CN107273597B - 一种自然通风冷却塔配水系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却塔技术领域,公开了一种自然通风冷却塔配水系统设计方法。包括以下过程：步骤S101、输入基本参数保存至数据库；步骤S102、确定内外分区边界、喷头位置以及配水管配水路径，创建计算模型；步骤S103、初步计算配水管管径和喷头型号；步骤S104、从数据库读取配水计算所需数据；步骤S105、配水计算，并将计算的结果数据加载至计算模型；步骤S106，分析计算结果，对配水均匀性进行校核，若满足条件，则进入步骤S107，否则修改相应模型后返回至第S104；步骤S107，根据计算模型生成三维真实模型；步骤S108，自动生成材料报表；步骤S109，自动生成施工图纸。该配水系统设计方案实现了直观、高效、准确。

Description

一种自然通风冷却塔配水系统设计方法

技术领域

本发明涉及冷却塔技术领域,特别是一种自然通风冷却塔配水系统设计方法。

背景技术

自然通风冷却塔在工业项目应用广泛，如冶金项目、化工项目、火力发电厂、核电站等。

目前冷却塔多用中央竖井、槽管结合的配水方式。循环水由压力进水沟进入冷却塔底部，经中央竖井至配水标高后流向十字型配水槽，再通过配水管及下部喷头向全塔配水。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。工程师一般先形成布置方案，再调用配水程序计算，再根据计算结果调整布置方案，如此往复，等确定布置方案后再进行绘制和材料统计，完成设计工作。整个设计过程需要大量的布置和试算，数据量大，过程繁琐；计算输入数据和输出结果仅以数据表示，直观性差；布置方案与计算软件相互脱离，需通过手工读取来实现数据传递，工作效率不高，容易出错；绘图及材料统计工作量大，工作效率不高。

发明专利 “一种超大型逆流式自然通风冷却塔配水方法” （申请号CN201210328318.3）提出了一种配水计算的新方法；发明专利“一种冷却塔配水系统建模方法” （申请号CN201310042615.6）提出了一种自动提取布置方案生成配水计算输入数据方法。但以上发明仅局限于配水系统设计中的某一环节，并未系统性解决该问题。

为此，需要一种更为方便的冷却塔配水系统设计方法，实现布置与计算的数据自动传递，设计图纸及材料统计的自动生成，减少配水系统设计的时间和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种自然通风冷却塔配水系统设计方法。

本发明采用的技术方案如下：一种自然通风冷却塔配水系统设计方法，具体包括以下过程：步骤S101、输入配水系统设计所需的基本参数并保存至数据库；步骤S102、确定内外分区边界、喷头位置以及配水管配水路径，并创建计算模型；步骤S103、初步计算配水管管径和喷头型号并保存至数据库，同步更新计算模型；步骤S104、从数据库读取配水计算所需数据；步骤105、计算喷头的流量，并将配水计算的数据加载至计算模型中；步骤S106，分析计算结果，并对配水均匀性进行校核，若满足条件，则进入步骤S107，否则修改相应区域的配水管管径或喷头型号，返回至步骤S104；步骤S107，根据计算模型生成三维真实模型；步骤S108，自动生成材料报表；步骤S109，自动生成施工图纸。

进一步的，所述步骤S101中的基本参数包括循环水流量、中央竖井宽度，配水槽宽度、轴网间距、喷头间距、配水层塔筒内半径，所述基本参数通过界面交互式输入或者通过文本文件输入。

