管道载荷自动计算方法与系统与流程

本发明涉及火电厂设计技术领域，特别是涉及管道载荷自动计算方法与系统。

背景技术：

在火力发电厂的设计中，管道荷载计算是工艺专业设计工作的重要内容。在司令图设计阶段，工艺专业需进行管道荷载的计算，即计算出管道上每个支吊架的荷载，并将各个支吊架的荷载信息(包括每个支吊架的定位信息)提资给土建专业，作为土建专业进行结构设计的输入文件。但受时间所限，工艺专业一般只对四大管道进行初步的应力计算，得出四大管道的支吊架荷载，其他管道则依据汽规进行估算。

采用简单估算方式显然存在准确低的问题，对于目前借助仿真软件进行多专业协同设计，仿真软件能满足工艺专业大部分的设计需求，但不具有管道荷载自动计算的功能，导致工艺专业在使用仿真给土建专业进行管道荷载提资时，需进行手动的管道荷载计算并需手动将计算结果导入到仿真中，工艺专业的管道支吊架数量多，导致该设计工作量大，效率低下且由于是手动处理容易出错。

技术实现要素：

基于此，有必要针对手动计算管道载荷存在效率低下且容易出错的问题，提供一种高效且不容易出错的管道载荷自动计算方法与系统。

一种管道载荷自动计算方法，包括步骤：

构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息；

根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型；

根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。

一种管道载荷自动计算系统，包括：

信息获取模块，用于构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息；

计算模型转化模块，用于根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型；

载荷计算模块，用于根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。

本发明管道载荷自动计算方法与系统，构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息，根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型，根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。整个过程中，基于管道和支吊架模型中管道与支吊架的信息，生成载荷分配的计算模型，再进行支吊架载荷计算，能够实现管道载荷高效与准确的自动计算。

附图说明

图1为本发明管道载荷自动计算方法其中一个实施例的流程示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)分别为不同实施例中水平管道模型的结构示意图；

图3(a)、图3(b)、图3(c)分别为不同实施例中垂直管道上没有支吊架的垂直管道模型的结构示意图；

图4(a)为垂直管道上有单个支吊架的垂直管道模型的结构示意图；

图4(b)为垂直管道上有2个支吊架的垂直管道模型的结构示意图；

图5为本发明管道载荷自动计算系统其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1，一种管道载荷自动计算方法，包括步骤：

S200：构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息。

管道有多种类型，简单从结构上区分来说管道大体可以分为水平管和垂直管，在管道上不同位置设置不同数量的支吊架(包括不设置)可以适用于不同的应用场景，满足不同的使用需求。在进行管道载荷自动计算时，需要构建好管道和支吊架模型，并获取在该模型中管道与支吊架信息，具体来说，可以通过仿真软件来构建好管道和支吊架模型，仿真软件优选为PDMS(PlantDesignManagementsystem，工厂三维布置设计管理系统)三维软件。管道与支吊架信息主要可以包括管道类型，不同类型管道长度，支吊架位置、管道单位重力以及管道中附件长度与重力等。

S400：根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型。

针对构建好的管道和支吊架模型以及获取的管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型，以便后续操作能够基于这个计算模型进行载荷分配计算。在该计算模型中一方面记录有管道形状，另一方面记录有不同类型管道长度、管道中支吊架位置以及支吊架数量等参数，便于后续步骤基于这些参数进行载荷分配计算。

S600：根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。

基于步骤S400或的计算模型进行进一步的载荷分配计算，自动计算每个支吊架的载荷，无需手动输入数据，能够实现高效且准确的自动计算。

本发明管道载荷自动计算方法，构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息，根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型，根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。整个过程中，基于管道和支吊架模型中管道与支吊架的信息，生成载荷分配的计算模型，再进行支吊架载荷计算，能够实现管道载荷高效与准确的自动计算。

在其中一个实施例中，根据计算模型，计算每个支吊架的载荷的步骤包括：

步骤一：从管道的起始点开始，对第一个支吊架进行载荷分配计算。

步骤二：对每相邻两个支吊架进行载荷分配计算。

步骤三：对单个管道路径上最后一个支吊架进行载荷分配计算。

步骤四：遍历整个管道，重复对每相邻两个支吊架进行载荷分配计算以及对单个管道路径上最后一个支吊架进行载荷分配计算步骤，直至对整个管道中每个支吊架进行载荷计算。

整个管道网络一个比较复杂的网络，在进行管道载荷计算时候，首先以管道起始点开始，对第一个支吊架进行载荷分配计算，在完成第一个支吊架载荷分配计算之后，以相邻两个支吊架为处理单位，对每相邻两个支吊架进行载荷分配计算，直至在该单个管道路径上只剩下最后一个支吊架还未进行载荷分配计算，此时再对单个管道路径上最后一个支吊架进行载荷分配计算，对整个管道网络中所有管道路径重复上述步骤二和步骤三的过程，直至完成对管道中每个支吊架载荷计算。

