CN110052825A - 一种异形换热管组装成为管束的方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
一种异形换热管组装成为管束的方法、系统及装置，解决了现有方法制造成本高和制造周期长的问题，属于反应器、换热器的制造技术领域。本发明包括：输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；根据输入的参数，将设计图中异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型，根据该模型，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置，进而分析出每行异形换热管合理的组装顺序；操作者自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，且按照分析出的每行异形换热管组装顺序将异形换热管两侧直段插入管板管孔中，完成管束组装。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应器、换热器中换热管的组装方法，特别涉及一种异形换热管组装成为管束的方法,属于煤炭、石油化工行业中反应器、换热器的制造技术领域。
背景技术
在煤炭、石油化工行业中常见反应器、换热器所用的换热管，其普遍为直管或由弯管段和直管段组成的U形管，支持板和管板同时采用三角形或正方形排列，在管束组装过程中直接插入成为普遍的组装方法，是这类产品制造的关键工序。将直管或者U形管的直段穿入支持板和管板，在管束组装工序上不存在较大困难，而异形换热管、支持板和管板组成的管束存在以下特殊结构：
1、根据原材料的反应原理以及工作介质的流向需求，换热管设计为多个直段、斜直段及圆弧过渡组成的异形换热管，无法采用直接插入的组装方法。
2、支持板为圆钢逐行排列的构架，与常规板材开孔的结构不同，异形换热管需按行逐根摆放在支持板上。
3、支持板和管板同时采用三角形或正方形排列是常见的管束设计结构，现有一种产品的支持板采用三角形排列，管板采用方形排列，异形换热管在支持板和管板的对应位置不在同一轴线上。
上述1-3的特殊结构造成无法采用直接穿入的方式进行组装，如果不按照特定顺序，而是盲目的组装管束，将造成异形换热管之间发生干涉，对异形换热管造成损伤，甚至反复试装，这些都会明显造成制造成本和制造周期的增加，如果采用现有的实际组装之前额外制作试验件进行模拟的方法，由于直段和斜直段尺寸均有所不同，异形换热管种类众多，如果采用模拟件本身的制造成本和制造周期也会大幅度增加，因此需要一种异形换热管组装成为管束的方法，来解决上述技术问题。
发明内容
针对现有异形换热管组装成管束的方法制造成本高和制造周期长的问题，本发明提供一种实施简便，节省大量模拟成本的异形换热管组装成为管束的方法、系统及装置。
本发明的一种异形换热管组装成为管束的方法，所述方法包括：
S1、输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；
S2、根据S1输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；
S3、根据建立的数字化模型，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；
S4、根据S3的干涉情况，分析出每行异形换热管合理的组装顺序；
操作者自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，且按照S4分析出的每行异形换热管组装顺序将异形换热管两侧直段插入管板管孔中，旋转异形换热管将其组装到支持板上的对应位置，完成管束的组装。
优选的是，所述S1包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
优选的是，所述S2包括：
S21、建立空间直角坐标系O-xyz：定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；
S22、将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
S23、建立空间直角坐标系O'-x'y'z'：定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；
S24、将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
S25、获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
优选的是，所述S25中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
优选的是，所述S3中，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉的方法包括：
S31、单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其所穿入的管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
S32、获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
S33、根据数字化模型，获取所述旋转曲面-与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
优选的是，所述S33包括：
将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，旋转曲面顶点的z轴坐标为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程；
求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；
根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
优选的是，所述S4包括：
S41、当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：
当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
S42、结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序。
本发明还提供一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述方法。
本发明还提供一种异形换热管组装成为管束的系统，包括存储设备、处理器以及存储在存储设备中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现上述方法。
本发明还提供一种异形换热管组装成为管束的装置，所述装置包括：
输入模块，用于输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；
转换模块，与输入模块连接，用于根据输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；
处理模块，同时与转换模块和输入模块连接，用于根据转换模块建立的数字化模型及输入模块输入的参数，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；
分析模块，与处理模块连接，用于根据处理模块的干涉情况，分析出每行异形换热管合理的组装顺序；
执行模块，与分析模块连接，用于自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，每行内异形换热管按照分析模块分析出的顺序进行组装。
优选的是，所述输入模块包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
优选的是，所述转换模块包括：
第一坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O-xyz：定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；
第二坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O'-x'y'z'：定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；
转换关系获取模块，同时与第一坐标转换模块和第二坐标转换模块连接，用于获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
优选的是，所述转换关系获取模块中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
优选的是，所述处理模块包括：
旋转曲面获取模块，与输入模块连接，单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其所穿入的管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
