av+bvlgT (6)
用节点压力表示管段流量，将其代入节点流量平衡方程，得到下式(8)和下式(9)；其中，qij为与节点j相连的节点i和节点j之间的管段流量，流入节点j时取正值，流出节点j时取负值；Qj为节点j的流量，从节点j流入机坪管网时取正值，从节点j流出机坪管网时取负值；y为节点数量，mp为管段数量，为第l个管段的起点压力，/>为第l个管段的终点压力，ΔPl为第l个管段的压降：
∑qij+Qj＝0,j＝1,2,3,…,y (8)
获取各节点压力的集合其中，P1,P2,…,Py分别表示节点 1,2,…,y的压力，对X进行迭代得到/>其中，Xk表示X第k 次迭代时的值，Pk,1,Pk,2,…Pk,y分别表示P1,P2,…,Py第k次迭代时的值，计算得到第 k次迭代时第l个管段的流量为/>其中，ρ为液体密度，L 为管段长度，/>为第k次迭代时第l个管段的起点压力，/>为第k次迭代时第l个管段的终点压力，计算节点流量平衡关系式的值F(Xk)及雅可比矩阵 J(Xk)，其中，F(Xk)表示为下式(10)，J(Xk)表示为下式(11)，qk,iy表示第k 次迭代时与节点y相连的节点i和节点y之间的管段流量，∑qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的所有节点和节点y之间的管段流量之和：
求解线性方程组J(Xk)ΔXk＝F(Xk)，得到Xk的增量ΔXk，若ΔXk小于计算精度ε，则停止计算并返回计算结果，若ΔXk不小于计算精度ε，则令k＝k+1，若此时k小于最大迭代次数kmax，则令Xk+1＝Xk+ΔXk，并重新返回计算机坪管网中所有管段内流体黏度和摩阻系数的步骤，其中，Xk+1表示X第k+1次迭代时的值，若k不小于最大迭代次数kmax，则迭代不收敛，计算失败。
可选的，所述基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，包括：
基于液体管道不稳定流动基本方程，采用特征线法，建立相容性方程并进行离散；
针对机坪管网中的弯头、三通，建立局部阻力数学模型；
基于所述稳态工况信息和所述加油事件列表，更新管道参数直至达到预设的规定时间，获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况。
可选的，所述基于液体管道不稳定流动基本方程，采用特征线法，建立相容性方程并进行离散，包括：
根据下式(12)和下式(13)建立相容性方程：
(HP-HA)+Cw(QP-QA)+fQP|QA|1-mawΔt＝0 (12)
(HP-HB)-Cw(QP-QB)-fQP|QB|1-mawΔt＝0 (13)
其中，HP为当前网格点当前时刻压头，HA为前一网格点前一时刻压头，HB为后一网格点前一时刻压头，QP为当前网格点当前时刻流量，QA为前一网格点前一时刻流量，QB为后一网格点前一时刻流量，Cw为惯性水击常数，aw为波速，Δt为时间步长。
可选的，所述针对机坪管网中的弯头、三通，建立局部阻力数学模型，包括：
根据下式(14)和下式(15)建立局部阻力数学模型：
其中，Hi为弯头处i管中的压头，Ri、Si均为常数，Qi为弯头处当前时刻流量，Qi,k为弯头处前一时刻流量，ξe为弯头局部阻力系数，A为管道截面积，Hj为三通处j管中的压头，Rj、Sj均为常数，Qj为三通处当前时刻流量，Qj,k为三通处前一时刻流量，ξt为三通局部阻力系数。
可选的，所述基于所述稳态工况信息和所述加油事件列表，更新管道参数直至达到预设的规定时间，获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，包括：
确定合适的时间步长和机坪管网的网格间距；
计算初始时刻机坪管网参数；
计算下一时刻管段内部的网格点的值；
根据加油事件列表，计算下一时刻管段两端的网格点的值；
更新机坪管网参数，直至达到所述预设的规定时间。
可选的，所述根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内，包括：
采用比例积分微分控制，通过调节离心泵转速，将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内；
若当前状态下的运行泵数无法将加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，则通过启停泵操作调节运行泵数，以将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内。
可选的，所述若当前状态下的运行泵数无法将加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，则通过启停泵操作调节运行泵数，以将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，包括：
