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浅论换热器管板管孔排布算法

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浅论换热器圆形管板布管算法

基于AutoCAD的VBA的算法例程

内容摘要：本文介绍了换热器设计中圆形管板布管过程的相关算法及基于AutoCAD的VBA的一个算法例程。

关键词：AutoCAD VBA 布管 算法 例程

我从事换热器的设计工作。在对换热器进行设计的时候需要对换热管进行布管。而换热管的布置对换热器的性能计算和强度计算均有关系，其在性能试算中需要进行多次反复，如果手工布管不仅耗费大量的时间也影响工作效率。因为工作需要，我对换热管布管的算法进行了思考和设计。为了方便下一步的绘制工作，算法的实现基于AutoCAD的VBA。这样，布管的成果可以直接应用到图纸中去。

现今的计算机工业设计软件已经有了许多用于布管的程序，并且大型的设计系统也包括有布管的部分。但对于只需要布管运算的低端应用，在AutoCAD上的扩展程序并不多见。现有的扩展程序在绘制图形时都会自动生成相应的线形图层。这不仅使得图层繁复，打印容易出错，而且每个人都有自己的图层使用习惯，程序生成的图形可能会与使用者的原图纸图样显得格格不入。基于这样现状，我决定按照自己的算法写一个例程。这个例程不创建新的图层，而是由使用者来选择已有的图层进行图样的绘制。

程序所使用的术语

中心孔位置：最接近布管圆圆心的管孔的横向位置，分为跨中和居中两种。

中心管纵向间距：由垂直直径分开的管孔间距，如果为0，则表示垂直直径上可以布管。

中心管横向间距：由水平直径分开的管孔间距，如果为0，则表示水平直径上可以布管。

目标平台的选择

对于直接在AutoCAD上进行的二次开发，其所使用的语言有AutoLisp和VBA之分。AutoLisp是AutoDesk公司自家开发的语言，比VBA更接近AutoCAD系统，更能发挥AutoCAD的功能。但VBA也有自己的优势，它的数据种类多于AutoLisp，而且VBA语言对对话框的设计能力比AutoLisp强大。

综合考虑之后，我决定使用VBA来编写算法例程。

算法思路

对于布管的算法，程序需要进行的运算主要是确定管孔的位置和对于布管区域的限制。我的想法是由简入繁，先按照管孔大小和管间距，以及布管特征在布管圆所在的外接正方形内进行布管。然后再依照布管圆对所有的管孔进行裁减。这样的算法在思路上比较清晰。将管孔是否存在的检验运算和它的位置运算分开进行，会使得计算更加明了，运算的数量也将会少些。 2 / 9

在绘制图样时，由使用者来选择各种线形所在的图层，而不是自动生成所需的线形图层更能符合使用者的图层使用习惯，方便使用者管理图层和使用已有的图纸模版。这样可以加强程序的亲和力和易用性，并且就代码而言，实现起来并不复杂。

算法例程代码及解释

根据布管所需的数据确定窗口界面的布局和样式（窗口见附图[1]）。在窗口中添加了“线条设置”一栏，通过两个下拉列表框让使用者选择绘图时所要用到的中心线和轮廓线的图层。这个设置可以使得图形符合使用者的图层使用习惯。

在窗口载入的时候需要进行初始化设置，具体代码如下：

Private Sub UserForm_Initialize()

' 相应的初始化

排布方式.Clear

排布方式.AddItem "三角排列", 0

排布方式.AddItem "正方排列", 1

排布方式.ListIndex = 0

中心孔位置.Clear

中心孔位置.AddItem "跨中", 0

中心孔位置.AddItem "居中", 1

中心孔位置.ListIndex = 0

Dim i As Integer

中心线图层.Clear

轮廓线图层.Clear

For i = 0 To yers.Count - 1

中心线图层.AddItem yers.Item(i).Name, i

轮廓线图层.AddItem yers.Item(i).Name, i

Next

End Sub

通过对yers属性的操作，可以得到当前AutoCAD图形的图层设置信息，并将此信息(图层的名字)添加到下拉列表框中。当改变下拉列表框的选择后，就可以使用如下代码对图层进行选择：

ThisDrawing.ActiveLayer = yers.Item(中心线图层.ListIndex)

