出现瞬变的原因
液压瞬变的原因是流体本身发生任何突然变化或加压系统边界发生任何突然变化,包括:
这些突然变化会产生一种瞬时压力脉冲,该脉冲会在每个可能的方向迅速远离扰动,并在整个加压系统中传播。如果压力波前没有触发其他瞬时事件,则非恒稳态流动条件将持续,直到瞬时能量被摩擦完全减弱并消散。
给排水系统中的大多数瞬变是系统边界变化的结果,通常发生在系统的上下游端或局部高点。因此,您可以通过适当的分析来降低系统损坏或故障的风险,以确定系统的默认动态响应,设计保护设备来控制瞬时能量,并指定操作程序来避免发生瞬变。分析、设计和操作程序全部得益于利用 Bentley HAMMER CONNECT 进行的计算机模拟。
出现瞬变的三个最常见原因或源设备都是移动的系统边界。
图 14-1:水力瞬变的常见原因
水泵 — 水泵的电机在轴上施加转矩,该转矩将能量传递给水泵的叶轮,迫使叶轮旋转,并在流体从水泵蜗壳的吸入侧流向排出侧时向流体添加能量。水泵将流体输送到系统的下游端,该系统的剖面可以是向上倾斜或向下倾斜,具有不规则性,如局部高点或低点。当水泵启动时,压力可能快速增加。每当电压突降或电源故障时,水泵就会减速或停止,压力突然下降会向下游传播(压力上升也会向吸入系统的上游传播)。
涡轮 — 水力涡轮位于管道(或压力管)的下游端,以吸收流动水的能量并将其转化为电流。从概念上讲,涡轮与水泵相反,但很少有水泵或涡轮可以在两个方向上运行而不会损坏。如果涡轮产生的电负荷被拒绝,闸门必须快速停止流动,从而导致压力大幅增加,并向上游(压力管中)传播。
阀门 — 阀门可以非常突然地启动、改变或停止流量。能量转换与阀门的关闭或打开速度以及位置或冲程成比例增加或减少。孔口可以用来节流,而不是部分打开的阀门。阀门还可以让空气进入管道和/或从管道中排出,通常在局部高点。突然关闭流量控制阀(两侧带管道)会在阀门两侧产生瞬态,如下所示:
由不同源设备引起的瞬时条件的相似性为各种不同系统的瞬时分析提供了关键:了解系统的初始状态以及在系统中添加或移除能量和质量的方式。典型泵送系统的示例可以很好地说明这一点(请参见图 14-2:出现瞬时脉冲的典型位置):
上述讨论说明了分析水力瞬变时要考虑的典型概念。计算机模型是一种理想工具,可用于跟踪瞬态演变过程中的动量、惯量和摩擦力,并正确核算边界处质量和能量的变化。请注意,瞬态会在整个加压系统中传播。
图 14-2;出现瞬时脉冲的典型位置