选取控制方法和控制对象，所述控制方法包括回流调节、单泵变频、多泵变频中的至少一种，所述控制对象包括压力、流量、频率中的至少一者；
基于选取的控制方法和控制对象，确定泵机组不同运行状态下启停泵条件中的控制参数；
根据所述控制参数，将控制逻辑应用到瞬态水力计算中，获得加油压力随时间变化曲线和泵转速随时间变化曲线。
可选的，所述基于选取的控制方法和控制对象，确定泵机组不同运行状态下启停泵条件中的控制参数，包括：
根据所述预设的加油压力范围和泵特性，分别设置启泵压力、启泵流量、启泵频率、停泵压力、停泵流量、停泵频率；
若同时满足加油压力低于设置的启泵压力、泵流量高于设置的启泵流量、泵频率高于设置的启泵频率，则进行启泵操作；
若同时满足加油压力高于设置的停泵压力、泵流量低于设置的停泵流量、泵频率低于设置的停泵频率，则进行停泵操作。
本公开的另一个方面，提供了一种机坪供油系统压力控制装置，所述装置包括：
管网稳态计算模块，用于根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息；
管网瞬态计算模块，用于基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；
加油压力控制模块，用于根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内。
本公开的另一个方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前文记载的所述的方法。
本公开的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前文记载的所述的方法。
本公开提供的机坪供油系统压力控制方法及装置、电子设备、存储介质，根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机场管网模型进行稳态计算，基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在预设的加油压力范围内，从而解决了机坪管网瞬态水力模拟与加油压力自动控制的问题，使得机坪供油系统的加油压力能够保持稳定。
附图说明
一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本公开一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图2为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图3为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图4为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图5为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图6为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图7为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制方法的流程图；
图8为本公开另一实施方式提供的机坪管网的结构示意图；
图9为本公开另一实施方式提供的出口压力随时间变化曲线的示意图；
图10为本公开另一实施方式提供的加油压力和泵转速随时间变化曲线的示意图；
图11为本公开另一实施方式提供的一种机坪供油系统压力控制装置的结构示意图；
图12为本公开另一实施方式提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施方式中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。以下各个实施方式的划分是为了描述方便，不应对本公开的具体实现方式构成任何限定，各个实施方式在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本公开的一个实施方式涉及一种机坪供油系统压力控制方法，其流程如图1 所示，包括：
步骤110，根据管网结构信息，进行稳态计算。本步骤具体为：根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机坪管网模型进行稳态计算，得到机坪管网模型的稳态工况信息。
步骤120，基于稳态工况信息和加油事件列表，进行瞬态模拟。本步骤具体为：基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况。
步骤130，根据控制器调节泵转速或进行启停泵。本步骤具体为：根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内。
