CN103106306A - 一种冷却塔配水系统建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却塔配水系统建模方法，包括：读取初步布置方案图；对该布置方案图进行转化，包括将冷却塔竖井简化为点；将配水槽、配水分槽、配水管划分为管段；简化喷头及与其连接的短管、三通为节点；各个管段均简化为直线段；以冷却塔竖井为起始点，遍历各管段，对每一管段进行编号，并对应编号保存该管段的起始节点和终端节点坐标、以及各个管段与配水设计相关的属性信息；保存每个管段与下游管段的连接关系信息；将上述遍历过程中记录的各个管段的数据保存在一个数据集中。本发明提供的冷却塔配水系统建模方法，能够读取先期初步设计完成的冷却管路布置方案图，并形成数据集作为冷却配水计算的模型，利用该模型可方便的进行配水计算。

Description

一种冷却塔配水系统建模方法

技术领域

本发明涉及配水技术，特别是涉及一种冷却塔配水系统建模方法。

背景技术

采用冷却塔配水系统进行冷却，是热电厂、核电厂等厂家的广泛采用的方式，冷却塔配水系统设计的好坏，不仅关系到冷却系统的冷却效果，也关系到经济效益。

随着机组容量的不断增大，冷却塔面积、冷却水量也越来越大，对于超大型冷却塔的配水设计也越来越复杂。对于冷却塔配水系统而言，基本的设计要求是其每个喷头的出水量基本一致，这一点称为配水均匀性。冷却塔的规模越大，其涉及的喷头越多，管路越复杂，配水均匀性的计算越复杂。

现有技术下，冷却塔配水计算程序将计算与图纸设计分开进行，进行计算时，需要花费大量时间进行用于冷却配水计算的建模，计算结果还需人工转化到设计图纸中，对于超大型冷却塔配水计算，现有技术的效率令企业无法承受。

为此，需要一种更为方便的冷却塔配水系统建模方法，减少建模的时间和成本。

发明内容

本发明提供了一种冷却塔配水系统建模方法，该方法能够利用冷却塔配水系统的初步设计图进行适宜于冷却配水计算的建模，大量节省冷却配水计算所需要的时间。

本发明提供的冷却塔配水系统建模方法包括：

读取初步布置方案图；

对所述初步布置方案图进行转化，包括：将冷却塔竖井简化为点，作为主配水槽的起始点；将配水槽、配水分槽划分为管段，配水槽从冷却塔竖井开始，以分出的配水分槽或者配水管为依据，每个配水分槽或者配水管之前的一段配水槽为一个独立的管段，以同样的方法将配水分槽划分为管段；将配水管划分为管段，具体是将每个喷头和其上游的配水管作为一个管段，每个管段和一个喷头对应；简化喷头及与其连接的短管、三通为一个节点；各个管段均简化为直线段；

以上述冷却塔竖井为起始点，遍历各管段，对每一管段进行编号，并对应编号保存该管段的起始节点和终端节点坐标、以及各个管段的与配水设计相关的属性信息；所述属性至少包括管长、管径、水压、流量；以及保存每个管段与下游管段的连接关系信息；

将上述遍历过程中记录的各个管段的数据保存在一个数据集中。

可选的，所述配水槽段、配水管段作为一个管段对象处理，每一个管段对象采用双链式存储结构存储该管段相关数据；其中，第一层链包括管段编号、记录管段属性的数据域以及指向第二层链的指针域；第二层链包括容量可变的指针堆，其中的每个指针指向该管段对象的下游管段对象。

可选的，所述各个管段的与配水设计相关的属性信息还包括：管壁摩擦系数或管壁材料、喷头类型。

可选的，三通、弯头、变径管简化为局部阻力系数，作为与其相连的管段的属性信息。

可选的，所述以上述冷却塔竖井为起始点，遍历各管段的过程中，首先是接收经过简化的初步布置方案图，对配水管路的拓扑图进行遍历读取。

可选的，在拓扑图遍历读取的过程中，同时通过人机互和对初步布置方案图中的参数的读取，获得各个管段的部分管段属性信息。

可选的，在获得拓扑图后，根据各个喷头的出水量相同的原则，通过计算获得每个管段的下述属性信息：管径、喷头的类型、水量、水压。

可选的，所述对配水管路的拓扑图进行遍历读取，具体是采用以下方法：

选定冷却塔竖井为最初的搜索起始点；

识别与该搜索起始点相连的管段，并建立这些管段的集合；

保存指向第i管段的指针，然后以该第i管段的另一端为搜索起始点，重复上述识别该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；重复本步骤直到最后一段管段，该管段的另一端没有与其相连的管段；

