怎样利用Hammer分析水锤计算过程中的数据

长距离输水管道的水力计算一直是困扰水利和市政设计院的问题。通常在长距离输水过程中,由于水泵和阀门的操作会引发压力波动从而产生水锤。水锤现象的发生对管道会产生直接和潜在的破坏,研究水锤的发生过程和设置防护设备是输水管道设计环节中的重要工作。对于水锤计算过程中的一些特性分析和现象观察,Hammer是一个理想的易用工具。

关键词　水锤分析 长距离输水 水锤防护 压力包络线 尖刺数据 压力波动 特征线法 水力瞬变ATER & WASTEWATER INFORMATION

在长距离输水工程中经常会遇到水力和水锤计算的问题,通常情况是采用水力模拟或水力计算软件来计算水锤发生的过程的压力变化,并通过设置水锤防护设备进行防护和运行状态模拟。目前国内常见的水力计算软件包括自行开发的计算程序和商业计算软件。水锤计算主要是从水力包络线计算入手,进行压力最高数据和最低数据计算,在国际商业软件中,都可以提供不同时间频率的计算结果。即节点压力、流量、流速变化过程。

Bentley Hammer

正因为国际商业软件计算的时间精度目前已经达到毫秒(ms)级,在理论上可以捕捉到细微的压力变化。由此到,水力模型软件计算结果的压力包络线的范围明显高于一些方法计算的压力包络线。主要原因是一些计算程序无法计算毫秒级压力变化,也不具备提供此类数据的能力和数据分析处理和展示的功能。

在压力波动过程中经常会观察到压力的瞬间升高随即降低的‘尖刺’数据,见图1。此类数据在理论上是由压力在管道中以波的方式传递进而叠加产生的结果。在“粗略”计算中,由于不能计算此类数据,造成最高压力计算误差,导致由此产生的最高压力包络线区域认为缩小。此类计算容易导致对压力破坏估计不足。

值得注意的是,过程中持续的时间长短对与管道运行影响存在较大差异,对设备防护是一个重要考核指标,在负压瞬间变化过程中,管道和设备都可以承受几秒钟的短暂负压,当负压产生时间持续时,会造成对管道和设备的负压破坏。同时我们也要注意正负压力的‘尖刺’波动都会造成管道和基础的震动,所以此类波动造成的潜在破坏也是水锤计算过程中重要考察的内容。

Bentley Hammer是Bentley同美国EHG联合开发,经过在大型项目上15年的成功应用,提供有多项国际案例和计算结果比对报告。行之有效的瞬变分析算法—Hammer使用的是特征线法(MOC),它是水力瞬变分析的基本标准,同时也是最严格和有效的算法。相对与波特征法,Hammer所采用的MOC还计算管道中间点的结果,从而可准确捕捉可能被其利用Hammer 分析水锤计算过程中的数据。

H a m m e r提供动态数据查看,即在毫秒级的时间序列连续变化过程中,观察整段管线中压力的变化过程,以此观察压力波动的产生,发展和延续的过程,对于压力变化和如何设置保护提供了全过程数据分析支持。

水锤是一个动态的变化过程,其特点是产生快,消除缓慢,过程中对于具有时间延续操作的设备运行过程需要进行特殊的过程分析。比如缓闭止回阀和分阶段关断阀门的操作需要特别的过程分析。

Bentely Hammer提供压力变化过程的动态查看,并且在每一个步长、管段每一个位置精确计算压力变化的模拟数据,提供过程分析的数据支持。此类数据可以作为计算报告提供给项目建设方。

Hammer具有良好人机交互界面,提供过程错误检查和设置错误提示。Hammer是目前商业计算软件中市场占有率最高的软件之一,在北美市场占有率超过经超过40家设计院和工程公司采用。综合水锤计算软件在使用和分析过程中的特点,Hammer特点如下:

计算方法特征线法(MOC)

计算精度计算管道全程压力,包括节点间压力，计算平台包括独立版本界面,AutoCAD、ArcGIS和MicroStation平台集成界面结果展示和表达包络线、节点过程图、数据表输出、动态过程动态查看。错误检查提供过程检查,提示属性设置错误和具体元素属性错误设置提示,提供计算错误提示和原因。提供错误消除建议。软件易用性适合所有具有专业知识的人员进行各种工况及多参数比对操作。

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