专利名称：流体管路网的设备的选择方法
技术领域：
本发明涉及向各种加工设备等供给压缩空气、冷却水等的空气压力管、冷却液管等流体管路网的设备的选择方法。
在选择用于流体管路网的配管、管接头、阀(截止阀)时，首先生成流体管路网的结构图。在结构图中，记载了用户所指定区间的长度和流体源的压力、流量、流入部、流出部等，设计者根据直感初步选定配管、管接头、阀的大小。写出流体管路网的各分支点(合流点)的流量公式，并且写出各区间的压力与流量的公式。将这些公式连立起来，求取流体管路网的压降与流量，求出用户期望值与计算值之间的差。根据该差，更改上述设备的大小并进行与上述同样的计算，通过反复进行这样的计算与设备的更改，选定满足用户要求的设备。以上所述的选择方法，记载于财团法人·节能中心1998年3月发行的“节能”杂志vol．50，No．3，81～84页。
现有技术的例子是在纸张上绘制流体管路网的结构图，在该结构图中记载输入条件，对上述设备大体进行选择，以适当方法进行计算而求出流体管路网的压降与流量。并且，由于需要多次反复进行设备的初选和计算的过程，直到计算出的压降与流量达到目标值为止，因此，到最后选定设备很费事。
它属于这样一种流体管路网的设备的选择方法，即，将流体源、流入部、分支点、流出部的彼此之间的区间以区间设备进行连接而生成流体管路网的回路构成，给出流体源的压力、流出部的流量，使自流体源起到流入·流出部为止的压力损失允许值达到目标值。在各设备的数据库中存储有设备(配管、管接头、阀)的数据，存储有用于进行计算的计算公式，从各设备的数据库中选择区间设备，对于已选择了区间设备的流体管路网，计算出分支点、流出部的压力。
本发明的第1目的是，作为流体管路网的设备的选择方法，将设备的数据、用于运算的计算公式预先存储起来，利用所存储的设备的数据进行初选，然后进行运算，从而能够很容易地进行设备的选择；其第2目的是，在画面上显示节位置及枝位置，从节位置中选定流入部、流出部、从枝位置·节点位置中选定区间，从而能够很容易地生成流体管路网的构成图。
本发明的第1构成是，作为将流体源、流入部、分支点(包括合流点)、流出部的彼此之间的区间以区间设备(包括分支点的分支配管)进行连接而生成流体管路网的回路构成，给出流体源的压力、流出部的流量，用来使自流体源起至流入·流出部为止的压力损失允许值达到目标值这样一种流体管路网的设备的选择方法，配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别存储有配管、管接头和阀的数据，存储有用于运算的计算公式，从配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别选择出配管、管接头和阀的区间设备，对于已选择区间设备的流体管路网，利用存储的计算公式计算出分支点·流出部的压力。
本发明的第2构成是，作为第1构成，当输入压力损失允许值、流体源的压力、流入部·流出部的流量且以节点解析法进行了计算的所有区间中，存在有不满足压力损失允许条件的区间时，进行流入·流出部流量的更改或区间设备的更改，再以节点解析法进行计算并判定是否存在不满足压力损失允许条件的区间，一直到不存在不满足压力损失允许条件的区间为止，重复进行流入·流出部的流量更改或区间设备的更改以及计算。
发明的第3构成是，作为第1或第2构成，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成。
本发明的第4构成是，作为第2构成，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成，作为通过节点解析法进行计算的结果，在各分支点显示压力，在流入部·流出部显示压力·流量。
本发明的第5构成是，作为将流入部、分支点、流出部的彼此之间的区间以区间设备进行连接而生成流体管路网的回路构成，给出流体源的压力、流出部的流量，可使自流入部起至流出部为止的压力损失允许值达到目标值这样一种流体管路网的设备的选择方法，在配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别存储有配管、管接头和阀的数据，存储有用于运算的计算公式，从配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别选择出配管、管接头和阀的区间设备，对于已选择区间设备的流体管路网，利用存储的计算公式计算出分支点·流出部的压力。