在其中一个实施例中，根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型的步骤包括：

步骤一：根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型分为水平管道模型和垂直管道模型。

步骤二：在水平管道模型中，采集水平管道模型中第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度以及第二支吊架与附件之间直线距离，生成水平管道计算模型，第二支吊架为第一支吊架一侧相邻的支吊架。

步骤三：在垂直管道模型中，当垂直管道模型中垂直管道上无支吊架时，将垂直管道等价为水平管道模型中附件，获得转化后的水平管道模型，对转化后的水平管道模型采用生成水平管道计算模型的相同方式，生成第一垂直管道计算模型。

步骤四：当垂直管道模型中垂直管道上有支吊架时，采集第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道长度、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离、垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离以及垂直管道上支吊架之间的距离，生成第二垂直管道计算模型。

为更进一步详细说明转化为计算模型的过程，下面采用实例并集合附图进行说明。

图2(a)为水平管道模型一种结构示意图(水平直管)，在图2(a)中采集记录的计算参数包括水平管道模型中第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1、管道单位重力q、第一支吊架A与第二支吊架B之间附件重力Q与附件长度h以及第二支吊架B与附件之间直线距离b，基于这些参数构成水平管道计算模型。

图2(b)为水平管道模型另一种结构示意图(水平弯管)，在图2(b)中采集记录的参数包括水平管道模型中第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1、管道单位重力q、第一支吊架A与第二支吊架B之间附件重力Q与附件长度h以及第二支吊架B与附件之间直线距离b，基于这些参数构成水平管道计算模型。在图2(b)中未标注出水平管道模型中第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1，其中，第二支吊架B与附件之间直线距离

图2(c)为水平管道模型另一种结构示意图(多个水平弯)，其需要记录的参数如上述相同，在此不再赘述。

图3(a)为垂直管道上没有支吊架的垂直管道模型一种结构示意图，其原模型(垂直管道模型)转化为水平管道模型。图3(b)垂直管道上没有支吊架的垂直管模型另一种结构示意图，其原模型(垂直管道模型)转化为水平管道模型。图3(c)为垂直管道上没有支吊架的垂直管模型另一种结构示意图，其原模型(垂直管道模型)转化为水平管道模型。综合来说，整个转化原则为将垂直管道等价为水平管道模型中附件，再转化为水平管道模型之后同样需要采集水平管道模型中第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1、管道单位重力q、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力Q与附件长度h以及第二支吊架B与附件之间直线距离b，图3(a)、图3(b)以及图3(c)中未标注出水平管道模型中第一支吊架A与第二支吊架B距离L以及第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1，在图3(c)中第二支吊架B与附件之间直线距离

图4(a)为垂直管道上有支吊架的垂直管道模型一种结构示意图，在该中结构中，垂直管道上设置有单个支吊架，需要采集第一支吊架A与垂直管道的水平距离a、第二支吊架B与垂直管道水平距离b、管道单位重力q、垂直管道长度h、垂直管道上支吊架C与第一支吊架的垂直距离h1、垂直管道上支吊架C与第二支吊架的垂直距离h2。

图4(b)为垂直管道上有支吊架的垂直管道模型一种结构示意图，在该中结构中，垂直管道上设置有2个支吊架，需要采集第一支吊架A与垂直管道的水平距离a、第二支吊架B与垂直管道水平距离b、管道单位重力q、垂直管道长度h、垂直管道上支吊架C与第一支吊架的垂直距离h1、垂直管道上支吊架D与第二支吊架的垂直距离h2，以及垂直管道上支吊架C与垂直管道上支吊架D之间距离h3。

下面继续采用实施例，结合图2(a)以及图3(a)详细说明，根据计算模型，计算每个支吊架的载荷的一种实施例。

步骤一：根据水平管道计算模型或第一垂直管道计算模型，获取第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度以及第二支吊架与附件直线距离。

如图2(a)所示，在该水平管道计算模型中，获取第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊架A与另一侧相邻支吊架距离L1、管道单位重力q、第一支吊架A与第二支吊架B之间附件重力Q与附件长度h以及第二支吊架B与附件直线距离b。根据第二支吊架与附件直线距离b以及第一支吊架与第二支吊架距离L。针对图3(a)由垂直管道等价的第一垂直管道计算模型，同样获取上述相同的参数，并进行如下相同处理，在此不再赘述。

步骤二：根据第二支吊架与附件直线距离以及第一支吊架与第二支吊架距离，计算第一支吊架载荷分配系数。

计算第一支吊架A载荷分配系数相应的对于，第二支吊架B载荷分配系数

步骤三：根据第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度以及第一支吊架载荷分配系数，计算第一支吊架分配载荷。