进一步的，所述步骤S102的具体过程为：步骤S102-1、布置轴网，其中第一个轴网距起点距离为配水槽宽度+轴网间距，自第2个轴网起与上一轴网距离均为轴网间距，对一个象限的配水布置和计算；步骤S102-2，布置喷头，喷头在计算区域内以等距均匀分布，间距为d，d为喷头间距，喷头沿配水管方向超出塔筒内缘的距离不大于0.5d；步骤S102-3，确定内外分区边界，其中配水内区为正方形区域，其一个顶点位于圆心处，内区以外的区域为配水外区,配水内区正方形边长a=(0.6πR^2)^0.5，其中R为填料层半径，a取相邻喷头中点位置，以此确定内外分区边界；步骤S102-4，确定配水管位置及路径，所述配水管长度为d，配水管中心与喷头位置重合，在0<x<a区域，其中x是X轴上的变量，为配水内区，配水管垂直于X轴，长度为a；在a<x<R区域，为配水外区，配水管垂直于X轴，长度至塔筒内缘；在0<y<a区域，为配水外区，配水管垂直于Y轴，长度为a；步骤S102-5，创建计算模型，该计算模型在Revit软件真实显示，模型中主要包括轴网、中央竖井、配水槽、塔筒、喷头、配水管构件，所述构件基于Revit族文件创建，每个构件对应的族文件除了尺寸位置、型号信息外，还包括计算结果的参数，构件以三维真实模型或者平面简化模型或者以颜色、符号的形式显示；步骤S102-6，读取计算模型参数，并保存至数据库。

进一步的，所述步骤S103的具体过程为：步骤S103-1，读取数据库中计算模型参数，获取配水管及喷头布置信息，形成配管计算所需数据文件；步骤S103-2，调用配管计算程序，对配水管管径及喷头型号进行初步优化选型，配管计算程序采用试算法对备选管径和喷头型号进行遍历试算，然后根据试算结果按照管径和喷头优选原则进行选择；步骤S103-3，将优化后的配水管管径和喷头型号保存至后台数据库，并同步更新计算模型。

进一步的，其中所述步骤S104中配水计算所需数据主要包括循环水流量、水头、配水管对应的喷头位置和型号、配水路径及配水管型号、喷头流量系数。

进一步的，所述步骤S105的具体过程为；步骤S105-1，调用配水计算程序，采用迭代试算法计算配水管及喷头的流量；S105-2，计算配水系统均布系数σ和喷头水量偏差率△σ；步骤S105-3，将计算结果保存至数据库和计算模型；步骤S105-4，在计算模型中加载计算结果，喷头及配水管的型号以颜色或大小或符号区分，以颜色值线显示喷头及配水管的计算结果，对偏差率△σ超出规定值的喷头进行高亮显示。

进一步的，所述步骤S106的具体过程为：步骤S106-1，在计算模型查看S105-4所述配水计算结果，若偏差率△σ符合规定值，形成布置方案，进入步骤S107，否则进入步骤S106-2；步骤S106-2，在计算模型中修改偏差率△σ超出规定值的配水管或喷头型号，保存计算模型并将数据同步至数据库，返回至步骤S104。

进一步的，所述步骤S107的具体过程为：步骤S107-1，根据布置方案，读取配水管路径个数N，令n=1，遍历每一根配水管路径，依次进行S107-2至S107-9；S107-2，选择第n个配水管路径；S107-3，布置绑扎点，生成配水管绑扎点位置信息，自配水管起点开始，沿配水管方向在每一个次梁位置处布置一个绑扎点；步骤S107-4，布置大小头,在大小头处将配水管分段，每一个变管径处设一个大小头，大小头位于配水管线相邻两个喷头中心位置；步骤S107-5，布置堵头，判断配水管线方向最外侧喷头与塔筒关系，若位于塔筒外，将喷头沿配水管方向向塔内移动，直至其与塔筒内壁的距离满足要求，并在配水管终点处（喷头外一定距离）设置堵头；步骤S107-6，自起点起计算配水管长度L，并判断L与是否大于配水管最大长度Lmax，若为是至S107-7，若为否至S107-8；步骤S107-7，在满足L<Lmax条件，且使L最大的喷头之间设接头，接头位于配水管上相邻两个喷头中心位置，并在接头处将配水管分段，至S107-6,计算下一段配水管长度L；步骤S107-8，计算配水管绑扎点个数N，若N>2，令n=n+1，至S107-2，若为否，至S107-9；步骤S107-9，将配水管起点处的接头或大小头沿水流相反方向移动一个喷头间距的距离，并根据移动后的接头或大小头位置调整配水管分段，至S107-8；步骤S107-10，根据以上布置信息，加载族文件，形成计算区域真实三维模型，并根据对称关系形成全塔模型。