本发明的第6构成是，作为第5构成，当输入了压力损失允许值、流体源的压力、流入部·流出部的流量且以节点解析法进行了计算的所有区间中，存在有不满足压力损失允许条件的区间时，进行流入·流出部流量的更改或区间设备的更改，以节点解析法再进行计算并判定是否存在不满足压力损失允许条件的区间，一直到不存在不满足压力损失允许条件的区间为止，重复进行流入·流出部的流量更改或区间设备的更改以及计算。
发明的第7构成是，作为第5或第6构成，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成。
本发明的第8构成是，作为第6构成，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成，作为通过节点解析法进行计算的结果，在各分支点显示压力，在流入部·流出部显示压力·流量。
根据第1构成的方法，由于设备的数据存储在配管数据库、管接头数据库和阀数据库中，并且存储有用于运算的计算公式，利用存储的设备的数据进行设备的初选，其次以存储的计算公式进行计算，因此，能够很容易地选择设备。
根据第2构成的方法，由于一直到不存在不满足压力损失允许条件的区间为止，重复进行流入·流出部的流量更改或区间设备的更改以及节点解析法的计算，因此，能够准确地按照用户的要求进行设备的选择。
根据第3构成的方法，在画面上显示节位置和枝位置，从节位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定区间，因而能够很容易地生成流体管路网的构成图。
根据第4构成的方法，作为进行计算的结果，在画面上的各分支点显示压力，在流入部·流出部显示压力·流量，因此，能够很容易地把握计算结果。
图1是对发明的流体管路网的设备的选择方法的实施形式的流程加以展示的流程图。
图2是对图1中的步骤S7的运算(节点解析法)的流程加以展示的流程图。
图3示出本发明实施形式中所使用的个人计算机的画面。
图4示出本发明实施形式的运算(节点解析法在各分支点显示压力，在流入部·流出部显示压力·流量)中所使用的计算公式。
图5示出图4的计算公式中所使用的代号的意义。
图1～图5示出本发明的流体管路网的设备的选择方法的实施形式。图1是展示本发明实施形式的流程的流程图，图2是对图1中的步骤S7的运算(节点解析法)流程加以展示的流程图。图1中的各设备的数据库由配管数据库、管接头数据库、阀数据库构成，可在这里进行选择的设备即配管、管接头以及阀(停止阀)的数据预先已经存储。存储的数据是，对于配管、阀，有ID号、名称、内径、管摩擦系数等数据；对于管接头，有ID号、名称、配管连接ID号、相当于直管的长度等数据。图3示出个人计算机的画面，操作者可边观察画面边按照图1、图2的流程选择设备。
本发明的实施形式中，可从用户获知的输入条件为，回路构成、区间的长度、配管口径与流出部的流量、流体源的压力与流量等，可从用户获知的目标值为，自流体源起至流入·流出部为止的压力损失允许值。
当图1的流程图的程序启动时，在步骤S1进行初始化。通过此时的初始化，将程序读入，显示输入画面，并实现与各设备的数据库的连接等。初始化刚结束时的图3的画面中，围棋棋盘网格状的节点位置呈白色四方形显示，而节点位置之间的枝位置以双线显示。在步骤S2，将用户所指定的自流体源起至流入·流出部为止的压力损失允许值的目标值输入。
在步骤S3，输入流体管路网的回路构成。输入方法是顺序选中图3的双线的枝位置后进行点击(进行点击时，双线变为黑粗线)，流入·流出部从回路的末端部开始进行选择(被确定为是流入部或流出部的末端部者，其白色四边形的节点位置变为黑色四边形)。回路构成这样生成，即，流入部、分支点、流出部从节点位置中选定，连接有区间设备的区间从枝位置·节点位置中选定。对于分支点，使用分支配管，对于区间中的节点位置，使用串接配管和管接头等。此外，在这里，流体源被指定在左上端的节点位置的左邻位置。
