HAMMER 中的水泵和涡轮特性
HAMMER 中使用的水泵和涡轮特性在以下文件中定义:
- C:\Program Files\Bentley\<Product Name>10\QuadrantCurvesPredefined.txt
- C:\Program Files\Bentley\<Product Name>10\QuadrantCurves.txt
QuadrantCurvesPredefined.txt 文件含有预定义的水泵和涡轮特性,请勿对其进行编辑。
用户可使用自己的数据编辑 QuadrantCurves.txt 文件。
这两个文件都包含了特定比速的水泵/涡轮机组的特性。在 HAMMER 应用程序中定义水泵或涡轮时,用户应选择与自己建模的机组最接近的比速。
如果实际的水泵或涡轮特性可用,用户应按照本文所述的方法输入这些数据。
概述
这些文件的开头处含有以下标头:
*** <Product Name> AUXILIARY DATA FILE ***
接着,每个文件分成两部分,一部分是水泵,另一部分是涡轮,它们在文件中分别用以下两行标识:
[PUMPS]
[TURBINES]
水泵数据
水泵数据可用以下格式之一来指定:圆形格式、Suter 格式、Suter Thorley 格式或 Suter Chaudhry 格式。每种格式的详情如下。
圆形
沿 100% 水头(QH 和 NH)以及 100% 转矩(QM 和 NM)线条分布的 Q (flow) 和 N (speed) 相对值将在整个水泵运行范围内按适当的间隔输入。 HAMMER 然后按照同源关系,使用这些曲线计算任何 Q 和 N 值的水头和转矩值。
数据文件格式如下:斜体字段需要替换为相应的值: SPECIFIC SPEED (US/SI): [Specific speed, US units] / [Specific speed, SI units]CURVE FORMAT: CircularFormatHEAD: NHDQH,1 NH,1QH,2 NH,2. .. .QHNHD NH,NHDTORQUE: NMDQM,1 NM,1QM,2 NM,2. .. .QM,NMD NM,NMD
其中,NHD 和 NMD 分别是水头和转矩数据点的数量。
排放和速度以百分比 (%) 表示,即相对于水泵额定排放和速度的百分比。输入的比速必须为整数值,这样才能正确解析出来,显示在 HAMMER 用户界面中。还要注意的是,为了正确描述 4 条象限曲线的渐近线,建议使用较大的正负流量、速度对。
下图显示了使用此格式的水泵特性示例:
Suter 格式
另一种文件格式使用了 Suter 提出的方法,详见 Wylie 和 Streeter 在 1978 年出版的《流体瞬变》(Fluid Transients)。在此格式中,水泵特性数据使用两个角函数 WH(x) 和 WB(x) 来表示,而后者通过以下关系式确定:
其中,
分别是用额定水头、排放、转矩和速度归一化的无量纲水头、排放、转矩和速度。数据文件格式如下所示:SPECIFIC SPEED (US/SI): [Specific speed, US units] / [Specific speed, SI units]CURVE FORMAT: SuterFormatHEAD: NHDx1 WH1x2 WH2. .. .xNHD WHNHDTORQUE: NMDx1 WB1x2 WB2... .xNMD WBNMD
其中,NHD 和 NMD 分别是水头和转矩数据点的数量。
请注意,为了提供令人满意的计算结果,必须描述 WH(x) 和 WB(x) 函数的符号从正变为负(或从负变为正)时的点。不过,受制于 HAMMER 引擎中的内部转换,WH(x) 和 WB(x) 可以接近零,但绝不应该等于零(建议两个函数的最小值都是 0.0001)。
下图显示了使用此格式输入的水泵特性示例:
Suter Thorley 格式
另一种文件格式使用了 Suter 和 Thorley 提出的方法,详见《水力发电系统中水泵-涡轮 S 不稳定性和反向水锤事件分析》(Analysis of Pump-turbine "S" Instability and Reverse Waterhammer Incidents in Hydropower Systems)。在此格式中,水泵水头 WH 和转矩 WB 特性定义为极角 x 覆盖的整个区域内的单值:
下图提供了 Suter Thorley 格式曲线的示例:
Suter Chaudhry 格式
另一种文件格式使用了 Suter 和 Chaudhry 提出的方法,详见 M. Hanif Chaudhry 在 1979 年出版的《应用水力瞬变》(Applied Hydraulic Transients)。在此格式中,水泵特性数据使用 2 个角函数水泵水头 WH(x) 和转矩 WB(x) 来表示,而后者通过以下关系式确定:
下图提供了 Suter Chaudhry 格式曲线的示例:
涡沦
涡轮数据格式与水泵使用的圆形格式类似,不同之处在于前者还需要为不同的边门位置提供数据。Suter 格式目前不适用于涡轮。此外, HAMMER 总是期望涡轮在第一运行象限运行(正流量和正速度)。
数据文件格式如下所示:SPECIFIC SPEED (US/SI): [Specific speed, US units] / [Specific speed, SI units]NUMGATES: NGGATE: WG1 ND1H1,1 Q1,1 P1,1H1,2 Q1,2 P1,2. 。..。 .H1,ND1 Q1,ND1 P1,ND1. 。..。 .GATE: WGNG NDNGHNG,1 QNG,1 PNG,1HNG,2 QNG,2 PNG,2. 。..。 .HNG,NDNG QNG,NDNG PNG,NDNG
其中,NG 表示数据中描述的不同边门开启的数量;WGi 表示特定的边门开启值;ND 是相关边门开启值的数据点数量;H、Q 和 P 分别表示水头、流量和功率(H、Q 和 P 的第一个下标表示边门位置索引,而第二个下标为该边门位置的数据索引);
需要注意的是:
(a) WGi、Hi,j、Qi,j 和 Pi,j 是相对于额定水头、流量和功率(H、Q 和 P)或边门完全开启 (WG) 的百分比
(b) WGi 随 i 递增。
(c) 对于固定的 i,Hi,j、Qi,j 和 Pi,j 随 j 递减。
(d) WGi 必须介于 20% 和 100% 之间(含 20% 和 100%)。边门开启幅度小于 20% 时, HAMMER 当前假定流量会线性下降,直至边门开启幅度达到 0%。
下图显示了一个涡轮特性示例(请注意,为了能将该图放在一页中,图中省略了部分数据)。
输入用户自定义水泵和涡轮特性
要输入用户自定义水泵和涡轮特性,用户必须执行以下步骤:
- 关闭 HAMMER 。
- 前往 C:\Program Files\Bentley\<Product Name>10,打开 QuadrantCurves.txt 文件。
- 使用上述格式之一输入数据。在 QuadrantCurves.txt 文件中,水泵数据应紧接着 [PUMP] 行之后输入;涡轮数据应紧接着 [TURBINE] 行之后输入。
- 记下为水泵/涡轮输入的比速值。
- 保存并关闭 QuadrantCurves.txt。
- 打开 HAMMER ,然后打开一个文件(或新建一个文件)。
- 对于水泵,转至组件>水泵定义>瞬时>比速,然后选择刚才输入的比速数据(请参阅步骤 4)。现在,对于使用此水泵定义的每个水泵, HAMMER 都会在计算中使用用户自定义水泵特性。
- 对于涡轮,请右键单击涡轮并选择属性。然后,在比速字段中选择适当的比速(请参阅步骤 4)。 HAMMER 现在会在计算中使用用户自定义涡轮特性。