进一步的，所述步骤S107的族文件，主要包括喷头、配水管、扩口承插套管、预埋套管、偏心异径管接头、管道垫块、不锈钢打包带、弯头、堵头、弹性密封圈等。

进一步的，所述步骤S108生成材料报表，主要包括喷头、配水管、扩口承插套管、预埋套管、偏心异径管接头、管道垫块、不锈钢打包带、弯头、堵头、弹性密封圈等构件材料报表。

进一步的，所述步骤S109生成施工图，主要包括配水管布置示意图、配水管及喷嘴布置图、配水管详图、配水管件详图、喷头装置详图和管道垫块详图。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：（1）设计输入数据少，设计所需中间数据程序自动计算并在内部共享传递，减少工程师手工读取、输入工作量，保证准确性，避免出错；（2）模型与数据相系关联，通过交互式界面修改模型，数据自动更新，可简化设计程序；（3）自动确定内外分区边界，自动形成布置方案；（3）交互式界面，可视化显示，可实时查看布置方案和计算结果；显示形式多样，布置方案包括真实模型、简化图，计算结果可以用颜色条显示，直观、一目了然；快速有效地查看计算结果，对模型参数的设置和调整自动写入计算数据，保证布置模型和计算模型一致性；（5）自动把计算模型转成布置方案和三维模型，可以极大的提高设计的效率；（5）自动生成材料报表和施工图纸，提高工作效率，（6）相比于传统的冷却塔配水方法，本发明可以提高冷却塔配水的均匀性和可靠性。可将工程师从繁琐的计算工作中解脱出来，更专注于设计本身。

附图说明

图1是本发明自然通风冷却塔配水系统设计方法的流程示意图。

图2是本发明初始化布置方案设计方法的流程示意图。

图3是本发明生成三维模型设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

在本实施例中采用Revit作为设计软件，采用C#作为二次开发的工具。如图1所示，一种自然通风冷却塔配水系统设计方法，具体过程为：步骤S101、输入配水系统设计所需的基本参数并保存至数据库；步骤S102、确定内外分区边界、喷头位置以及配水管配水路径，并创建计算模型；步骤S103、初步计算配水管管径和喷头型号并保存至数据库，同步更新计算模型；步骤S104、从数据库读取配水计算所需数据；步骤105、计算喷头的流量，并将配水计算的数据加载至计算模型中；步骤S106，分析计算结果，并对配水均匀性进行校核，若满足条件，则进入步骤S107，否则修改相应区域的配水管管径或喷头型号，返回至步骤S104；步骤S107，根据计算模型生成三维真实模型；步骤S108，自动生成材料报表；步骤S109，自动生成施工图纸。本方案只需要输入基本参数，设计计算模型，再进行配管计算和配水计算，并保存数据以及更新计算模型，经过计算调整后的计算模型可以在系统中实时自动生成三维模型以及施工图纸和材料报表，避免了大量重复工作并保证了设计过程的准确性，可以极大地提高结构分析的设计的效率。

所述步骤S101中的基本参数包括循环水流量、中央竖井宽度，配水槽宽度、轴网间距、喷头间距、配水层塔筒内半径，所述基本参数通过界面交互式输入或者通过文本文件输入。采用本方案的设计方案，输入的数据少，相比传统冷却塔的配水设计，减少工程师手动读取、输入工作量，确保数据准确性。