本公开实施方式相对于现有技术而言，根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机场管网模型进行稳态计算，得到机坪管网模型的稳态工况信息，基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在预设的加油压力范围内，从而解决了机坪管网瞬态水力模拟与加油压力自动控制的问题，使得机坪供油系统的加油压力能够保持稳定。
示例性的，如图2所示，步骤110包括：
步骤210，针对水力元件建立数学模型。本步骤具体为：根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型。
步骤220，根据节点流量平衡关系建立方程组并求解。本步骤具体为：将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到节点压力。
步骤230，根据节点压力，计算通过水力元件的流量。本步骤具体为：根据求解得到的节点压力，分别计算通过各个水力元件的流量。
示例性的，步骤210包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，分别建立离心泵模型和阻力元件模型；
所述离心泵模型表示为下式(1)和下式(2)：
H＝aR+bRQ2 (1)
Pt＝AR+BRQ (2)
其中，H为扬程，Pt为功率，Q为流量，aR、bR均为拟合扬程特性曲线系数， AR、BR均为拟合功率特性曲线系数；
在所述离心泵配有变频器时，所述离心泵模型表示为下式(3)和下式(4)：
其中，nR为额定转速，n为实际转速，a、b均为拟合扬程特性曲线系数，且b＝bR，A、B均为拟合功率特性曲线系数，且/>
所述阻力元件模型表示为下式(5)：
其中，Hi,N+1为第i个管段的第N+1个网格点的压力，Hi+1,1为第i+1个管段的第1个网格点的压力，ξ为阻力系数，g为重力加速度，Ar为管道横截面积。
示例性的，如图3所示，步骤220包括：
步骤310，输入管网基本数据，边界条件，并给定未知参数初始值。本步骤具体为：根据机坪管网基础数据和边界条件，确定未知参数的初值，其中，基础数据包括机坪管网拓扑结构数据、水力元件特性数据，边界条件包括机坪管网进出口流量/压力，未知参数包括节点压力/节点流量。
步骤320，计算所有管段内流体黏度、摩阻系数。本步骤具体为：根据下式 (6)计算机坪管网中所有管段内流体黏度，并根据下式(7)计算机坪管网中所有管段内摩阻系数，其中，v为流体黏度，T为温度，av、bv、β、m均为常数，f为摩阻系数，d为管径：
lglg(v×106+0.6)＝av+bvlgT (6)
步骤330，用节点压力表示管段流量，代入节点流量平衡方程。本步骤具体为：用节点压力表示管段流量，将其代入节点流量平衡方程，得到下式(8)和下式(9)；其中，qij为与节点j相连的节点i和节点j之间的管段流量，流入节点j时取正值，流出节点j时取负值；Qj为节点j的流量，从节点j流入机坪管网时取正值，从节点j流出机坪管网时取负值；y为节点数量，mp为管段数量，为第l个管段的起点压力，/>为第l个管段的终点压力，ΔPl为第l个管段的压降：
∑qij+Qj＝0,j＝1,2,3,…,y (8)
步骤340，计算F(Xk)、雅可比矩阵J(Xk)。本步骤具体为：获取各节点压力的集合其中，P1,P2,…,Py分别表示节点1,2,…,y的压力，对X进行迭代得到其中，Xk表示X第k次迭代时的值，Pk,1,Pk,2,…Pk,y分别表示P1,P2,…,Py第k次迭代时的值，计算得到第k次迭代时第l个管段的流量为/>其中，ρ为液体密度，L为管段长度，/>为第k次迭代时第l个管段的起点压力，/>为第k次迭代时第l个管段的终点压力，计算节点流量平衡关系式的值F(Xk)及雅可比矩阵J(Xk)，其中，F(Xk)表示为下式 (10)，J(Xk)表示为下式(11)，qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的节点i 和节点y之间的管段流量，∑qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的所有节点和节点y之间的管段流量之和：
步骤350，求解线性方程组J(Xk)ΔXk＝F(Xk)。本步骤具体为：求解线性方程组J(Xk)ΔXk＝F(Xk)，得到Xk的增量ΔXk，若ΔXk小于计算精度ε即ΔXk＜ε，则停止计算并返回计算结果，若ΔXk不小于计算精度ε即不满足ΔXk＜ε，则令 k＝k+1，若此时k小于最大迭代次数kmax即k＜kmax，则令Xk+1＝Xk+ΔXk，并重新返回计算机坪管网中所有管段内流体黏度和摩阻系数的步骤，其中，Xk+1表示X 第k+1次迭代时的值，若k不小于最大迭代次数kmax即不满足k＜kmax，则迭代不收敛，计算失败。
示例性的，如图4所示，步骤120包括：