回溯到上一起始点，若该点的集合中尚有未访问的第i+1条管段，则访问该管段，并以该管段的另一端为起始点，重复上述识别与该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；若该点的集合中不包含尚未访问的管段，则回溯更上一层的起始点；

回溯到冷却塔竖井，并且不存在该点尚未访问的管段，则遍历结束。

可选的，识别建立与该点相连的管段集合的过程中，还判断读入的管段是否是直线，若不是，则剔除该管段。

可选的，采用Autocad建模时，使用ObjectARX的自定义类的自定义多态重载函数CXdata::Add()为所述管段添加扩展数据体，用于存储管段属性以及对管段属性进行读取。

本发明提供的冷却塔配水系统建模方法，能够读取先期初步设计完成的冷却管路布置方案图，并以该图为基础，经过简化后，将冷却塔竖井为起始点，遍历所有管段，并对应每个管段记录各个管段的与配水设计相关的信息，最终形成一个数据集，利用该数据集可以方便的进行配水计算。

在本发明的优选实施方式中，遍历各个管段的过程包括拓扑图获取过程，该过程用于获得管段的几何关系。在该拓扑图获取过程中，还可以同时进行人机交互或者直接读取设计图中对管段属性的记载，获得管段的相关属性。在进一步的优选方案中，还可以在获得上述拓扑图的基础上，以喷头出水量一致为原则，通过计算选择合适的管径、喷头类型等，实现对冷却塔配水系统的自动设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明采用的管段对象数据存储方式；

图3是本发明实施例的遍历步骤的详细流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，该图为本发明实施例提供的冷却塔配水系统建模方法的流程图。在本实施例中，采用Autocad作为布置图的设计软件，并采用ObjectARX作为二次开发的工具。对本实施例的介绍均在上述前提下进行。

步骤S101，读取初步布置方案图。

所述初步布置方案图是有经验的冷却配水设计人员使用Autocad设计的，该设计过程已经考虑过一般性的设计原则，但没有经过详细的冷却配水设计计算。另外，该初步布置方案图主要反映配水管路的几何关系，不能完全反映冷却配水计算所需要的各种属性。本实施例提供的冷却塔配水系统建模方法，就是要以该初步设计方案图为基础，建立一个适用于冷却配水计算的冷却塔配水系统模型。

步骤S102，对所述初步布置方案图进行转化。

上述设计完成的初步布置方案图是从工程施工目的考虑的，不适合用于冷却配水计算。对于上述初步布置方案图，必须进行适当的处理才可能成为冷却塔配水系统建模的基础。上述处理过程在本实施例中称为“转化”。

具体的转化过程包括以下几个方面。

1、将冷却塔竖井简化为点，作为主配水槽的起始点。

本实施例的冷却塔配水系统以冷却塔竖井为供水起始点，循环冷却水由冷却塔塔底经冷却塔竖井上升到配水层，然后以冷却塔竖井为中心，流向与之相连的各配水槽，根据水流方向，冷却塔竖井为所有主配水槽的起点。对于冷却塔竖井而言，在冷却配水过程中将其作为冷却水的起始点即可，在转化过程中可忽略其实际尺寸，将其简化为一个点。实际上，在采用上述Aut oCAD布置图绘制配水管路时，一般也将冷却塔竖井直接作为起点，绘制与之相连的配水槽。

2、将配水槽、配水分槽划分为管段，配水槽从冷却塔竖井开始，以分出的配水分槽或者配水管为依据，每个配水分槽或者配水管之前的一段配水槽为一个独立的管段，以同样的方法将配水分槽划分为管段。

配水槽是直接以冷却塔竖井为起点的管路，在配水槽上不会直接连接喷头；配水分槽从配水槽接出，同样不直接连接喷头。

在转化过程中，配水槽需要根据接出的配水分槽和配水管划分为配水槽段。具体方法是，从起点开始，即从冷却塔竖井开始，每接出一个配水分槽或者配水管，则作为一个配水槽段；同样的，配水分槽需要划分为配水分槽段，配水分槽段以其连接的配水槽为起点，每分出一个配水分槽或者配水管则作为一个配水分槽段。这些配水槽段或者配水分槽段均以直线表示。在初步布置方案图中，配水槽和配水分槽、配水分槽和配水管往往是垂直相连的，局部微小弯曲和转折在冷却配水计算中均予以忽略。