由于配水系统是严格对称的，为了避免过大的计算量，进行初步布置设计计算模型时，对其一个象限（四分之一区域）的配水布置和计算。如图2所示，所述步骤102的具体过程为：步骤S102-1、布置轴网，其中第一个轴网距起点距离为配水槽宽度+轴网间距，自第2个轴网起与上一轴网距离均为轴网间距，对一个象限的配水布置和计算；步骤S102-2，布置喷头，喷头在计算区域内以等距均匀分布，间距为d，d为喷头间距，喷头沿配水管方向超出塔筒内缘的距离不大于0.5d；步骤S102-3，确定内外分区边界，其中配水内区为正方形区域，其一个顶点位于圆心处，内区以外的区域为配水外区,配水内区正方形边长a=(0.6πR^2)^0.5，其中R为填料层半径，a取相邻喷头中点位置，以此确定内外分区边界；步骤S102-4，确定配水管位置及路径，所述配水管长度为d，配水管中心与喷头位置重合，在0<x<a区域，其中x是X轴上的变量，为配水内区，配水管垂直于X轴，长度为a；在a<x<R区域，为配水外区，配水管垂直于X轴，长度至塔筒内缘；在0<y<a区域，为配水外区，配水管垂直于Y轴，长度为a；步骤S102-5，创建计算模型，该计算模型在Revit软件真实显示，模型中主要包括轴网、中央竖井、配水槽、塔筒、喷头、配水管构件，所述构件基于Revit族文件创建，每个构件对应的族文件除了尺寸位置、型号信息外，还包括计算结果的参数，构件以三维真实模型或者平面简化模型或者以颜色、符号的形式显示；步骤S102-6，读取计算模型参数，并保存至数据库。该过程进行了配水管及喷头布置信息，以此为基础建立了初步计算模型，相当于绘制出了配水管单线图，并作为后续计算数据的加载基础。

基于创建的计算模型，进行配管计算。所述步骤103的具体过程为：步骤S103-1，读取数据库中计算模型参数，获取配水管及喷头布置信息，形成配管计算所需数据文件；步骤S103-2，调用配管计算程序，对配水管管径及喷头型号进行初步优化选型，配管计算程序采用试算法对备选管径和喷头型号进行遍历试算，然后根据试算结果按照管径和喷头优选原则进行选择；步骤S103-3，将优化后的配水管管径和喷头型号保存至后台数据库，并同步更新计算模型。将配管计算的数据更新至计算模型中，使配水管和喷头布置信息，以及具体的配水管管径和喷头型号的信息均集中到计算模型中。

所述步骤105进行了配水计算，具体过程为；步骤S105-1，调用配水计算程序，采用迭代试算法计算配水管及喷头的流量；S105-2，计算配水系统均布系数σ和喷头水量偏差率△σ；步骤S105-3，将计算结果保存至数据库和计算模型；步骤S105-4，在计算模型中加载计算结果，喷头及配水管型号以颜色或大小或符号区分，以颜色值线显示喷头及配水管的计算结果对偏差率△σ超出规定值的喷头进行高亮显示。将配水计算结果用颜色条显示，可以快速有效地观测到计算结果，进而对参数的设置和调整也实时、有效。

所述步骤106为配水计算结果的均匀性校核。若计算结果的均匀性不符合要求，需要返回修改配水计算中的参数，循环进行配水计算以及均匀性校核，直至输出计算结果符合要求，并形成布置方案。具体过程为：步骤S106-1，在计算模型查看S105-4所述配水计算结果，若偏差率△σ符合规定值，形成布置方案，进入步骤S107，否则进入步骤S106-2；步骤S106-2，在计算模型中修改偏差率△σ超出规定值的配水管或喷头的型号，保存计算模型并将数据同步至数据库，返回至步骤S104。