轴线获取模块，与输入模块连接，用于获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
干涉情况获取模块，同时与旋转曲面获取模块、轴线获取模块和转换模块连接，用于根据数字化模型，获取所述旋转曲面与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
优选的是，所述干涉情况获取模块包括：
旋转曲面方程建立模块，用于将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，旋转曲面顶点的z轴坐标为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程；
轴线方程建立模块，用于求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置,端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；
求解模块，用于根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
优选的是，所述分析模块包括：
顺序判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
特例判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
整理模块，同时与顺序判断模块和特例判断模块连接，结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，进行归纳和汇总，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序。
本发明的有益效果，本发明通过输入设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；将异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；根据数字化模型判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；根据干涉情况分析出每行异形换热管合理的组装顺序；操作者自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，按照分析出的每行异形换热管组装顺序将异形换热管两侧直段插入管板管孔中，旋转异形换热管将其组装到支持板上的对应位置，完成管束的组装。本发明能够保证异形换热管、支持板、管板顺利组装，既防止组装过程中发生干涉对异形换热管造成损伤，又降低异形换热管发生干涉而反复试装产生的制造成本。此发明相比现有的实际组装之前额外制作试验件进行模拟相比，不但能够充分覆盖全部组装情况，而且采用自动计算的方式，实施更为简便，节省大量模拟成本，除此以外还对同类型产品后续型号的设计优化提供了依据。
附图说明
图1为本发明的方法的流程示意图；
图2为本发明应用产品的管板、支持板、异形换热管排布及空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'的示意图；
图3为图2中局部Ⅰ的异形换热管-管板示意图；
图4为图2中局部Ⅱ的异形换热管-支持板示意图；
图5为不干涉的示意图；
图6为单侧干涉的示意图；
图7为双侧干涉的示意图；
图8为本发明组装的示例图；
图9为本发明装置的原理示意图。
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在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的一种异形换热管组装成为管束的方法，如图1所示，包括：
S1、输入设计图中的异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；本实施方式中输入的参数为计算软件程序可以识别的数据；
S2、根据S1输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；该步骤具体为：根据输入的参数，将异形换热管在支持板和管板两个不同的平面坐标系的位置以及异形换热管的关键参数，转换为管束组装后的三维坐标系的坐标参数的数字化模型；
S3、根据建立的数字化模型，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置，干涉的情况包括不干涉、单侧干涉或双侧干涉；
S4、根据S3的干涉情况，分析出合理的组装顺序，按照该顺序可以装配出符合设计图要求的管束，并提供给操作人员进行实施。
操作人员自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，行内异形换热管按照S4分析出的合理的顺序进行组装：将异形换热管两侧直段插入管板管孔中，旋转异形换热管将其组装到支持板上的对应位置，完成管束的组装。
本实施方式能够保证异形换热管、支持板、管板顺利组装，既防止组装过程中发生干涉对异形换热管造成损伤，又降低异形换热管发生干涉而反复试装产生的制造成本。此发明相比现有的实际组装之前额外制作试验件进行模拟相比，不但能够充分覆盖全部组装情况，而且采用自动计算的方式，实施更为简便，节省大量模拟成本，除此以外还对同类型产品后续型号的设计优化提供了依据。
优选实施例中，本实施方式的S1包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
优选实施例中，本实施方式的S2包括：
S21、建立空间直角坐标系O-xyz：如图2所示，定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；即建立了统一的管板-支持板空间直角坐标系O-xyz，异形换热管、支持板和管板均按照该直角坐标系进行位置转换。
S22、设计图纸中异形换热管在支持板上的坐标说明由方位、数字和文字混用进行的说明，将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
S23、建立空间直角坐标系O'-x'y'z'：如图2所示，定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；为后续管板坐标系向统一的管板-支持板空间直角坐标系O-xyz进行准备。
S24、设计图纸中异形换热管在管板上的坐标说明由方位、数字和文字混用进行的说明，将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
S25、获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
本实施方式给出如何将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型，使各管板坐标系向统一的坐标系O-xyz转换，便于后续判断干涉情况。本实施方式的S25中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
对管板坐标系上管板孔位置[x'y'z']进行平移，平移距离为d，平移后的坐标为[x'(y'+d)z'],使用旋转矩阵对平移后的坐标[x'(y'+d)z']绕管束回转中心轴z轴进行旋转，旋转角度为O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，管束中每块管板的夹角θ不同，旋转的计算过程如下：
根据本实施方式的转换关系，可以将管板坐标系中的异形换热管的坐标转换到统一的管板-支持板空间直角坐标系O-xyz中，为后续判断干涉情况做数据转换。本实施方式的S3中，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉的方法包括：
S31、单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其自身管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
S32、获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
S33、根据数字化模型，获取所述旋转曲面与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
本实施方式的S33包括：
将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，因直线绕另一条与其相交的直线旋转一周的旋转面为圆锥面，因此其公式为(z-z0)2＝α2((x-x0)2+(y-y0)2)，其中α为圆锥面的半顶角的余切值，即异形换热管直段与斜直段夹角的余切值,[x0y0z0]为圆锥面顶点的坐标值，旋转曲面顶点的z轴坐标z0为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程。这种判断方法将两个异形换热管在装配过程中干涉检查的理论模型转换为旋转曲面与相邻形异形换热管斜直段轴线干涉检查模型，可以显著降低计算工作量；
