長距離輸水管道的水力計算一直是困擾水利和市政設計院的問題。通常在長距離輸水過程中,由于水泵和閥門的操作會引發(fā)壓力波動從而產(chǎn)生水錘。水錘現(xiàn)象的發(fā)生對管道會產(chǎn)生直接和潛在的破壞,研究水錘的發(fā)生過程和設置防護設備是輸水管道設計環(huán)節(jié)中的重要工作。對于水錘計算過程中的一些特性分析和現(xiàn)象觀察,Hammer是一個理想的易用工具。

關鍵詞　水錘分析 長距離輸水 水錘防護 壓力包絡線 尖刺數(shù)據(jù) 壓力波動 特征線法 水力瞬變ATER & WASTEWATER INFORMATION

在長距離輸水工程中經(jīng)常會遇到水力和水錘計算的問題,通常情況是采用水力模擬或水力計算軟件來計算水錘發(fā)生的過程的壓力變化,并通過設置水錘防護設備進行防護和運行狀態(tài)模擬。目前國內(nèi)常見的水力計算軟件包括自行開發(fā)的計算程序和商業(yè)計算軟件。水錘計算主要是從水力包絡線計算入手,進行壓力最高數(shù)據(jù)和最低數(shù)據(jù)計算,在國際商業(yè)軟件中,都可以提供不同時間頻率的計算結果。即節(jié)點壓力、流量、流速變化過程。

Bentley Hammer

正因為國際商業(yè)軟件計算的時間精度目前已經(jīng)達到毫秒(ms)級,在理論上可以捕捉到細微的壓力變化。由此到,水力模型軟件計算結果的壓力包絡線的范圍明顯高于一些方法計算的壓力包絡線。主要原因是一些計算程序無法計算毫秒級壓力變化,也不具備提供此類數(shù)據(jù)的能力和數(shù)據(jù)分析處理和展示的功能。

在壓力波動過程中經(jīng)常會觀察到壓力的瞬間升高隨即降低的‘尖刺’數(shù)據(jù),見圖1。此類數(shù)據(jù)在理論上是由壓力在管道中以波的方式傳遞進而疊加產(chǎn)生的結果。在“粗略”計算中,由于不能計算此類數(shù)據(jù),造成最高壓力計算誤差,導致由此產(chǎn)生的最高壓力包絡線區(qū)域認為縮小。此類計算容易導致對壓力破壞估計不足。

值得注意的是,過程中持續(xù)的時間長短對與管道運行影響存在較大差異,對設備防護是一個重要考核指標,在負壓瞬間變化過程中,管道和設備都可以承受幾秒鐘的短暫負壓,當負壓產(chǎn)生時間持續(xù)時,會造成對管道和設備的負壓破壞。同時我們也要注意正負壓力的‘尖刺’波動都會造成管道和基礎的震動,所以此類波動造成的潛在破壞也是水錘計算過程中重要考察的內(nèi)容。

Bentley Hammer是Bentley同美國EHG聯(lián)合開發(fā),經(jīng)過在大型項目上15年的成功應用,提供有多項國際案例和計算結果比對報告。行之有效的瞬變分析算法—Hammer使用的是特征線法(MOC),它是水力瞬變分析的基本標準,同時也是最嚴格和有效的算法。相對與波特征法,Hammer所采用的MOC還計算管道中間點的結果,從而可準確捕捉可能被其利用Hammer 分析水錘計算過程中的數(shù)據(jù)。

H a m m e r提供動態(tài)數(shù)據(jù)查看,即在毫秒級的時間序列連續(xù)變化過程中,觀察整段管線中壓力的變化過程,以此觀察壓力波動的產(chǎn)生,發(fā)展和延續(xù)的過程,對于壓力變化和如何設置保護提供了全過程數(shù)據(jù)分析支持。

水錘是一個動態(tài)的變化過程,其特點是產(chǎn)生快,消除緩慢,過程中對于具有時間延續(xù)操作的設備運行過程需要進行特殊的過程分析。比如緩閉止回閥和分階段關斷閥門的操作需要特別的過程分析。

Bentely Hammer提供壓力變化過程的動態(tài)查看,并且在每一個步長、管段每一個位置精確計算壓力變化的模擬數(shù)據(jù),提供過程分析的數(shù)據(jù)支持。此類數(shù)據(jù)可以作為計算報告提供給項目建設方。

Hammer具有良好人機交互界面,提供過程錯誤檢查和設置錯誤提示。Hammer是目前商業(yè)計算軟件中市場占有率最高的軟件之一,在北美市場占有率超過經(jīng)超過40家設計院和工程公司采用。綜合水錘計算軟件在使用和分析過程中的特點,Hammer特點如下:

計算方法特征線法(MOC)

計算精度計算管道全程壓力,包括節(jié)點間壓力，計算平臺包括獨立版本界面,AutoCAD、ArcGIS和MicroStation平臺集成界面結果展示和表達包絡線、節(jié)點過程圖、數(shù)據(jù)表輸出、動態(tài)過程動態(tài)查看。錯誤檢查提供過程檢查,提示屬性設置錯誤和具體元素屬性錯誤設置提示,提供計算錯誤提示和原因。提供錯誤消除建議。軟件易用性適合所有具有專業(yè)知識的人員進行各種工況及多參數(shù)比對操作。

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