步骤410，采用特征线法得到相容性方程并进行离散。本步骤具体为：基于液体管道不稳定流动基本方程，采用特征线法，建立相容性方程并进行离散。
步骤420，建立考虑局部阻力的数学模型。本步骤具体为：针对机坪管网中的弯头、三通，建立局部阻力数学模型。
步骤430，基于稳态工况信息和加油事件列表，更新管道参数直至达到规定时间。本步骤具体为：基于稳态工况信息和加油事件列表，更新管道参数直至达到预设的规定时间，获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况。
本实施方式考虑了机坪管网中弯头和三通带来的局部阻力，建立了局部阻力数学模型，从而使得计算获得的机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况更加准确。
示例性的，步骤410包括：
根据下式(12)和下式(13)建立相容性方程：
(HP-HA)+Cw(QP-QA)+fQP|QA|1-mawΔt＝0 (12)
(HP-HB)-Cw(QP-QB)-fQP|QB|1-mawΔt＝0 (13)
其中，HP为当前网格点当前时刻压头，HA为前一网格点前一时刻压头，HB为后一网格点前一时刻压头，QP为当前网格点当前时刻流量，QA为前一网格点前一时刻流量，QB为后一网格点前一时刻流量，Cw为惯性水击常数，aw为波速，Δt为时间步长。
示例性的，步骤420包括：
根据下式(14)和下式(15)建立局部阻力数学模型：
其中，Hi为弯头处i管中的压头，Ri、Si均为常数，Qi为弯头处当前时刻流量，Qi,k为弯头处前一时刻流量，ξe为弯头局部阻力系数，A为管道截面积，Hj为三通处j管中的压头，Rj、Sj均为常数，Qj为三通处当前时刻流量，Qj,k为三通处前一时刻流量，ξt为三通局部阻力系数。
示例性的，如图5所示，步骤430包括：
步骤510，确定合适的时间步长和网格间距。即，确定合适的时间步长和机坪管网的网格间距。
步骤520，计算初始时刻管网参数。即，计算初始时刻机坪管网参数。
步骤530，计算下一时刻内点的值。这里的内点指的是管段内部的网格点，本步骤即为计算下一时刻管段内部的网格点的值。
步骤540，根据加油事件列表计算下一时刻边界点的值。这里的边界点指的是管段两端的网格点，本步骤即为根据加油事件列表，计算下一时刻管段两端的网格点的值。
步骤550，更新管网参数直至达到规定时间。即，更新机坪管网参数，直至达到预设的规定时间。
示例性的，如图6所示，步骤130包括：
步骤610，采用PID(Proportional Integral Derivative，比例积分微分)控制调节泵转速保证加油压力稳定。本步骤具体为：采用比例积分微分控制，通过调节离心泵转速，将机坪管网的加油压力控制在预设的加油压力范围内。
步骤620，若加油压力持续过低，进行启泵操作；若加油压力持续过高，进行停泵操作。本步骤具体为：若当前状态下的运行泵数无法将加油压力控制在预设的加油压力范围内，则通过启停泵操作调节运行泵数，以将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内。
示例性的，如图7所示，步骤620包括：
步骤710，选取控制方法和控制对象。控制方法包括回流调节、单泵变频、多泵变频中的至少一种，控制对象包括压力、流量、频率中的至少一者。
步骤720，确定不同运行状态下启停泵条件中的控制参数。本步骤具体为：基于选取的控制方法和控制对象，确定泵机组不同运行状态下启停泵条件中的控制参数。
步骤730，将控制逻辑应用到瞬态水力计算中，获得加油压力和泵转速变化情况。本步骤具体为：根据控制参数，将控制逻辑应用到瞬态水力计算中，获得加油压力随时间变化曲线和泵转速随时间变化曲线。
通过采用回流调节、单泵变频、多泵变频三种控制方法中的至少一种，确定对机坪管网的加油压力进行控制的控制参数，并根据该控制参数通过启停泵操作调节运行泵数，将机坪管网的加油压力控制在预设的加油压力范围内，保障了机坪管网加油压力的稳定性。
示例性的，步骤720包括：
根据预设的加油压力范围和泵特性，分别设置启泵压力、启泵流量、启泵频率、停泵压力、停泵流量、停泵频率；
若同时满足加油压力低于设置的启泵压力、泵流量高于设置的启泵流量、泵频率高于设置的启泵频率，则进行启泵操作；
若同时满足加油压力高于设置的停泵压力、泵流量低于设置的停泵流量、泵频率低于设置的停泵频率，则进行停泵操作。
为使本领域技术人员能够更好地理解上述实施方式，下面以一具体示例进行说明。
基于图8所示的机坪管网进行稳态计算，给定相关参数如下：共27条管线、 23个节点，起点压力为0.7MPa，加油栓流量均为13.3kg/s，在该状态下进行关闭加油栓操作，节点10的流量在3秒内线性减小为零。通过图1-图5所示实施例计算得到出口压力随时间变化曲线，如图9所示。由图9可知，节点流量变化会导致管网压力产生波动，为了保障机场供油的安全性与高效性，应采取合适的控制方法将加油压力保持在设定范围内。