当使用者填入所有信息后，就可以单击“开始绘图”按钮进行图样的绘制，当绘制完成后，布管的数量将会在窗口界面左下的信息框里显示出来（未布管前显示：待排管）。

在整个布管及绘制图样的流程中，主要有这四个主要步骤：

1.）进行数据检查

对用户输入的数据进行合法性和合理性的检查，比如输入的数据均需为正，且管间距需大于管孔直径、布管圆直径需大于管孔直径等等。如果数据不正确或不合 3 / 9

理将提醒用户进行改进。

此处也可以根据相关标准对数据进行检查，比如根据GB151，管间距推荐为管孔直径的1.25倍等。

2.）定义相应数据结构

Type FPoint

X as double

Y as double

End type

Dim number As Integer ’记录管孔数量的变量

Dim 纵向最大管数 As Integer

Dim 横向最大管数 As Integer

If 排布方式.ListIndex = 0 Then

'三角排布

纵向最大管数 = CInt((CDbl(布管圆直径.Text) / 2 – CDbl(_

中心管纵向间距.Text) / 2) / ((CDbl(管间距.Text)) / 2_

)* Tan(Pi / 3))

Else

'正方排布

纵向最大管数 = CInt((CDbl(布管圆直径.Text) / 2 - CDbl(_

中心管纵向间距.Text) / 2) / CDbl(管间距.Text))

End If

横向最大管数 = CInt((CDbl(布管圆直径.Text) / 2 - CDbl(中心管横向间距.Text) / 2) / CDbl(管间距.Text))

ReDim 管孔位置(0 To 纵向最大管数 - 1, 0 To 横向最大管数 - 1) As FPoint

ReDim 管孔存在(0 To 纵向最大管数 - 1, 0 To 横向最大管数 - 1) As Boolean

首先定义的是点的数据类型（FPoint），然后根据排管方式确定最大的横、纵向排管数量，因为算法例程为横、纵对称，故只计算四分之一的区域即可。然后根据最大的排管数量定义两个二维数组（“管孔位置”和“管孔存在”）。管孔位置数组记录管孔相对于布管圆中心的偏移。管孔存在记录这个管孔是否需要被裁减。

3.）布管

'排管流程

If 排布方式.ListIndex = 0 And 中心孔位置.ListIndex = 0 Then

'三角排列 跨中

For i = 0 To 纵向最大管数 - 1

For j = 0 To 横向最大管数 - 1

If i Mod 2 = 0 Then

'奇数排 4 / 9

管孔位置(i, j).x = CDbl(中心管横向间距.Text) / 2 + j * CDbl(_

管间距.Text) + CDbl(管间距.Text) / 2

Else

'偶数排

管孔位置(i, j).x = CDbl(中心管横向间距.Text) / 2 + j * CDbl(_

管间距.Text)

End If

管孔位置(i, j).y = CDbl(中心管纵向间距.Text) / 2 + i * (CDbl(_

管间距.Text) / 2) * Tan(Pi / 3)

Next

Next

ElseIf 排布方式.ListIndex = 0 And 中心孔位置.ListIndex = 1 Then

'三角排列 居中

For i = 0 To 纵向最大管数 - 1

For j = 0 To 横向最大管数 - 1

If i Mod 2 = 0 Then

'奇数排

管孔位置(i, j).x = CDbl(中心管横向间距.Text) / 2 + j * CDbl(_

管间距.Text)

Else

'偶数排

管孔位置(i, j).x = CDbl(中心管横向间距.Text) / 2 + j * CDbl(_

管间距.Text) + CDbl(管间距.Text) / 2

End If

管孔位置(i, j).y = CDbl(中心管纵向间距.Text) / 2 + i * (CDbl(_

管间距.Text) / 2) * Tan(Pi / 3)

Next

Next

ElseIf 排布方式.ListIndex = 1 And 中心孔位置.ListIndex = 0 Then

'正方排列 跨中

For i = 0 To 纵向最大管数 - 1

For j = 0 To 横向最大管数 - 1

管孔位置(i, j).x = CDbl(中心管横向间距.Text) / 2 + j * CDbl(_

管间距.Text) + CDbl(管间距.Text) / 2

管孔位置(i, j).y = CDbl(中心管纵向间距.Text) / 2 + i * CDbl(_

管间距.Text)