在步骤S3中所选择的流入部、分支点、流出部的彼此之间的区间，是以节点与节点之间的黑粗线的枝显示，该区间的长度是配管长度和管接头(包括节点的管接头)以及阀的相当于直管的长度之和。在步骤S4，输入各区间的配管的长度、管接头与阀的数量，从各设备的数据库中选择配管口径、管接头与阀的种类并输入之。配管的口径与长度、管接头和阀的种类与数量，是根据用户所要求的上述输入条件进行初选。在步骤S5，输入流体源的供给压力值(作为流体源压力，对于空气压力管路网通常为0．4～0．8MPa，对于冷却液管路网通常为0．05～2MPa)。
在步骤S6，对于冷却液管路网之外的一般管路网(例如空气压力管路网)，输入末端部的流入部·流出部(黑色四边形)的流量值。而对于冷却液管路网，考虑到在流出部从喷嘴喷出冷却液(冷却水)的情况，将喷嘴口径、喷嘴个数以及喷出压力输入，以替代流出部的流量值。并且，在步骤S7，从喷嘴口径、喷嘴个数以及喷出压力计算出流量值，以该流量值进行与在步骤S6输入流出部的流量值时同样进行的输入。
在图1的流程图的步骤S7中，以输入的参数为依据，利用节点解析法求取流体回路网的各节点的压力，其运算按照图2的流程进行。根据节点解析法，图4所示的计算公式(1)～(7)成立(代号的意义如图5所示)，将其存入。式(3)由式(1)和式(2)导出，式(6)表示气体场合下的管路的导纳，式(7)表示液体场合下的管路的导纳。
根据在图2的步骤S7-1输入的回路构成生成输入输出矩阵(图4的式(1)的A。输入输出矩阵以横为枝、以纵为节点，显示枝和节点处有无流动以及流动的方向。在步骤S7-2读入计算流体管路网的枝的口径·长度、导纳所必需的物理数据。枝的口径从配管的数据库选择并读入，枝的长度则读入用户所指定的区间的长度。密度(因流体的种类而异)、重力加速度在程序中已预先备好。
在步骤S7-3从输入的回路构成生成输入输出矩阵，在步骤S7-4对各枝设定枝流量·平均压力的初始值。枝流量的初始值是除0之外的适宜的数值，平均压力(回路内的最高压力)也为适宜的值(对于空气压力管路网，枝流量可为1m3／min(ANR)，平均压力可为空气压力源的压力(MPa))。
在步骤S7-5进行导纳的计算。作为流体使用气体的场合(例如空气压力管路网)，利用图4的式(6)进行计算，作为流体使用液体的场合(例如冷却液管路网)使用图4的式(7)进行计算。在步骤S7-6，进行节点导纳矩阵的计算，该计算使用图4的式(4)。在步骤S7-7，解上述式(3)的连立方程式，计算出未知节点的压力·流量。在该计算中，使用预先组合在程序中的高斯消去法。
在步骤S7-8，利用图4的式(5)可从各节点的压力计算出各枝的流量。在步骤S7-9，判定步骤S7-8计算出的枝流量和最初在步骤S7-4得到的枝流量二者的差是否小于预先确定好的收束判定值。当在步骤S7-9判定为小于收束判定值时，进入图1的步骤S8。
当在步骤S7-9判定为不小于收束判定值时，在步骤S7-10重新设定各枝的枝流量·平均压力，进入步骤S7-5，重复步骤S7-5～步骤S7-9的流程。步骤S7-10的平均压力是，利用解联立方程式所得到的节点压力进行各枝的平均值的计算而得到。
在图1的步骤S8输出运算结果，例如在图3的画面中，流体管路网回路构成之分支点的压力显示在分支点的节点位置的右下方，流入部·流出部的压力(上段)·流量(下段)显示在流入部·流出部的节位置的右下方。在步骤S9打印运算结果，并且保存在硬盘(个人计算机的磁性存储媒体)、软盘(磁性存储媒体)以及MO(光学磁性储存媒体)中。
在步骤S10，可判断是否需要作改进性更改。改进性更改的判断，以上述压力损失允许值为基准进行，当流体管路网的从流体源到流入·流出部之间的各区间中存在有未满足压力损失允许条件的区间时，即认为应当进行改进性更改。进行步骤S10的判断时，操作者可边观察图3的画面边进行判定、操作，当在步骤S10判定不必进行改进性更改时，进入步骤S15。
当在步骤S10判定为应当进行改进性更改时，在步骤S11显示流体管路网的从流体源到流入·流出部之间的各区间中不满足压力损失允许条件的区间。在步骤S12，对不满足上述压力损失允许条件的区间，选择进行流入·流出部流量更改和区间设备更改之某一种更改的改进处。步骤S12的选择这样进行，即，当操作者判断认为，更改当前的流入·流出流量也能够满足用户指定的条件时，选择更改流入·流出部流量；而当操作者判断认为以更改区间设备为宜时，选择更改区间设备。