3、将配水管划分为管段，具体是将每个喷头和其上游的配水管作为一个管段，每个管段和一个喷头一一对应。

配水管和配水槽或者配水分槽的不同之处在于，其终点是喷头。在初步设计图中，每一个配水管可以接出很多喷头；如果将一个配水管作为一个对象，则无法建立易于计算喷头流量的模型，为此，进行如下转化：将配水管与喷头结合，一个配水管分为若干配水管段。具体是，一个配水管从起点开始，每经过一个喷头就划分为一个管段，换言之，该喷头被划分在其上游管段中作为上游管段的一部分。该管段同样以直线段表示，而不论在初步布置图上，该管段实际的管线形状。

上述划分过程中，可以将所有配水槽、配水分槽设置在专门的配水槽层，将配水管设置在专门的配水管层，这样可以便于后续对配水槽、配水管等的单独处理。

本文件中对配水槽段、配水分槽段、配水管段等均统一称为管段。

4、简化某些元素为一个节点以及属性。

在初步布置图中，还有许多短管、三通、弯头、变径管(俗称大小头管)等部件，这些部件均可简化为其附属的管段上的点，不设置单独的管段。这些部件对配水计算的影响可以通过将其简化为其所在的管段的局部阻力系数来实现。

上述简化过程，可以使用ObjectARX开发软件包在采用Autocad设计的初步布置方案图的基础上设计完成。利用ObjectARX软件对Autocad设计图的直接读取能力，可以方便的进行上述简化过程。

步骤S103，读取简化后的配置图，并以冷却塔竖井为起始点，遍历各管段。

该步骤是本建模方法的核心环节，其最终结果是为所有管段建立对应的管段对象，通过这些管段对象中的属性数据，就能够获得每个管段与冷却配水计算相关的数据，同时，通过这些管段对象还可以获得每个管段与其它管段之间的连接关系。所有这些管段对象组成的数据集合就是一个便于进行冷却配水设计的冷却塔配水系统的模型，上述过程即实现了冷却塔配水系统建模。

为此，首先需要确定记录管段对象的数据存储方式。该存储方式应当能够方便的实现上述管段对象的记录要求。

本实施例中记录管段对象的数据存储方式为一种双链式存储结构。具体请参看图2。

如图2所示，该双链式存储结构包括第一层链和第二层链。

所述第一层链包括管段编号、数据域和指针域几个数据段。

所述管段编号为与管段一一对应设置的编号，该管段编号为识别管段的标识；图2中示出管段编号M(I)，该管段编号即对应某个具体的管段，在本模型中，则代表记录该管段的管段对象。

所述数据域记录该管段与配水计算相关的属性，该数据域所要记录的管段属性包括管段起点坐标、终点坐标、管长、管段材料或者管壁摩擦系数、管径、水压、流量、喷头类型等。上述确定要记载的数据都在数据域中设置了专门的存放位置，此外，考虑到该模型可能用于其它场合，在数据域中还可以留下一部分存储空间，用于存放一些扩展属性，这些空间称为扩展属性存储空间。

所述指针域用于存放指向第二层链的指针。

所述第二层链为一个容量可变的指针堆，该指针堆中存放若干指向该管段下游管段的管段对象的指针。图中示出，第二层链包括指针P1，P2，P3；其中，指针P1指向管段对象M(I+1)，其它指针则指向其它和管段对象M(I)相连接并位于其下游的管段对象。

在配水系统中，一个管段可能通过三通等连接件在同一点连接几个下游管段；采用上述双链式式结构，通过容量可变的指针堆，可以适应冷却塔配水系统的管段的复杂结构，为冷却塔配水系统模型建立提供良好的数据基础。

本步骤通过遍历，最终获得的就是对应所有管段建立上述结构的管段对象数据集合。

具体的遍历方法可以在现有技术下采用不同的方式，在本实施例中，针对经过步骤S102转换之后获得的基于Autocad的布置图，采用ObjectARX程序包对其图形实体进行访问操作，实现上述遍历过程。具体采用的遍历算法为深度优先搜索/回溯算法，通过该方法，可以首先实现对转换之后的布置图的拓扑结构的读取。在读取拓扑结构的同时，还可以同时对在图中直接记录和反应的与冷却配水计算相关的管段属性信息进行记录，并可以同时采用人机交互的方式获得一些图中没有记录的管段属性信息。在获得拓扑结构之后，可以根据各个喷头的出水量相同的原则，以已经获得的拓扑结构为依据，通过计算获得或者选取每个管段的其它与冷却配水相关的属性信息，包括：管径、喷头类型、水量、水压。