在另一具体示例中，基于图8所示的机坪管网进行稳态计算，给定相关参数如下：共27条管线、23个节点，加油栓流量均为13.3kg/s，机场油库设有4 台离心泵并联，额定流量为250m3/h，额定扬程为120m，额定功率为110kW，额定转速为2980rpm，节点流量变化如下所示：
(1)60～63s：节点4流量由0m3/h增大至120m3/h；
(2)65～68s：节点11流量由0m3/h增大至120m3/h；
(3)70～73s：节点12流量由0m3/h增大至120m3/h；
(4)120～123s：节点18流量由0m3/h增大至60m3/h；
(5)130～133s：节点21流量由0m3/h增大至60m3/h；
(6)140～143s：节点13流量由0m3/h增大至60m3/h；
(7)180～183s：节点10流量由0m3/h增大至250m3/h；
(8)200～203s：节点14流量由0m3/h增大至120m3/h；
(9)240～243s：节点4流量由120m3/h减小至0m3/h；
(10)245～248s：节点11流量由120m3/h减小至0m3/h；
(11)280～285s：节点12流量由120m3/h减小至0m3/h；
(12)300～303s：节点18流量由60m3/h减小至0m3/h；
(13)305～308s：节点21流量由60m3/h减小至0m3/h；
(14)350～353s：节点10流量由250m3/h减小至0m3/h；
(15)380～383s：节点14流量由120m3/h减小至0m3/h；
(16)420～425s：节点13流量由60m3/h减小至0m3/h。
采取多泵变频控制方法，控制对象为压力、频率，得到控制参数如下所示：
(1)启动第1台泵：P<8.5bar；
(2)启动第N(2～4)台泵：P<9.5bar且f≥50Hz；
(3)停止第1台泵：P>9.7bar且f<45.4Hz；
(4)停止第2台泵：P>9.7bar且f<46.3Hz；
(5)停止第3台泵：P>9.7bar且f<47.16Hz；
(6)停止第4台泵：P>9.7bar且f<47.68Hz。
通过图1-图7所示实施例计算得到泵机组出口压力和泵1(pump1)、泵2 (pump2)、泵3(pump3)、泵4(pump4)的转速随时间变化曲线，如图10所示。由图10可知，当飞机开始加油时，管网压力快速下降，满足启泵条件后四台加油泵依次开启；当飞机停止加油时，管网压力逐渐上升，四台加油泵根据先启先停的原则依次关闭。
本公开的另一个实施方式涉及一种机坪供油系统压力控制装置，如图11所示，所述装置包括：
管网稳态计算模块1110，用于根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机坪管网模型进行稳态计算，得到机坪管网模型的稳态工况信息；
管网瞬态计算模块1120，用于基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；
加油压力控制模块1130，用于根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在预设的加油压力范围内。
本公开实施方式提供的机坪供油系统压力控制装置的具体实现方法，可以参见本公开实施方式提供的机坪供油系统压力控制方法所述，此处不再赘述。
本公开实施方式相对于现有技术而言，通过管网稳态计算模块根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对机场管网模型进行稳态计算，得到机坪管网模型的稳态工况信息，通过管网瞬态计算模块基于稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，通过加油压力控制模块根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在预设的加油压力范围内，从而解决了机坪管网瞬态水力模拟与加油压力自动控制的问题，使得机坪供油系统的加油压力能够保持稳定。
如图12所示，本公开的另一个实施方式涉及一种电子设备1202，包括：
至少一个处理器1204；以及，
与所述至少一个处理器1204通信连接的存储器1206；其中，
所述存储器1206存储有可被所述至少一个处理器1204执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器1204执行，以使所述至少一个处理器1204能够执行上述实施方式所述的方法。
其中，存储器1206和处理器1204采用总线方式连接，通信总线1224可以包括任意数量的互联的总线和桥，通信总线1224将一个或多个处理器1204和存储器1206的各种电路连接在一起。通信总线1224还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。
