用于管道支撑设计的系统和方法技术方案

提供了管道应力分析系统（200）。管道应力分析系统（200）获得与一个或多个管道（702）相关联的管道数据，使用数学模型基于管道数据生成管道应力，基于管道应力获得数学系数，并使用数学系数生成一组更新的管道应力。该组更新的管道应力用于以时间和成本有效的方式设计管道（702）的支撑结构（701）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管道支撑设计的系统和方法本专利技术涉及基于诱导应力的估计来设计用于管道的支撑结构。通常在发电厂中用于管道布置的支撑结构包括动态夹具。图1图示目前技术水平的支撑结构100的透视图，该支撑结构100支撑管101。如图1中示出的，目前技术水平的支撑结构100包括标准动态夹具102，该标准动态夹具102通过一对支持构件103和104（称为支柱）被保持在管道101周围的位置中。已知这种支撑结构100在管道-耳轴接口105处诱导少量的应力。然而，这种支撑结构100的设计和制造是昂贵，费时且劳动密集的。可替代地，用于支撑结构的焊接附接几何结构对于本领域技术人员也是已知的。然而，这样的焊接几何结构会在管道附接界面中诱导大量应力，在设计支撑结构的时候，要求准确估计并考虑所述大量应力。本领域技术人员已知的用于估计用于管道的支撑结构中的诱导应力的常规方法和系统包括严格的有限元分析方法。有限元分析方法虽然准确，但仍要求根据具体情况来执行，由此导致昂贵且费时的估计诱导应力和设计支撑结构的过程。可替代地，使用诸如WRC-297（焊接研究理事会公告-297号）之类的方法来估计机械部件中的诱导应力。然而，这样的方法不能在较高的诱导应力水平下提供估计的准确性，由此导致不准确的估计，从而导致支撑结构的错误设计。因此，本专利技术的一个目的是提供一种管道应力分析系统和方法，该系统和方法准确地估计设计可靠的管道支撑结构所要求的诱导应力，而不增加消耗的成本和时间。本专利技术中公开的管道应力分析系统和方法通过以下来实现上述目的：基于使用常规统计模型估计的管道应力获得数学系数并基于数学系数更新这些管道应力，更新的管道应力被用于设计一个或多个管道的支撑结构。根据本专利技术，提供了一种管道应力分析系统。在本专利技术的一个方面中，管道应力分析系统被安装在用户设备上并且可由用户设备访问，该用户设备例如是个人计算设备、工作站、客户端设备、启用网络的计算设备、任何其他合适的计算装备、以及多台计算机装备的组合。在本专利技术的另一方面中，管道应力分析系统可在用户设备上下载和使用，并且被配置为基于网络的平台，例如，托管在服务器或服务器网络上的网站，和/或在云计算环境中实现。在本专利技术的又一方面中，管道应力分析系统包括非暂时性计算机可读存储介质和通信耦合到非暂时性计算机可读存储介质的至少一个处理器。如本文中使用的，“非暂时性计算机可读存储介质”指代除暂时性传播信号以外的所有计算机可读介质，例如，非易失性介质、易失性介质和传输介质。非暂时性计算机可读存储介质被配置为存储由管道应力分析系统的模块定义的计算机程序指令，所述管道应力分析系统包括例如数据接收模块、第一数学模型、第二数学模型和应力优化统计模型。处理器被配置为执行定义的计算机程序指令。数据接收模块获得与一个或多个管道相关联的管道数据。根据本专利技术的优选实施例，管道数据与发电厂的一个或多个管道相关联。在本专利技术的一个方面中，“管道数据”指代与要由支撑结构支撑的管道相关联的物理数据。在本专利技术的这个方面中，物理数据包括每个管道的外径、壁厚、长度和材料。在本专利技术的另一方面中，“管道数据”指代与支撑结构相关联的物理数据。在本专利技术的这个方面中，物理数据包括支撑结构的外径、壁厚、长度和材料。在本专利技术的这个方面中，支撑结构被配置为耳轴管。在本专利技术的又另一方面中，“管道数据”指代影响支撑结构和管道的外部因素。在本专利技术的这个方面中，外部因素包括施加在支撑结构上的机械负荷、施加在管道上的机械负荷、管道的内部压力以及管道的内部温度。根据本专利技术的实施例，数据接收模块从一个或多个外部源获得管道数据，所述外部源包括存储管道和仪表图、管道材料数据库、管道数据表、管道标准、管道代码等的仓库。根据本专利技术的实施例，管道应力分析系统包括用于存储所获得的管道数据的管道数据库。第一数学模型基于管道数据生成第一组管道应力。第一数学模型是基于物理的数值模型，例如，有限元分析模型。第一数学模型处理包括例如管道几何结构、管道材料、载荷等的多个组合的管道数据。第一数学模型生成第一组管道应力，其包括被设计用于支撑被处理组合中的每个的支撑结构所经历的膜应力和/或弯曲应力。膜应力是管道所经历的总应力的应力分量，所述管道即通常具有球形、圆柱形、圆锥形、椭圆形或这样的形状的复合物的形式的压力容器。当这样的容器的厚度与压力容器的其他尺寸相比较小时，该容器被称为膜，并且由包含在容器内的压力引起的相关联的应力被称为膜应力。这些膜应力是平均拉应力或压应力，并假定跨容器壁是均匀的，与表面相切进行作用。假定膜或壁不提供抗弯曲性。当壁提供抗弯曲性时，除了膜应力之外还会发生弯曲应力。第二数学模型基于管道数据生成第二组管道应力。第二数学模型是经验模型，例如WRC297（焊接研究理事会公告297号），其是用于应力计算——尤其是在支撑结构和支撑结构所支撑的管道的交界处周围的应力计算的参数化过程。根据本专利技术的优选实施例，第二数学模型处理的管道数据与第一数学模型已经处理的管道数据相同。即，管道数据包括例如管道几何结构、管道材料、载荷等的多个组合。第二数学模型生成第二组管道应力，该第二组管道应力包括被设计用于支撑被处理的组合中的每个的支撑结构所经历的膜应力和/或弯曲应力。应力优化统计模型包括系数生成模块和应力计算模块。应力优化统计模型是回归模型。