Next

Next

ElseIf 排布方式.ListIndex = 1 And 中心孔位置.ListIndex = 1 Then

'正方排列 居中

For i = 0 To 纵向最大管数 - 1

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浅论换热器管板管孔排布算法

浅论换热器管板管孔排布算法

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浅论换热器圆形管板布管算法

基于AutoCAD的VBA的算法例程

内容摘要：本文介绍了换热器设计中圆形管板布管过程的相关算法及基于AutoCAD的VBA的一个算法例程。

关键词：AutoCAD VBA 布管 算法 例程

我从事换热器的设计工作。在对换热器进行设计的时候需要对换热管进行布管。而换热管的布置对换热器的性能计算和强度计算均有关系，其在性能试算中需要进行多次反复，如果手工布管不仅耗费大量的时间也影响工作效率。因为工作需要，我对换热管布管的算法进行了思考和设计。为了方便下一步的绘制工作，算法的实现基于AutoCAD的VBA。这样，布管的成果可以直接应用到图纸中去。

现今的计算机工业设计软件已经有了许多用于布管的程序，并且大型的设计系统也包括有布管的部分。但对于只需要布管运算的低端应用，在AutoCAD上的扩展程序并不多见。现有的扩展程序在绘制图形时都会自动生成相应的线形图层。这不仅使得图层繁复，打印容易出错，而且每个人都有自己的图层使用习惯，程序生成的图形可能会与使用者的原图纸图样显得格格不入。基于这样现状，我决定按照自己的算法写一个例程。这个例程不创建新的图层，而是由使用者来选择已有的图层进行图样的绘制。

程序所使用的术语

中心孔位置：最接近布管圆圆心的管孔的横向位置，分为跨中和居中两种。

中心管纵向间距：由垂直直径分开的管孔间距，如果为0，则表示垂直直径上可以布管。

中心管横向间距：由水平直径分开的管孔间距，如果为0，则表示水平直径上可以布管。

目标平台的选择

对于直接在AutoCAD上进行的二次开发，其所使用的语言有AutoLisp和VBA之分。AutoLisp是AutoDesk公司自家开发的语言，比VBA更接近AutoCAD系统，更能发挥AutoCAD的功能。但VBA也有自己的优势，它的数据种类多于AutoLisp，而且VBA语言对对话框的设计能力比AutoLisp强大。

换热管管板管孔相邻管孔中心距允许偏差

换热管管板管孔相邻管孔中心距允许偏差

换热管管板管孔相邻管孔中心距允许偏差

换热管管板管孔相邻管孔中心距允许偏差，这个话题一听名字就让人有点头大。你别看这字眼复杂，其实它说的是一个非常“接地气”的问题——管子和管子之间的距离，能不能有点小“瑕疵”？这个距离一旦不对了，后面的安装、使用甚至维修都会麻烦得很。想象一下，你去装一排管子，结果管子排不齐，就像你和朋友拍合照，前排站得太近，后排的朋友就被挡住了，照片怎么能好看？

说到这里，你可能会好奇，这个允许偏差到底有多“宽松”？允许偏差就是指，在设计的管孔中心距和实际制造的管孔中心距之间，允许有一定的差距。这个偏差得控制得当，太大了就容易出现管子间隙不合适，导致后期问题层出不穷。你可以把它想象成做饭时放盐，太多了咸得吃不下，太少了又淡得没味，这个量得恰到好处。管孔的中心距也就是这么个理儿，稍微多点、少点都不行，得找个“黄金比例”。

有些人可能觉得，这不就是几毫米的事嘛，能有多大影响？告诉你，问题可不小！如果相邻管孔的距离偏差过大，就会造成管子之间的“挤压”或者“松散”。这种情况最容易发生在管板的加工和装配过程中，毕竟任何一个小小的误差，都会在最后的使用中放大。你想，管板一旦加工错了，那些换热管可就不听话了，可能一个个都排得歪七扭八的，甚至影响整个设备的工作效率。换句话说，差不多就行了，但差得太多，后果可就不堪设想了。

有的朋友听到这里，可能会忍不住说：“哎呀，这不就是管子嘛，咋这么麻烦？”但换热管的设计和制造可不像你想的那么简单。这里面有好多技术原理和标准规定。举个例子，咱们常常提到的“热交换”，其实就是让热量从一个流体传递到另一个流体，而这个过程需要管道精确的配置才能顺利进行。管子之间的距离如果不标准，热交换的效率