处理器1204负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时、外围接口、电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器1206可以被用于存储处理器1204在执行操作时所使用的数据。示例性的，存储器1206可以包括以下任一项或多种组合：任何类型的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、任何类型的ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、闪存设备、硬盘、光盘等。更一般地，任何存储器都可以使用任何技术来存储信息。进一步地，任何存储器可以提供信息的易失性或非易失性保留。
电子设备1202还可以包括用于与任何存储器交互的一个或多个驱动机构 1208，诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
电子设备1202还可以包括输入/输出模块(I/O)1210，其用于接收各种输入(经由输入设备1212)和用于提供各种输出(经由输出设备1214))。一个具体的输出设备1214可以包括呈现设备1216和相关联的图形用户接口(GUI)1218。在其他实施例中，电子设备1202还可以不包括输入/输出模块(I/O)1210、输入设备1212以及输出设备1214，仅作为网络中的一台计算设备。
电子设备1202还可以包括一个或多个网络接口1220，其用于经由一个或多个通信链路1222与其他设备交换数据。一个或多个通信总线1224将上文所描述的部件耦合在一起。
通信链路1222可以以任何方式实现，例如，通过局域网、广域网(例如，因特网)、点对点连接等或其任何组合。通信链路1222可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
本公开的另一个实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式所述的方法。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施方式所述方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器 (processor)执行本公开各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。
Claims (12)
1.一种机坪供油系统压力控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息；
基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；
根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内；
所述根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息，包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型；
将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力；
根据求解得到的所述节点压力，分别计算通过各个水力元件的流量；
所述将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力，包括：
根据机坪管网基础数据和边界条件，确定未知参数的初值，其中，所述基础数据包括机坪管网拓扑结构数据、水力元件特性数据，所述边界条件包括机坪管网进出口流量/压力，所述未知参数包括节点压力/节点流量；
根据公式6计算机坪管网中所有管段内流体黏度，并根据公式7计算机坪管网中所有管段内摩阻系数，其中，v为流体黏度，T为温度，av、bv、β、m均为常数，f为摩阻系数，d为管径：
lglg(v×106+0.6)＝av+bvlgT 6
用节点压力表示管段流量，将其代入节点流量平衡方程，得到公式8和公式9；其中，qij为与节点j相连的节点i和节点j之间的管段流量，流入节点j时取正值，流出节点j时取负值；Qj为节点j的流量，从节点j流入机坪管网时取正值，从节点j流出机坪管网时取负值；y为节点数量，mp为管段数量，为第l个管段的起点压力，/>为第l个管段的终点压力，ΔPl为第l个管段的压降：
∑qij+Qj＝0,j＝1,2,3,…,y 8