具体的获得管路拓扑结构的遍历过程请参见图3。以下根据图3说明该遍历的过程。

步骤S103-1，选定冷却塔竖井为最初的搜索起始点。

所述冷却塔竖井已经在前述转化过程中转化为一个起始点，程序读图过程中需要首先以该起始点开始读图。

步骤S103-2，识别与该搜索起始点相连的管段，并建立存储这些管段的管段对象的集合。

与冷却塔竖井相连的配水槽有若干个，这些配水槽直接以冷却塔竖井为起点的部分都已经在步骤S102中转化为管段，将所有以冷却塔竖井这一点为起始点的管段均从图中读取，并建立一个数据集合存储依据这些管段建立的管段对象。管段对象中保存通过读图获得的管段属性信息，例如，管段的起始节点坐标和终端节点坐标、管段长度等；有一些信息从图中无法获得，则可以以人机交互的方式获得，例如管壁摩擦系数或者管段材料。

若管段对象上具有简化为点的三头、弯头、变径管等，也需要将其转化为阻力系数，记录在属性记录中。

在识别与该点相连的管段中，同时可以判断读入的管段是否是直线，若不是，则剔除该管段。进行该判断的原因在于，在CAD图中存在若干辅助线段等，有可能与搜索起始点有相交，很容易被误判为管段，上述判断过程就可以将上述管段剔除。以下的识别相连的管段，并建立存储这些管段的管段对象的集合的步骤中，也需要进行该种判断，以剔除无关管段。

在记录从CAD图中读出的各种标准的管段属性后，还可以进一步判断是否存在扩展属性，也可以以人际交互的方式询问是否存在扩展属性，如果有，则记录在管段对象数据域的扩展属性存储空间中。

步骤S103-3，保存指向第i管段的指针，然后以该第i管段的另一端为搜索起始点，重复上述步骤S103-2中识别该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；以上述方式，不断重复本步骤，直到一段位于末端的管段，该管段的另一端没有与其相连的管段。

所谓保存指向第i管段的指针，实际上是将第i管段对象的首地址保存到当前上游管段对象的指针域中，实现两管段对象上下游关系的识别和存储；同时保存到建模之初建立的一个临时全局堆栈中(该堆栈用于存储遍历过程中获得的指向管段的指针，是遍历回溯过程的依据)。所述第i管段中，i是从1到n的序数，其中n为与搜索起始点相连的管段的最大数。

该步骤中，利用上一步骤已经保存的管段数据，以第i管段的另一段为搜索起始点，重复进行识别与该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤，具体方法和上一步骤相同，在此不再赘述。通过不断的重复，就可以一直到最后一个末端管段，该末端管段的特点是其另一端没有与其相连的管段。上述步骤完成了深度优先的遍历过程，并且存储了若干指针，这些指针可以在后面的回溯过程使用。

在访问某个管段时，同样从图中获得该管段的相关属性，存入相应管段对象的数据域中。

步骤S103-4，回溯到上一起始点，若该点的集合中尚有未访问的第i+1条管段，则访问该管段，并以该管段的另一端为起始点，重复上述识别该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；若该点的集合中不包含尚未访问的管段，则回溯更上一层的起始点。

该步骤为回溯步骤，回溯上一起始点的方法是利用在前述临时堆栈中保存的指针；在回溯到该上一起始点后，再使用该起始点的集合，考察其中是否存在尚未进行访问的节点，若有，则访问某一个尚未访问的节点，重复上述步骤S103-3中的访问过程。

通过本步骤，可以通过回溯的方式将前面深度优先过程中没有访问的管段全部访问到。

步骤S103-5，回溯到冷却塔竖井，若该冷却塔竖井不存在尚未访问的管段，则遍历结束。

冷却塔竖井在本实施例中简化为一个点，并且该点为最初的搜索起始点，如果回溯到该点，并且在该点没有尚未访问的管段，则说明所有的管段都已经被访问到，该遍历过程可以结束。遍历结束后，遍历过程中建立的临时堆栈应当恰好被清空，这也可以检验是否完成了遍历。

步骤S104，将上述遍历过程中记录的各个管段的数据保存在一个数据集中。

上述数据集的冷却塔配水系统是由一系列的管段对象组成的双链式存储结构，通过该数据集即可以反应冷却塔配水系统和冷却塔配水系统相关的各种属性，包括管段的属性和管段之间的连接关系，该模型就是冷却塔配水系统的初步模型。