求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置,端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；求解得到两端点位置表示为[x1y1z1]和[x2y2z2]，则该轴线的表达公式为:(x-x1)/(x-x2)＝(y-y1)/(y-y2)＝(z-z1)/(z-z2)；
根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
将(z-z0)2＝α2((x-x0)2+(y-y0)2)和(x-x1)/(x-x2)＝(y-y1)/(y-y2)＝(z-z1)/(z-z2)转化为参数方程，计算机程序依托matlab、Mathematics等具有批量计算功能的软件对参数方程按行逐根进行批量求解，按行一次性完成行内所有换热管干涉情况的计算。如果存在解值即证明异形换热管与其相邻的异形换热管存在干涉，如果不存在解值则证明异形换热管与其相邻的异形换热管不存在干涉，可以按照计算的顺序进行实际组装，对于同行的换热管的计算以此类推，直至完成所有的计算。
本实施方式的S4包括：
S41、当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,图5所示，则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：
当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，如图6所示，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，图7所示，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
S42、结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，，进行归纳和汇总，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序；
在组装时，可以从接近管板中心且与双侧相邻异形换热管均不干涉的换热管开始，分别向左侧及右侧依次组装，如图8所示。
本实施方式还提供一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述步骤。
本实施方式还提供一种异形换热管组装成为管束的系统，包括存储设备、处理器以及存储在存储设备中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现上述步骤。
本实施方式还提供一种异形换热管组装成为管束的装置，如图9所示，包括：
输入模块，用于输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；
转换模块，与输入模块连接，用于根据输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；
处理模块，同时与转换模块和输入模块连接，用于根据转换模块建立的数字化模型及输入模块输入的参数，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；
分析模块，与处理模块连接，用于根据处理模块的干涉情况，分析出每行异形换热管合理的组装顺序；
执行模块，与分析模块连接，用于自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，每行内异形换热管按照分析模块分析出的顺序进行组装。
本实施方式中输入模块包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
本实施方式中转换模块包括：
第一坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O-xyz：定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；
第二坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O'-x'y'z'：定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；
转换关系获取模块，同时与第一坐标转换模块和第二坐标转换模块连接，用于获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
本实施方式中转换关系获取模块中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
本实施方式中处理模块包括：
旋转曲面获取模块，与输入模块连接，单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其所穿入的管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
轴线获取模块，与输入模块连接，用于获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
干涉情况获取模块，同时与旋转曲面获取模块、轴线获取模块和转换模块连接，用于根据数字化模型，获取所述旋转曲面与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
本实施方式中干涉情况获取模块包括：
旋转曲面方程建立模块，用于将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，旋转曲面顶点的z轴坐标为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程；
轴线方程建立模块，用于求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置,端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；
求解模块，用于根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
本实施方式中分析模块包括：
顺序判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
特例判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
整理模块，同时与顺序判断模块和特例判断模块连接，结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，，进行归纳和汇总，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (16)
1.一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；
S2、根据S1输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；
S3、根据建立的数字化模型，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；
S4、根据S3的干涉情况，分析出每行异形换热管合理的组装顺序；
操作者自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，且按照S4分析出的每行异形换热管组装顺序将异形换热管两侧直段插入管板管孔中，旋转异形换热管将其组装到支持板上的对应位置，完成管束的组装。
2.根据权利要求1中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S1包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
3.根据权利要求2中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S2包括：
S21、建立空间直角坐标系O-xyz：定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；
S22、将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
S23、建立空间直角坐标系O'-x'y'z'：定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；
S24、将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
S25、获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
4.根据权利要求3中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S25中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