获取各节点压力的集合X＝[P1,P2,…,Py]T，其中，P1,P2,…,Py分别表示节点1,2,…,y的压力，对X进行迭代得到其中，Xk表示X第k次迭代时的值，Pk,1,Pk,2,…Pk,y分别表示P1,P2,…,Py第k次迭代时的值，计算得到第k次迭代时第l个管段的流量为/>其中，ρ为液体密度，L为管段长度，/>为第k次迭代时第l个管段的起点压力，/>为第k次迭代时第l个管段的终点压力，计算节点流量平衡关系式的值F(Xk)及雅可比矩阵J(Xk)，其中，F(Xk)表示为公式10，J(Xk)表示为公式11，qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的节点i和节点y之间的管段流量，∑qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的所有节点和节点y之间的管段流量之和：
求解线性方程组J(Xk)ΔXk＝F(Xk)，得到Xk的增量ΔXk，若ΔXk小于计算精度ε，则停止计算并返回计算结果，若ΔXk不小于计算精度ε，则令k＝k+1，若此时k小于最大迭代次数kmax，则令Xk+1＝Xk+ΔXk，并重新返回计算机坪管网中所有管段内流体黏度和摩阻系数的步骤，其中，Xk+1表示X第k+1次迭代时的值，若k不小于最大迭代次数kmax，则迭代不收敛，计算失败。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型，包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，分别建立离心泵模型和阻力元件模型；
所述离心泵模型表示为公式1和公式2：
H＝aR+bRQ2 1
Pt＝AR+BRQ 2
其中，H为扬程，Pt为功率，Q为流量，aR、bR均为拟合扬程特性曲线系数，AR、BR均为拟合功率特性曲线系数；
在所述离心泵配有变频器时，所述离心泵模型表示为公式3和公式4：
其中，nR为额定转速，n为实际转速，a、b均为拟合扬程特性曲线系数，且b＝bR，A、B均为拟合功率特性曲线系数，且/>
所述阻力元件模型表示为公式5：
其中，Hi,N+1为第i个管段的第N+1个网格点的压力，Hi+1,1为第i+1个管段的第1个网格点的压力，ξ为阻力系数，g为重力加速度，Ar为管道横截面积。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，包括：
基于液体管道不稳定流动基本方程，采用特征线法，建立相容性方程并进行离散；
针对机坪管网中的弯头、三通，建立局部阻力数学模型；
基于所述稳态工况信息和所述加油事件列表，更新管道参数直至达到预设的规定时间，获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于液体管道不稳定流动基本方程，采用特征线法，建立相容性方程并进行离散，包括：
根据公式12和公式13建立相容性方程：
(HP-HA)+Cw(QP-QA)+fQP|QA|1-mawΔt＝0 12
(HP-HB)-Cw(QP-QB)-fQP|QB|1-mawΔt＝0 13
其中，HP为当前网格点当前时刻压头，HA为前一网格点前一时刻压头，HB为后一网格点前一时刻压头，QP为当前网格点当前时刻流量，QA为前一网格点前一时刻流量，QB为后一网格点前一时刻流量，Cw为惯性水击常数，aw为波速，Δt为时间步长。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对机坪管网中的弯头、三通，建立局部阻力数学模型，包括：
根据公式14和公式15建立局部阻力数学模型：
其中，Hi为弯头处i管中的压头，Ri、Si均为常数，Qi为弯头处当前时刻流量，Qi,k为弯头处前一时刻流量，ξe为弯头局部阻力系数，Ar为管道横截面积，Hj为三通处j管中的压头，Rj、Sj均为常数，Qj为三通处当前时刻流量，Qj,k为三通处前一时刻流量，ξt为三通局部阻力系数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述稳态工况信息和所述加油事件列表，更新管道参数直至达到预设的规定时间，获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况，包括：
确定合适的时间步长和机坪管网的网格间距；
计算初始时刻机坪管网参数；
计算下一时刻管段内部的网格点的值；
根据加油事件列表，计算下一时刻管段两端的网格点的值；
更新机坪管网参数，直至达到所述预设的规定时间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内，包括：
采用比例积分微分控制，通过调节离心泵转速，将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内；
若当前状态下的运行泵数无法将加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，则通过启停泵操作调节运行泵数，以将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述若当前状态下的运行泵数无法将加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，则通过启停泵操作调节运行泵数，以将机坪管网的加油压力控制在所述预设的加油压力范围内，包括：