根据第一支吊架A与第二支吊架B距离L、第一支吊A架与另一侧相邻支吊架距离L1、管道单位重力q、第一支吊架A与第二支吊架B之间附件重力Q与附件长度h以及第一支吊架A载荷分配系数计算第一支吊架A分配载荷具体公式为

步骤四：重复上述步骤一、步骤二、步骤三以及步骤四，计算每个支吊架的载荷。

重复步骤一、步骤二、步骤三以及步骤四，直至计算每个支吊架的载荷。非必要的，针对每相邻两个支吊架可以同时进行处理，例如针对第一支吊架A和第二支吊架B，分别载荷分配系数以及载荷分配系数同时计算支吊架分配载荷。

下面继续采用实施例，结合图4(a)以及图4(b)详细说明，根据计算模型，计算每个支吊架的载荷的一种实施例。

步骤一：获取第二垂直管道计算模型中垂直管道上支吊架的数量。

第二垂直管道计算模型中垂直管道上支吊架的数量可以为1个、2个或者2个以上，其中，图4(a)示意垂直管道上支吊架的数量为1个，图(b)示意垂直管道上支吊架的数量为2个。

步骤二：当垂直管道上支吊架的数量为单个时，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离以及垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离。

对应图4(a)中，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架A与垂直管道的水平距离a、第二支吊架B与垂直管道水平距离b、管道单位重力q、垂直管道上支吊架与第一支吊架A的垂直距离h1以及垂直管道上支吊架与第二支吊架B的垂直距离h2。

步骤三：将第一支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量，第二支吊架载荷分配为第二支吊架至垂直管道的水平管道重量，垂直管道上支吊架载荷分配为垂直管道重量以及第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半。

第一支吊架A载荷分配为第一支吊架A至垂直管道的水平管道重量aq，第二支吊架B载荷分配为第二支吊架B至垂直管道的水平管道重量bq，垂直管道上支吊架C载荷分配为垂直管道重量为垂直管道重量(h1+h2)q以及第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半(aq+bq)/2，即为(h1+h2)q+(aq+bq)/2。

步骤四：当垂直管道上支吊架的数量为至少2个时，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道长度、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离、垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离以及垂直管道上各个支吊架之间的距离。

对应图4(b)中，根据垂直管道计算模型，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架A与垂直管道的水平距离a、第二支吊架B与垂直管道水平距离b、管道单位重力q、垂直管道长度h、垂直管道上支吊架C与第一支吊架A的垂直距离h1、垂直管道上支吊架D与第二支吊架B的垂直距离h2以及垂直管道上各个支吊架之间的距离(支吊架C与支吊架D之间距离h3)。

步骤五：将第一支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量，第二支吊架载荷分配为第二支吊架至垂直管道的水平管道重量，垂直管道上与第一支吊架距离最小的第一垂直支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半、第一垂直支吊架与第一支吊架之间垂直管道重量以及第一垂直支吊架与垂直管道中相邻的支吊架之间垂直管道重量的一半，垂直管道上与第二支吊架距离最小的第二垂直支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半、第二垂直支吊架与第二支吊架之间垂直管道重量以及第二垂直支吊架与垂直管道中相邻的支吊架之间垂直管道重量的一半，垂直管道上剩余支吊架载荷分配为在垂直管道中与该剩余支吊架两侧相邻支吊架之间垂直管道重量之和的一半。

第一支吊架A载荷分配为第一支吊架A至垂直管道的水平管道重量aq，第二支吊架B载荷分配为第二支吊架B至垂直管道的水平管道重量bq，图4(b)中与第一支吊架A距离最小的第一垂直支吊架为C，第一垂直支吊架为C载荷分配为第一支吊架A至垂直管道的水平管道重量aq与第二支吊架B至垂直管道的水平管道重量bq之和的一半、第一垂直支吊架C与第一支吊架A之间垂直管道重量h1q以及第一垂直支吊架C与垂直管道中相邻的支吊架(D)之间垂直管道重量的一半h3q/2，即为(aq+bq)+h1q+h3q/2。图4(b)中与第二支吊架B距离最小的第二垂直支吊架为D，第二垂直支吊架D载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量aq与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量bq之和的一半、第二垂直支吊架D与第二支吊架B之间垂直管道重量h2q以及第二垂直支吊架D与垂直管道中相邻的支吊架(C)之间垂直管道重量的一半h3q/2，即为(aq+bq)+h2q+h3q/2。针对垂直管道上支吊架数量大于2的情况，第一垂直支吊架和第二垂直支吊架载荷分配如上相同，对于垂直管道上剩余支吊架载荷分配为在垂直管道中与该剩余支吊架两侧相邻支吊架之间垂直管道重量之和的一半。