如图3所示为生成三维模型设计方法的流程示意图。所述步骤S107是根据布置方案生成三维模型，具体过程为：所述步骤S107的具体过程为：步骤S107-1，根据布置方案，读取配水管路径个数N，令n=1，遍历每一根配水管路径，依次进行S107-2至S107-9；S107-2，选择第n个配水管路径；S107-3，布置绑扎点，生成配水管绑扎点位置信息，自配水管起点开始，沿配水管方向在每一个次梁位置处布置一个绑扎点；步骤S107-4，布置大小头,在大小头处将配水管分段，每一个变管径处设一个大小头，大小头位于配水管线相邻两个喷头中心位置；步骤S107-5，布置堵头，判断配水管线方向最外侧喷头与塔筒关系，若位于塔筒外，将喷头沿配水管方向向塔内移动，直至其与塔筒内壁的距离满足要求，并在配水管终点处（喷头外一定距离）设置堵头；步骤S107-6，自起点起计算配水管长度L，并判断L与是否大于配水管最大长度Lmax，若为是至S107-7，若为否至S107-8；步骤S107-7，在满足L<Lmax条件，且使L最大的喷头之间设接头，接头位于配水管上相邻两个喷头中心位置，并在接头处将配水管分段，至S107-6,计算下一段配水管长度L；步骤S107-8，计算配水管绑扎点个数N，若N>2，令n=n+1，至S107-2，若为否，至S107-9；步骤S107-9，将配水管起点处的接头或大小头沿水流相反方向移动一个喷头间距的距离，并根据移动后的接头或大小头位置调整配水管分段，至S107-8；步骤S107-10，根据以上布置信息，加载族文件，形成计算区域真实三维模型，并根据对称关系形成全塔模型。

所述步骤S107-10的族文件，主要包括喷头、配水管、扩口承插套管、预埋套管、偏心异径管接头、管道垫块、不锈钢打包带、弯头、堵头、弹性密封圈等。

采用本方案的自然通风冷却塔配水系统设计方法，仅需输入少量数据，自动形成布置方案，进行配水计算，最后自动生成施工图纸和材料报表，整个过程实现数据传递无缝传递，设计全过程可视化，设计成果可满足工程施工要求，大量节省冷却配水系统设计所需要的时间。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，包括以下过程：步骤S101、输入配水系统设计所需的基本参数并保存至数据库；步骤S102、确定内外分区边界、喷头位置以及配水管配水路径，并创建计算模型；步骤S103、初步计算配水管管径和喷头型号并保存至数据库，同步更新计算模型；步骤S104、从数据库读取配水计算所需数据；步骤105、计算喷头的流量，并将配水计算的数据加载至计算模型中；步骤S106，分析计算结果，并对配水均匀性进行校核，若满足条件，则进入步骤S107，否则修改相应区域的配水管管径或喷头型号，返回至步骤S104；步骤S107，根据计算模型生成三维真实模型；步骤S108，自动生成材料报表；步骤S109，自动生成施工图纸；

所述步骤S101中的基本参数包括循环水流量、中央竖井宽度，配水槽宽度、轴网间距、喷头间距、配水层塔筒内半径，所述基本参数通过界面交互式输入或者通过文本文件输入；

所述步骤S102的具体过程为：步骤S102-1、布置轴网，其中第一个轴网距起点距离为配水槽宽度+轴网间距，自第2个轴网起与上一轴网距离均为轴网间距，对一个象限的配水布置和计算；步骤S102-2，布置喷头，喷头在计算区域内以等距均匀分布，间距为d，d为喷头间距，喷头沿配水管方向超出塔筒内缘的距离不大于0.5d；步骤S102-3，确定内外分区边界，其中配水内区为正方形区域，其一个顶点位于圆心处，内区以外的区域为配水外区,配水内区正方形边长a＝(0.6πR^2)^0.5，其中R为填料层半径，a取相邻喷头中点位置，以此确定内外分区边界；步骤S102-4，确定配水管位置及路径，所述配水管长度为d，配水管中心与喷头位置重合，在0<x<a区域，其中x是X轴上的变量，为配水内区，配水管垂直于X轴，长度为a；在a<x<R区域，为配水外区，配水管垂直于X轴，长度至塔筒内缘；在0<y<a区域，为配水外区，配水管垂直于Y轴，长度为a；步骤S102-5，创建计算模型，该计算模型在Revit软件真实显示，模型中主要包括轴网、中央竖井、配水槽、塔筒、喷头、配水管构件，所述构件基于Revit族文件创建，每个构件对应的族文件除了尺寸位置、型号信息外，还包括计算结果的参数，构件以三维真实模型或者平面简化模型或者以颜色、符号的形式显示；步骤S102-6，读取计算模型参数，并保存至数据库。