就会大打折扣。也就是，你本来能省下一桶油的钱，结果因为这个“偏差”浪费了不少能源，岂不是得不偿失？

咱们讲究的可不单单是效率，安全也是一个很重要的因素。试想，如果相邻的管孔中心距有偏差，导致管子不够稳固，一旦出现震动、摩擦，管道就有可能损坏，甚至会引发更严重的事故。更别提换热器工作时，温度差、压力差什么的，一不小心就可能影响整个设备的运转。所以，换热管的管孔中心距，偏差不能大，不能大，真不能大！这不是一句玩笑话，很多时候，甚至是生命安全的问题。

换热器的管道布置

换热器的管道布置

换热器的管道布置

一?列管式换热器管道布置

以列管式换热器为例进行讨论，其他换热器与之类同。

虽然列管式换热器已有标准系列，其基本结构都已确定，但管口大小、位置和安装结构是由工艺设计根据化工计算和管道布置要求来决定的。离心泵入口弯管和异径管布置见图7—7。图7—8是离心泵的配管图，虚线表示另一种接法。在泵上方不布置管道有利于泵的检修，吸人管转弯向上(亦可转向侧面)不妨碍拆卸叶轮。

合适的流动方向和管口布置能简化和改善管道布置的质量。图7—9(a)、(c)、(e)为习惯流向的布置，在该图所示的场合是不合理的；图7—9(b)、?(d)、?(f)则是改变了流动方向的合理布置。

图7—9(a)改成图7—9(b)简化了塔到冷凝器的大口径管道，节约了二个弯头和相应的管道。图7—9(c)改成图7—9(d)消除了泵吸人管道上的气袋，节约了四个弯头、一个排液阀和一个放空阀，缩短了管道，同时也大大改善了吸入条件。图7—9(e)改成图7—9(f)缩短了管道，使流体的流动方向更为合理。

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换热管布置方式

换热管布置方式

换热管布置方式

换热管布置方式是指在换热器中，换热管的布置方式，这直接影响着换热器的换热效果和性能。换热管的布置方式主要包括并行布置、串联布置、交叉布置和混合布置等几种方式。不同的布置方式适用于不同的换热器和工况条件，下面我们将逐一介绍这些布置方式及其特点。

首先是并行布置方式，换热管在并行布置方式下是平行排列的，流体分别在换热管内流动，这种布置方式适用于换热器面积有限，要求流体流速大的情况下，换热效果比较好。并行布置方式有助于减小换热器的体积，提高换热效率，但是需要考虑换热器的流体分布和管束的维护。

其次是串联布置方式，换热管在串联布置方式下是依次连接的，流体分别在换热管内流动，这种布置方式适用于流体温差较大，需要多级换热的情况下，能够实现流体温度的逐级降低或升高。串联布置方式的换热器结构简单，易于维护，但是存在换热器体积大、换热效率较低的缺点。

接着是交叉布置方式，换热管在交叉布置方式下是交叉排列的，流体在换热管内交叉流动，这种布置方式适用于换热器的换热效果要求高、流体温差较小的情况下，能够有效提高换热效率和换热器的热传递性能。交叉布置方式有利于增加流体的湍流程度，减小热阻，提高换热效果，但是也增加了换热器的制造成本。

最后是混合布置方式，换热管在混合布置方式下是并行和串联布置的混合，流体在换热器内交叉流动，这种布置方式适用于换热器面积有限，流体温差较大，换热效果要求高的情况下，能够综合并行和串联布置的优点，达到换热器的最佳性能。混合布置方式的换热器结构复杂，需要综合考虑流体的流动状况和换热器的热传递特性，但是能够实现较高的换热效率。

换热管的布置方式是换热器设计中的重要参数，不同的布置方式适用于不同的换热器和工况条件，设计者需要根据实际情况综合考虑换热器的换热效果、热传递性能和制造成本，选择合适的换热管布置方式，以实现换热器的最佳性能和效果。换热管布置方式的选择直接影响换热器的换热效果和热传递性能，设计者在换热器设计中需要认真研究和分析，确保换热器的性能达到设计要求。