非必要的，针对管道的第一个支吊架前的管道重量(含附件)都分配给第一个支吊架，管道的最后一个支吊架后的管道重量(含附件)都分配给最后一个支吊架。

如图5所示，一种管道载荷自动计算系统，包括：

信息获取模块200，用于构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息。

计算模型转化模块400，用于根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型。

载荷计算模块600，用于根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。

本发明管道载荷自动计算系统，信息获取模块200构建管道和支吊架模型，并获取模型中管道与支吊架的信息，计算模型转化模块400根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型转化为进行载荷分配的计算模型，载荷计算模块600根据计算模型，计算每个支吊架的载荷。整个过程中，基于管道和支吊架模型中管道与支吊架的信息，生成载荷分配的计算模型，再进行支吊架载荷计算，能够实现管道载荷高效与准确的自动计算。

在其中一个实施例中，载荷计算模块600包括：

起始单元，用于从管道的起始点开始，对第一个支吊架进行载荷分配计算；

相邻处理单元，用于对每相邻两个支吊架进行载荷分配计算。

末位处理单元，用于对单个管道路径上最后一个支吊架进行载荷分配计算。

循环单元，用于遍历整个管道，重复控制相邻处理单元对每相邻两个支吊架进行载荷分配计算以及末位处理单元对单个管道路径上最后一个支吊架进行载荷分配计算步骤，直至对整个管道中每个支吊架进行载荷计算。

在其中一个实施例中，计算模型转换模块400包括：

管道类型区分单元，用于根据模型中管道与支吊架的信息，将管道和支吊架模型分为水平管道模型和垂直管道模型。

水平管计算模型生成单元，用于在水平管道模型中，采集水平管道模型中第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度以及第二支吊架与附件之间直线距离，生成水平管道计算模型，第二支吊架为第一支吊架一侧相邻的支吊架。

第一垂直管道计算模型单元，用于在垂直管道模型中，当垂直管道模型中垂直管道上无支吊架时，将垂直管道等价为水平管道模型中附件，获得转化后的水平管道模型，对转化后的水平管道模型采用生成水平管道计算模型的相同方式，生成第一垂直管道计算模型。

第二垂直管道计算模型单元，用于当垂直管道模型中垂直管道上有支吊架时，采集第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道长度、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离、垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离以及垂直管道上支吊架之间的距离，生成第二垂直管道计算模型。

在其中一个实施例中，载荷计算模块600包括：

第一计算参数获取单元，用于根据水平管道计算模型或第一垂直管道计算模型，获取第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度、第二支吊架与附件直线距离以及第一支吊架与第二支吊架距离。

载荷系数计算单元，用于根据第二支吊架与附件直线距离以及第一支吊架与第二支吊架距离，计算第一支吊架载荷分配系数。

载荷计算单元，用于根据第一支吊架与第二支吊架距离、第一支吊架与另一侧相邻支吊架距离、管道单位重力、第一支吊架与第二支吊架之间附件重力与附件长度以及第一支吊架载荷分配系数，计算第一支吊架分配载荷。

重复单元，用于重复控制第一计算参数获取单元、载荷系数计算单元以及载荷计算单元执行相应操作，计算每个支吊架的载荷。

在其中一个实施例中，载荷计算模块600还包括：

数量获取单元，用于获取第二垂直管道计算模型中垂直管道上支吊架的数量。

第二计算参数获取单元，用于当垂直管道上支吊架的数量为单个时，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道长度、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离以及垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离。

第一载荷分配单元，用于将第一支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量，第二支吊架载荷分配为第二支吊架至垂直管道的水平管道重量，垂直管道上支吊架载荷分配为垂直管道重量以及第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半。

第三计算参数获取单元，用于当垂直管道上支吊架的数量为至少2个时，根据垂直管道计算模型，获取第一支吊架与垂直管道的水平距离、第二支吊架与垂直管道水平距离、管道单位重力、垂直管道上支吊架与第一支吊架的垂直距离、垂直管道上支吊架与第二支吊架的垂直距离以及垂直管道上各个支吊架之间的距离。

第二载荷分配单元，用于将第一支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量，第二支吊架载荷分配为第二支吊架至垂直管道的水平管道重量，垂直管道上与第一支吊架距离最小的第一垂直支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半、第一垂直支吊架与第一支吊架之间垂直管道重量以及第一垂直支吊架与垂直管道中相邻的支吊架之间垂直管道重量的一半，垂直管道上与第二支吊架距离最小的第二垂直支吊架载荷分配为第一支吊架至垂直管道的水平管道重量与第二支吊架至垂直管道的水平管道重量之和的一半、第二垂直支吊架与第二支吊架之间垂直管道重量以及第二垂直支吊架与垂直管道中相邻的支吊架之间垂直管道重量的一半，垂直管道上剩余支吊架载荷分配为在垂直管道中与该剩余支吊架两侧相邻支吊架之间垂直管道重量之和的一半。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。