5.根据权利要求1或4中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S3中，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉的方法包括：
S31、单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其所穿入的管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
S32、获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
S33、根据数字化模型，获取所述旋转曲面-与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
6.根据权利要求5中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S33包括：
将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，旋转曲面顶点的z轴坐标为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程；
求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；
根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
7.根据权利要求6中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述S4包括：
S41、当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：
当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
S42、结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序。
8.一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至7所述方法。
9.一种异形换热管组装成为管束的系统，包括存储设备、处理器以及存储在存储设备中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实现如权利要求1至7所述方法。
10.一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述装置包括：
输入模块，用于输入参数，该参数包括设计图中异形换热管、支持板和管板的外形尺寸参数以及异形换热管在支持板和管板中的结构布局参数；
转换模块，与输入模块连接，用于根据输入的外形尺寸参数和结构布局参数，将设计图中的异形换热管、支持板、管板及结构布局从实体转化为数字化模型；
处理模块，同时与转换模块和输入模块连接，用于根据转换模块建立的数字化模型及输入模块输入的参数，判断每行异形换热管组装过程中各异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置；
分析模块，与处理模块连接，用于根据处理模块的干涉情况，分析出每行异形换热管合理的组装顺序；
执行模块，与分析模块连接，用于自下而上逐行将异形换热管与支持板和管板进行组装，每行内异形换热管按照分析模块分析出的顺序进行组装。
11.根据权利要求10中的一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述输入模块包括：对于不同管板装配的异形换热管进行分组，输入不同管板对应的异形换热管的编号、数量和外形参数，以及每个异形换热管分别在对应管板和支持板上的两套不同坐标系的坐标说明。
12.根据权利要求11中的一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述转换模块包括：
第一坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在支持板上的坐标说明转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O-xyz：定义未组装前的支持板平面为xOy面，O为支持板中心点，管束回转中心轴为z轴，z轴与xOy面的交点为点O；
第二坐标转换模块，与输入模块连接，用于将输入的异形换热管在管板上的坐标说明转换为x'O'y'面上所在的由x'轴和y'轴组成的数字坐标；
空间直角坐标系O'-x'y'z'：定义未组装前的管板平面为x'O'y'面，O'为管板中心，管板回转中心轴为z'轴，z'轴与x'O'y'面的交点为点O'；
转换关系获取模块，同时与第一坐标转换模块和第二坐标转换模块连接，用于获取各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系，该转换关系用于将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标；
所述数字化模型包括空间直角坐标系O-xyz、空间直角坐标系O'-x'y'z'及各管板x'O'y'面中数字坐标转换到xOy面中的转换关系。
13.根据权利要求12中的一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述转换关系获取模块中的转换关系包括：
根据各管板中心点O'与支持板中心点O的距离d以及O'–O相连形成的直线与空间直角坐标系O-xyz中y轴的夹角θ，分别确定平移距离和旋转角度；
所述平移距离用于对管板平面x'O'y中的数字坐标进行平移；
所述旋转角度用于对平移后的坐标进行旋转，将异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标。
14.根据权利要求10或13中的一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述处理模块包括：
旋转曲面获取模块，与输入模块连接，单根异形换热管以斜直段轴线外扩一倍异形换热管直径的外形线为母线，以其所穿入的管板孔中心为轴进行旋转形成旋转曲面；
轴线获取模块，与输入模块连接，用于获取与所述单根异形换热管相邻的异形换热管斜直段轴线；
干涉情况获取模块，同时与旋转曲面获取模块、轴线获取模块和转换模块连接，用于根据数字化模型，获取所述旋转曲面与所述相邻异形换热管斜直段轴线的相交情况，根据相交情况判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
15.根据权利要求14中的一种异形换热管组装成为管束的装置，其特征在于，所述干涉情况获取模块包括：
旋转曲面方程建立模块，用于将旋转曲面的中心轴平移到xOy面中对应位置，该位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，旋转曲面顶点的z轴坐标为异形换热管靠近管板侧的直段轴线与旋转曲面母线的交点位置，根据该数字坐标和异形换热管的参数求出旋转曲面方程；
轴线方程建立模块，用于求出所述相邻的异形换热管斜直段轴线的两端点的位置，端点一的位置靠近管板侧，其位置来自所述单根异形换热管在x'O'y'面中的数字坐标转换为xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近管板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置,端点二的位置靠近支持板侧，其位置来自于该端点在xOy面上所在的由x轴和y轴组成的数字坐标，z轴坐标来源于异形换热管靠近支持板侧的直段轴线与斜直段轴线的交点位置，根据两端点的位置坐标求出轴线方程；
求解模块，用于根据旋转曲面方程和轴线方程，计算所述旋转曲面与相邻异形换热管斜直段轴线的相交解，根据相交解判断所述单根异形换热管与相邻异形换热管是否干涉及干涉位置。
16.根据权利要求15中的一种异形换热管组装成为管束的方法，其特征在于，所述分析模块包括：
顺序判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均不干涉,则确定所述某异形换热管的组装顺序为最优先组装顺序：当某异形换热管仅与单侧相邻异形换热管干涉，则确定所述某异形换热管的组装顺序为次优先组装顺序，所述次优先组装顺序为所述某异形换热管，即：要优先于其相邻异形换热管；
特例判断模块，用于当某异形换热管与双侧相邻异形换热管均干涉，将其标记为特例异形换热管，组装时需要单独处理，不加入组装顺序中；
整理模块，同时与顺序判断模块和特例判断模块连接，结合不加入组装顺序、最优先组装顺序和次优先组装顺序的特例异形换热管，进行归纳和汇总，调整相应行异形换热管的组装顺序，确定出合理的组装顺序。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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