系数生成模块基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数。所述数学系数包括至少一个数学常数。系数生成模块包括关系绘制模块和关系标识模块。关系绘制模块生成第一组管道应力和第二组管道应力的至少一个关系图。如本文所使用的，“关系图”指代各自表示膜应力和/或弯曲应力的多个数据点。在本专利技术的一个方面中，关系图包括第一数学模型和第二数学模型中的每一个生成的膜应力的图。在本专利技术的另一方面中，关系图包括第一数学模型和第二数学模型中的每一个生成的膜应力和弯曲一组应力合的图。关系标识模块在每个关系图中标识与第一组管道应力和第二组管道应力相关联的数据模式。关系标识模块通过如下来标识数据模式：确定每个关系图上的至少一个数据点，使得通过该数据点绘制的线容纳在该线下方的关系图上的其他数据点中的大多数。从数据模式（即线）的斜率和“Y”截距获得数学系数。根据本专利技术的优选实施例，管道应力分析系统包括系数数据库，该系数数据库将数学系数与第一组管道应力和第二组管道应力一起存储。应力计算模块使用数学系数生成一组更新的管道应力。一组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构。有利地，应力计算模块使用数学系数更新由第二数学模型生成的第二组管道应力。管道应力分析系统使用数学系数来优化应力，减以便少由于提供给数学模型的输入中的差异而引起的支撑结构的设计中的异常，并确保支撑结构设计的可靠性和安全性。本文中还公开的是一种用于通过使用以上描述的管道应力分析系统来确定管道的管道应力的方法。根据本文中公开的方法，数据接收模块获得与管道相关联的设计数据。如本文中使用的，“设计数据”指代与单个管道相关联的管道数据，即，代替多个管道几何结构、管道材料和管道载荷参数，设计数据包括与正设计的支撑结构所支撑的单个管道的几何结构、材料和载荷相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道应力分析系统（200），包括：/n-数据接收模块（201），被配置为获得与一个或多个管道相关联的管道数据；/n-第一数学模型（202），被配置为基于管道数据生成第一组管道应力；/n-第二数学模型（203），被配置为基于管道数据生成第二组管道应力；特征在于：/n-应力优化统计模型（204），包括：/n-系数生成模块（205），被配置为基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数；和/n-应力计算模块（206），被配置为使用数学系数生成一组更新的管道应力，其中，该组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构（701）。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180328 EP 18164568.01.一种管道应力分析系统（200），包括：
-数据接收模块（201），被配置为获得与一个或多个管道相关联的管道数据；
-第一数学模型（202），被配置为基于管道数据生成第一组管道应力；
-第二数学模型（203），被配置为基于管道数据生成第二组管道应力；特征在于：
-应力优化统计模型（204），包括：
-系数生成模块（205），被配置为基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数；和
-应力计算模块（206），被配置为使用数学系数生成一组更新的管道应力，其中，该组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构（701）。


2.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括与将由所述支撑结构（701）支撑的一个或多个管道（702）相关联的物理数据，其中，所述物理数据包括所述一个或多个管道（702）中的每一个的外径、壁厚、长度和材料。


3.根据权利要求1中的任一项所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括与所述支撑结构（701）相关联的物理数据，其中，所述物理数据包括所述支撑结构（701）的外径、壁厚、长度以及材料。


4.根据权利要求3所述的管道应力分析系统（200），其中，所述支撑结构（701）被配置为耳轴管。


5.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括影响所述支撑结构（701）和所述一个或多个管道（702）的外部因素，其中，所述外部因素包括施加在所述支撑结构（701）上的机械载荷，施加在所述一个或多个管道（702）上的机械载荷，所述一个或多个管道（702）的内部压力和一个或多个管道（702）的内部温度。


6.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述第一组管道应力和所述第二组管道应力各自包括由所述支撑结构（701）经历的膜应力和弯曲应力中的一个或多个。


7.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述系数生成模块（205）包括：
-关系绘制模块（205A），被配置为生成第一组管道...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·阿胡贾，K·阿拉瓦穆旦，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE