王世軍，張宏宇

(內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

目前，在利用PDMS三維設(shè)計(jì)軟件自身功能進(jìn)行供暖管道設(shè)計(jì)時(shí)，主要用于供暖系統(tǒng)的設(shè)備管道模型布置設(shè)計(jì)和檢查碰撞，不能夠進(jìn)行管系水力計(jì)算。通常在PDMS平臺(tái)之外進(jìn)行水力計(jì)算工作，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果手動(dòng)修改調(diào)整模型。供暖系統(tǒng)管系錯(cuò)綜復(fù)雜，若使三維模型與水力計(jì)算結(jié)果相一致，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行大量的手動(dòng)重復(fù)修改模型工作，總體設(shè)計(jì)效率較低，且不能很好地保證最終模型的準(zhǔn)確度和精細(xì)度。因此，有必要在PDMS平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使其可以實(shí)現(xiàn)水力計(jì)算功能，并自動(dòng)調(diào)整模型，以提高工作效率和設(shè)計(jì)成果的精確度。

1 軟件主要功能及框架

軟件采用PDMS的PML(Programmable Macro Language)用戶(hù)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言編寫(xiě)。該語(yǔ)言?xún)?nèi)置函數(shù)豐富，開(kāi)發(fā)便捷，與PDMS無(wú)縫對(duì)接。開(kāi)發(fā)軟件主要功能需求：能夠自動(dòng)識(shí)別供暖管路系統(tǒng)模型并糾正連接錯(cuò)誤；根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行水力計(jì)算，并同步調(diào)整三維模型管徑；輸出水力計(jì)算書(shū)、設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表等多種功能。

軟件總體設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖1。

圖1 軟件總體設(shè)計(jì)流程圖

2 軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

2.1 管道模型連接檢測(cè)及糾錯(cuò)

用戶(hù)選擇好初步建立的管道系統(tǒng)模型后，需要對(duì)管道連接信息進(jìn)行檢查，只有連接信息正確且完善的情況下才能進(jìn)行水力計(jì)算。對(duì)管道進(jìn)行連接完整性檢查需要對(duì)管道整體進(jìn)行遍歷，采用遞歸的方式進(jìn)行遍歷,先遍歷主干管道，遇見(jiàn)分支管道則暫停對(duì)主干的遍歷，轉(zhuǎn)而遍歷分支管道，遍歷完分支管道返回繼續(xù)遍歷主管道。其它部分要對(duì)管道進(jìn)行遍歷，也是采用同樣的方式和算法。遞歸算法是把問(wèn)題轉(zhuǎn)化為規(guī)模縮小了的同類(lèi)問(wèn)題的子問(wèn)題，對(duì)供暖管道整體進(jìn)行遍歷可以分解為對(duì)每個(gè)分支管道進(jìn)行遍歷，而一個(gè)分支管道又是一個(gè)完整的管道，所以采用遞歸算法對(duì)供暖管道進(jìn)行遍歷非常合適。

2.2 整體管系水力計(jì)算

根據(jù)檢測(cè)出的供暖管系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按照管路系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)比摩阻及接口資用壓力條件，對(duì)整體管系進(jìn)行水力計(jì)算，計(jì)算流程見(jiàn)圖2。

圖2 整體管系水力計(jì)算流程圖

具體規(guī)則如下：

(1)與散熱設(shè)備連接的管道分支的管徑，根據(jù)與之直接連接的散熱設(shè)備散熱量進(jìn)行水力計(jì)算確定。計(jì)算后，對(duì)應(yīng)修改管道管徑和散熱設(shè)備接口管嘴口徑。

(2)三通匯合處的管徑由對(duì)三通下游所有的散熱設(shè)備散熱量進(jìn)行水力計(jì)算確定。計(jì)算后，對(duì)應(yīng)修改管道管徑。

(3)管道中出現(xiàn)管徑變化的管段，應(yīng)添加相應(yīng)的變徑管件。

水力計(jì)算采用等溫降法，參照《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》方法。

2.3 水力平衡計(jì)算

對(duì)散熱器管道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)整體進(jìn)行水力計(jì)算后，各并聯(lián)環(huán)路(不包括公用段)壓力損失可能存在差額，規(guī)范要求相對(duì)差額不應(yīng)大于15%。對(duì)于壓力損失相對(duì)差額超過(guò)規(guī)定的并聯(lián)環(huán)路，就需要進(jìn)行水力平衡計(jì)算。水力平衡計(jì)算時(shí)，對(duì)與散熱設(shè)備直接連接的各分支管(基層分支)不進(jìn)行改動(dòng)，只依據(jù)各個(gè)基層分支的信息對(duì)各并聯(lián)環(huán)路主分支管道進(jìn)行水力計(jì)算，計(jì)算采用的公式與整體水力計(jì)算一致。選擇要調(diào)整并聯(lián)環(huán)路分支，設(shè)定比摩阻限定值，使該分支與其它分支相對(duì)壓力損失差額符合規(guī)范要求。阻力水力平衡計(jì)算流程見(jiàn)圖3。

圖3 水力平衡計(jì)算流程圖

2.4 修改管道管徑

通過(guò)水力計(jì)算可以計(jì)算出每個(gè)散熱器設(shè)備所需要的管徑以及管道匯總后的管徑。遍歷管道，從水力計(jì)算結(jié)果中讀取管段對(duì)應(yīng)的管徑，然后修改管道管徑，流程見(jiàn)圖4。

圖4 修改管道管徑流程圖

2.5 導(dǎo)出計(jì)水力算書(shū)和設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表

將水力計(jì)算的結(jié)果輸出到表格文件中，形成水力計(jì)算書(shū)。對(duì)供暖設(shè)備和管道材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為可編輯的Excel表格，最終可以將統(tǒng)計(jì)結(jié)果文件轉(zhuǎn)換為DWG格式，文件樣式應(yīng)與實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的設(shè)備明細(xì)表和零件明細(xì)表一致。

3 軟件應(yīng)用

3.1 軟件使用條件及主要功能

以散熱器供暖系統(tǒng)水力計(jì)算為例，使用該模塊前，確保散熱器供暖系統(tǒng)設(shè)備和管道初步建模完成。即，管道走向及空間定位布置完成，管徑可不做限定，可以采用一種管徑或初步估算管徑；管道與散熱器連接完畢。

該模塊主要功能為：對(duì)已初步建立的散熱器供暖系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括：散熱器散熱量設(shè)置、水力計(jì)算參數(shù)設(shè)置；自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)模型并糾正連接錯(cuò)誤；對(duì)所選管路系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算并同步自動(dòng)調(diào)整模型；進(jìn)行分支管路水力平衡分析計(jì)算；輸出計(jì)算書(shū)。該功能模塊的界面見(jiàn)圖5。

圖5 軟件主要界面

3.2 初始參數(shù)設(shè)置及修改

3.2.1 散熱器散熱量設(shè)置

散熱器散熱量是單片散熱器片的散熱量，軟件提供默認(rèn)值設(shè)置，也就說(shuō)該供暖系統(tǒng)默認(rèn)情況下認(rèn)為所有散熱器片的散熱量都是默認(rèn)值。如果該散熱器系統(tǒng)中存在特殊散熱器片，即散熱量不同的散熱器片，可以通過(guò)“局部修改Q值”按鈕的功能實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 管系水力計(jì)算參數(shù)設(shè)置

在進(jìn)行水力計(jì)算前用戶(hù)還需設(shè)置供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度、設(shè)計(jì)比摩阻限定值等參數(shù)。水的物理學(xué)參數(shù)在程序內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)選擇提取。

3.3 模型檢測(cè)及糾錯(cuò)

用戶(hù)在進(jìn)行水力計(jì)算前，要保證管系模型連接完整并且正確。軟件提供了模型自動(dòng)檢測(cè)及糾正功能。點(diǎn)擊“模型檢測(cè)及糾錯(cuò)”按鈕，軟件自動(dòng)檢測(cè)管道連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且在模型空間中高亮顯示，自動(dòng)列出缺少連接信息的管道及管件。

根據(jù)檢測(cè)出的提示信息，用戶(hù)選擇哪一條連接缺失或錯(cuò)誤信息，軟件會(huì)自動(dòng)定位到相應(yīng)的三維模型，并且放大顯示。用戶(hù)根據(jù)缺失或錯(cuò)誤連接的類(lèi)型通過(guò) “連接BRANCH”和“連接NOZZLE”來(lái)完善連接信息。檢測(cè)糾錯(cuò)后的完整模型見(jiàn)圖6。

3.4 管道系統(tǒng)整體水力計(jì)算

管系經(jīng)過(guò)檢測(cè)糾錯(cuò)系統(tǒng)確保無(wú)錯(cuò)誤信息后，用戶(hù)可以進(jìn)行整體水力計(jì)算。點(diǎn)擊“管道系統(tǒng)整體計(jì)算”按鈕，軟件自動(dòng)完成所選關(guān)系的整體水力計(jì)算并同步修改模型中各段管道(及其所含所有管件)的管徑。若供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要做分支水力平衡計(jì)算的，可以直接輸出水力計(jì)算書(shū)。圖7中，各段管線(xiàn)管徑均已按計(jì)算結(jié)果調(diào)整。

管道口徑變化處，軟件自動(dòng)增加變徑，見(jiàn)圖8。

圖7 水力計(jì)算調(diào)整后的管系模型

圖8 管徑變化處自動(dòng)增加變徑

3.5 水力平衡計(jì)算

對(duì)于復(fù)雜管路系統(tǒng)，需要做分支水力平衡計(jì)算，先選擇最不利管系，設(shè)定比摩阻限定值，點(diǎn)擊“干管支管分開(kāi)計(jì)算”。輸出計(jì)算書(shū)，分析計(jì)算分支要達(dá)到水力平衡條件所需求的阻力。根據(jù)阻力需求，設(shè)置分支管平均比摩阻限定值，選擇分支管進(jìn)行水力計(jì)算，最終使其設(shè)計(jì)阻力達(dá)到要求阻力值，并輸出各系統(tǒng)水力計(jì)算書(shū)。

3.6 設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)

進(jìn)入設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)模塊，該模塊主要功能為：對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容中所包含的供暖設(shè)備、材料進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，包括設(shè)備材料規(guī)格型號(hào)參數(shù)、數(shù)量等，自動(dòng)生成CSV格式報(bào)表，并按定制格式輸出DWG格式出圖文件。

4 結(jié)語(yǔ)

在PDMS三維平臺(tái)下開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)適用于供暖系統(tǒng)水力計(jì)算的軟件，使供暖系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)即具備合理布置、解決碰撞功能，又具備實(shí)時(shí)計(jì)算、同步修改模型功能，同時(shí)可輸出水力計(jì)算書(shū)、材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表。軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互式信息雙向反饋功能，解決了傳統(tǒng)應(yīng)用PDMS平臺(tái)進(jìn)行供暖系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)時(shí)，僅用于布置建模，無(wú)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在設(shè)計(jì)中后期手動(dòng)重復(fù)性修改模型的工作量龐大等問(wèn)題。