当在步骤S12选择更改流入·流出部流量时，在步骤S13中，对于冷却液管路网之外的管路网(流入空气压力管路网)，输入末端部的流入·流出部之更改后的流量值，并进入步骤S7。但对于冷却液管路网，取代流量值而输入喷嘴口径、喷嘴个数以及喷出压力的更改后的值(之后与步骤S5时相同)。
而在步骤S12选择更改区间设备时，在步骤S14，从各设备的数据库中选择更改后的配管的口径·长度、管接头·阀的种类·个数并输入之，并进入步骤S7。自步骤S7到步骤S10的流程与前次同样地进行，直到在步骤S10作出不需进行改进性更改的判定为止，一直重复步骤S10～步骤S11～步骤S7～步骤S10的流程。
在步骤S10作出了不需进行改进性更改的判定时，在步骤S15进行是否要对现状进行更改的判定，当不存在诸如输入错误等错误时，即判定为不需对现状进行更改，进入步骤S16。在步骤S15，当发现存在有诸如输入错误等错误时，或者读入过去进行设备的选择时保存在磁性存储媒体中的运算结果而对其进行局部更改时，则判定为需要对现状进行更改，进入步骤S3。
在步骤S16作出是否结束的判定，当作出应当结束的判定时，进入“结束”。而想进一步针对其它流体管路网选择设备时，则在步骤S16作出不应当结束的判定，返回步骤S1，通过步骤S1的初始化，将在前次设备的选择中所使用的信息清除，图3的画面的显示内容也被清除。
在本发明的实施形式中，流体源被指定在图3之回路构成的左上端节点位置的左邻位置，但也可以是，将流体源连接在回路的末端部的流入部上，而将流入部视作流体源。此时，流入部兼起流体源的作用，将流入部的压力作为步骤S5的流体源压力输入。并且在此时，用户所提供的目标值是自流入部起至流出部为止的压力损失允许值。
权利要求
1．一种流体管路网的设备的选择方法，将流体源、流入部、分支点、流出部的彼此之间的区间以区间设备进行连接而生成流体管路网的回路构成，给出流体源的压力、流出部的流量，可使自流体源起至流入·流出部为止的压力损失允许值达到目标值，其特征是，在配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别存储有配管、管接头和阀的数据，存储有用于进行运算的计算公式，从配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别选择配管、管接头和阀的区间设备，对于已选择区间设备的流体管路网，利用存储的计算公式计算出分支点·流出部的压力。
2．如权利要求1的流体管路网的设备的选择方法，其特征是，当输入压力损失允许值、流体源的压力、流入部·流出部的流量且以节点解析法进行了计算的所有区间中，存在有不满足压力损失允许条件的区间时，进行流入·流出部流量的更改或区间设备的更改，以节点解析法再进行计算并判定是否存在不满足压力损失允许条件的区间，一直到不存在不满足压力损失允许条件的区间为止，重复进行流入·流出部的流量更改或区间设备的更改以及计算。
3．如权利要求1的流体管路网的设备的选择方法，其特征是，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成。
4．如权利要求2的流体管路网的设备的选择方法，其特征是，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成。
5．如权利要求2的流体管路网的设备的选择方法，其特征是，在画面中显示围棋棋盘网格状的节点位置和枝位置，从节点位置中选定流入部、分支点和流出部，从枝位置·节点位置中选定连接有区间设备的区间，从而生成回路构成，作为通过节点解析法进行计算的结果，在各分支点显示压力，在流入部·流出部显示压力·流量。
全文摘要
一种流体管路网的设备的选择方法,在配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别存储有配管、管接头和阀的数据,存储有用于进行运算的计算公式,从配管数据库、管接头数据库和阀数据库中分别选择配管、管接头和阀的区间设备,对于已选择区间设备的流体管路网,利用存储的计算公式计算出分支点、流出部的压力。
文档编号F17D1/04GK1293332SQ0013049
公开日2001年5月2日 申请日期2000年10月13日 优先权日1999年10月14日
发明者妹尾满, 张护平, 小根山尚武 申请人:Smc株式会社