选取控制方法和控制对象，所述控制方法包括回流调节、单泵变频、多泵变频中的至少一种，所述控制对象包括压力、流量、频率中的至少一者；
基于选取的控制方法和控制对象，确定泵机组不同运行状态下启停泵条件中的控制参数；
根据所述控制参数，将控制逻辑应用到瞬态水力计算中，获得加油压力随时间变化曲线和泵转速随时间变化曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于选取的控制方法和控制对象，确定泵机组不同运行状态下启停泵条件中的控制参数，包括：
根据所述预设的加油压力范围和泵特性，分别设置启泵压力、启泵流量、启泵频率、停泵压力、停泵流量、停泵频率；
若同时满足加油压力低于设置的启泵压力、泵流量高于设置的启泵流量、泵频率高于设置的启泵频率，则进行启泵操作；
若同时满足加油压力高于设置的停泵压力、泵流量低于设置的停泵流量、泵频率低于设置的停泵频率，则进行停泵操作。
10.一种机坪供油系统压力控制装置，其特征在于，所述装置包括：
管网稳态计算模块，用于根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息；
管网瞬态计算模块，用于基于所述稳态工况信息和加油事件列表，通过瞬态模拟，分别获取机坪管网内任意节点的流量随时间变化情况和压力随时间变化情况；
加油压力控制模块，用于根据预设的加油压力范围，设置机坪管网的控制器参数，通过调节离心泵转速和启停泵操作，控制机坪管网的加油压力保持在所述预设的加油压力范围内；
所述根据机场油库与机坪管网结构信息，建立机坪管网模型，并对所述机坪管网模型进行稳态计算，得到所述机坪管网模型的稳态工况信息，包括：
根据机场油库与机坪管网结构信息，针对机坪供油系统中的水力元件，建立水力元件数学模型；
将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力；
根据求解得到的所述节点压力，分别计算通过各个水力元件的流量；
所述将节点压力看作未知量，基于水力元件数学模型和节点流量平衡关系式，建立方程组，并对所述方程组进行求解得到所述节点压力，包括：
根据机坪管网基础数据和边界条件，确定未知参数的初值，其中，所述基础数据包括机坪管网拓扑结构数据、水力元件特性数据，所述边界条件包括机坪管网进出口流量/压力，所述未知参数包括节点压力/节点流量；
根据公式6计算机坪管网中所有管段内流体黏度，并根据公式7计算机坪管网中所有管段内摩阻系数，其中，v为流体黏度，T为温度，av、bv、β、m均为常数，f为摩阻系数，d为管径：
lglg(v×106+0.6)＝av+bvlgT 6
用节点压力表示管段流量，将其代入节点流量平衡方程，得到公式8和公式9；其中，qij为与节点j相连的节点i和节点j之间的管段流量，流入节点j时取正值，流出节点j时取负值；Qj为节点j的流量，从节点j流入机坪管网时取正值，从节点j流出机坪管网时取负值；y为节点数量，mp为管段数量，为第l个管段的起点压力，/>为第l个管段的终点压力，ΔPl为第l个管段的压降：
∑qij+Qj＝0,j＝1,2,3,…,y 8
获取各节点压力的集合其中，P1,P2,…,Py分别表示节点1,2,…,y的压力，对X进行迭代得到/>其中，Xk表示X第k次迭代时的值，Pk,1,Pk,2,…Pk,y分别表示P1,P2,…,Py第k次迭代时的值，计算得到第k次迭代时第l个管段的流量为/>其中，ρ为液体密度，L为管段长度，/>为第k次迭代时第l个管段的起点压力，/>为第k次迭代时第l个管段的终点压力，计算节点流量平衡关系式的值F(Xk)及雅可比矩阵J(Xk)，其中，F(Xk)表示为公式10，J(Xk)表示为公式11，qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的节点i和节点y之间的管段流量，∑qk,iy表示第k次迭代时与节点y相连的所有节点和节点y之间的管段流量之和：
求解线性方程组J(Xk)ΔXk＝F(Xk)，得到Xk的增量ΔXk，若ΔXk小于计算精度ε，则停止计算并返回计算结果，若ΔXk不小于计算精度ε，则令k＝k+1，若此时k小于最大迭代次数kmax，则令Xk+1＝Xk+ΔXk，并重新返回计算机坪管网中所有管段内流体黏度和摩阻系数的步骤，其中，Xk+1表示X第k+1次迭代时的值，若k不小于最大迭代次数kmax，则迭代不收敛，计算失败。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2021
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Also Published As
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