بهينه سازي وسائل حفاظت خطوط انتقال آب دربرابر جريان غيرماندگار با استفاده از الگوريتم CFO

Application of Central Force Optimization Method to Design Transient Protection Devices for Water Transmission Pipelines

يكي از مهمترين مباحث در طراحي خطوط لوله انتقال آب تحت فشار، حفاظت در برابر فشارهاي ترانزينت ناشي از ضربه قوچ در خاموش شدن ناگهاني پمپ است. بهترين راه حل براي اين منظور، استفاده از ايرچمبر براي كاهش فشارهاي ترانزينت است كه به تناسب حجم آن، هزينه قابل توجهي دارد. براي كاهش اين حجم و كم كردن هزينه حفاظت، استفاده از شيرهاي ورود هوا در نقاطي از خط لوله پيشنهاد مي‌گردد. تعيين حجم مخزن ايرچمبر و نوع و نقاط مناسب براي قراردهي شيرهاي هوا با هدف كاهش هزينه، يك مساله بهينه‌سازي است كه در آن ضمن تلاش براي كاهش هزينه سيستم حفاظت، لازم است قرار گرفتن فشارهاي ترانزينت سيستم در محدوده مجاز نيز كنترل گردد. لذا نتايج تحليل ترانزينت سيستم بخشي از تابع هدف اين بهينه‌سازي است. در اين مقاله مدلي براي اين بهينه‌سازي بر اساس روشCFO توسعه داده شده است. روشCFO يك روش قطعي است كه برخلاف بسياري از روشهاي تكاملي مانند الگوريتم ژنتيك (GA)، در اجراهاي مختلف جوابهاي يكساني مي دهد. لذا با درجه اطمينان بالايي مي‌تواند جواب بهينه‌سازي را ارائه نمايد. در اين مقاله يك مطالعه موردي مربوط به يك خط لوله، يك بار با استفاده از مدل پيشنهادي به روش CFO و بار ديگر با روش GA بهينه‌سازي شد. نتايج هر دو روش يكسان بدست آمد و باعث صرفجويي به ميزان حدود 30 درصد در هزينه حفاظت سيستم شد. با مقايسه دو روش همچنين نشان داده شد كه CFO با تعداد تكرار كمتر و سرعت بالاتر نسبت به GA كارايي بيشتري در مدل ارائه شده دارد.

One of the major challenges in designing under pressure water transmission pipeline is the system protection against water-hammer pressures due to a pump trip. The best strategy is to use air-chamber; which imposes considerable costs. To mitigate the air-chamber volume, the use of air-inlet valves is also suggested. Determination of air-chamber volume as well as the type and proper locations of air-inlet valves, aiming at the cost reduction, introduces an optimization problem. To solve this problem, this study exploits the central force optimization (CFO) method. Herein, a case study pipeline is optimized using the proposed model based on the CFO and is compared with results of a genetic algorithm (GA) based model. Both methods yielded almost the same results and led to about 30% saving in the system protection cost. However, a comparison between the methods showed that the CFO dramatically outperforms GA in both terms of computational efficiency and reliability of the results.