2.如权利要求1所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，所述步骤S103的具体过程为：步骤S103-1，读取数据库中计算模型参数，获取配水管及喷头布置信息，形成配管计算所需数据文件；步骤S103-2，调用配管计算程序，对配水管管径及喷头型号进行初步优化选型，配管计算程序采用试算法对备选管径和喷头型号进行遍历试算，然后根据试算结果按照管径和喷头优选原则进行选择；步骤S103-3，将优化后的配水管管径和喷头型号保存至后台数据库，并同步更新计算模型。

3.如权利要求2所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，其中所述步骤S104中配水计算所需数据主要包括循环水流量、水头、配水管对应的喷头位置和型号、配水路径及配水管型号、喷头流量系数。

4.如权利要求3所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，所述步骤S105的具体过程为；步骤S105-1，调用配水计算程序，采用迭代试算法计算配水管及喷头的流量；S105-2，计算配水系统均布系数σ和喷头水量偏差率△σ；步骤S105-3，将计算结果保存至数据库和计算模型；步骤S105-4，在计算模型中加载计算结果，喷头及配水管的型号以颜色或大小或符号区分，以颜色值线显示喷头及配水管的计算结果，对偏差率△σ超出规定值的喷头进行高亮显示。

5.如权利要求4所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，所述步骤S106的具体过程为：步骤S106-1，在计算模型查看S105-4所述配水计算结果，若偏差率△σ符合规定值，形成布置方案，进入步骤S107，否则进入步骤S106-2；步骤S106-2，在计算模型中修改偏差率△σ超出规定值的配水管或喷头型号，保存计算模型并将数据同步至数据库，返回至步骤S104。

6.如权利要求5所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，步骤S107的具体过程为：步骤S107-1，根据布置方案，读取配水管路径个数N，令n＝1，遍历每一根配水管路径，依次进行S107-2至S107-9；S107-2，选择第n个配水管路径；S107-3，布置绑扎点，生成配水管绑扎点位置信息，自配水管起点开始，沿配水管方向在每一个次梁位置处布置一个绑扎点；步骤S107-4，布置大小头,在大小头处将配水管分段，每一个变管径处设一个大小头，大小头位于配水管线相邻两个喷头中心位置；步骤S107-5，布置堵头，判断配水管线方向最外侧喷头与塔筒关系，若位于塔筒外，将喷头沿配水管方向向塔内移动，直至其与塔筒内壁的距离满足要求，并在配水管终点处(喷头外一定距离)设置堵头；步骤S107-6，自起点起计算配水管长度L，并判断L与是否大于配水管最大长度Lmax，若为是至S107-7，若为否至S107-8；步骤S107-7，在满足L<Lmax条件，且使L最大的喷头之间设接头，接头位于配水管上相邻两个喷头中心位置，并在接头处将配水管分段，至S107-6,计算下一段配水管长度L；步骤S107-8，计算配水管绑扎点个数N，若N>2，令n＝n+1，至S107-2，若为否，至S107-9；步骤S107-9，将配水管起点处的接头或大小头沿水流相反方向移动一个喷头间距的距离，并根据移动后的接头或大小头位置调整配水管分段，至S107-8；步骤S107-10，根据以上布置信息，加载族文件，形成计算区域真实三维模型，并根据对称关系形成全塔模型。

7.如权利要求6所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，所述步骤S108生成材料报表，主要包括喷头、配水管、扩口承插套管、预埋套管、偏心异径管接头、管道垫块、不锈钢打包带、弯头、堵头、弹性密封圈构件材料报表。

8.如权利要求7所述的自然通风冷却塔配水系统设计方法，其特征在于，所述步骤S109生成施工图，主要包括配水管布置示意图、配水管及喷嘴布置图、配水管详图、配水管件详图、喷头装置详图和管道垫块详图。

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