经过上述步骤后建立的冷却塔配水系统模型，管段对象中包含的属性并没有包括管径、喷头类型等，也不包括水量、水压等关键属性，这些属性可以通过上述已经建立的初步模型计算获得。

根据冷却塔配水系统的基本要求，所有的喷头的出水量需要相等，具体来说，每个喷头的出水量的差别应当不超过5％。对冷却塔配水系统进行设计中，初步设计完成后的主要工作就是根据上述要求，对管段管径、喷头类型进行选择，以确保各个喷头的出水符合上述要求。

在前述建立的初步模型的基础上，可以设计适当的程序，以各个喷头的出水量相同为标准，对每个管段的管径、喷头类型进行选择计算，获得对每个管段对象的选择。该计算过程中，还能够获得每个管段的水量、水压等数据。上述数据均作为管段属性数据放置在相应管段对象的数据域，共同构成适宜于冷却配水计算的模型。

具体实现上述过程，可以使用ObjectARX的自定义类的自定义多态重载函数CXdata::Add()为所述管段添加扩展数据体，用于存储管段属性以及对管段属性进行读取。

以上对本发明所提供的一种冷却塔配水系统建模方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，包括：

读取初步布置方案图；

对所述初步布置方案图进行转化，包括：将冷却塔竖井简化为点，作为主配水槽的起始点；将配水槽、配水分槽划分为管段，配水槽从冷却塔竖井开始，以分出的配水分槽或者配水管为依据，每个配水分槽或者配水管之前的一段配水槽为一个独立的管段，以同样的方法将配水分槽划分为管段；将配水管划分为管段，具体是将每个喷头和其上游的配水管作为一个管段，每个管段和一个喷头对应；简化喷头及与其连接的短管、三通为一个节点；各个管段均简化为直线段；

以上述冷却塔竖井为起始点，遍历各管段，对每一管段进行编号，并对应编号保存该管段的起始节点和终端节点坐标、以及各个管段的与配水设计相关的属性信息；所述属性至少包括管长、管径、水压、流量；以及保存每个管段与下游管段的连接关系信息；

将上述遍历过程中记录的各个管段的数据保存在一个数据集中。

2.根据权利要求1所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，所述配水槽段、配水管段作为一个管段对象处理，每一个管段对象采用双链式存储结构存储该管段相关数据；其中，第一层链包括管段编号、记录管段属性的数据域以及指向第二层链的指针域；第二层链包括容量可变的指针堆，其中的每个指针指向该管段对象的下游管段对象。

3.根据权利要求1所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，所述各个管段的与配水设计相关的属性信息还包括：管壁摩擦系数或管壁材料、喷头类型。

4.根据权利要求1所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，三通、弯头、变径管简化为局部阻力系数，作为与其相连的管段的属性信息。

5.根据权利要求1所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，所述以上述冷却塔竖井为起始点，遍历各管段的过程中，首先是接收经过简化的初步布置方案图，对配水管路的拓扑图进行遍历读取。

6.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，在拓扑图遍历读取的过程中，同时通过人机互和对初步布置方案图中的参数的读取，获得各个管段的部分管段属性信息。

7.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，在获得拓扑图后，根据各个喷头的出水量相同的原则，通过计算获得每个管段的下述属性信息：管径、喷头的类型、水量、水压。

8.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，所述对配水管路的拓扑图进行遍历读取，具体是采用以下方法：

选定冷却塔竖井为最初的搜索起始点；

识别与该搜索起始点相连的管段，并建立这些管段的集合；

保存指向第i管段的指针，然后以该第i管段的另一端为搜索起始点，重复上述识别该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；重复本步骤直到最后一段管段，该管段的另一端没有与其相连的管段；

回溯到上一起始点，若该点的集合中尚有未访问的第i+1条管段，则访问该管段，并以该管段的另一端为起始点，重复上述识别与该点相连的管段，并建立这些管段的集合的步骤；若该点的集合中不包含尚未访问的管段，则回溯更上一层的起始点；

回溯到冷却塔竖井，并且不存在该点尚未访问的管段，则遍历结束。

9.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，识别建立与该点相连的管段集合的过程中，还判断读入的管段是否是直线，若不是，则剔除该管段。

10.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统建模方法，其特征在于，采用Autocad建模时，使用0bjectARX的自定义类的自定义多态重载函数CXdata::Add()为所述管段添加扩展数据体，用于存储管段属性以及对管段属性进行读取。

Images