基本概念
管路是指液壓系統中傳輸工作流體的管道。
管路空調製冷系統管路設計
1前言
隨著先進制造技術的不斷湧現，空調製造業激烈的市場競爭呈現出與往不同的特點。提升產品的市場競爭力，縮短產品的生命周期，降低產品開發成本，豐富產品的品種等成為了各個空調廠家市場競爭的焦點。隨著國際國內市場的不斷擴大，各個空調廠家在某種型號的空調器上都必須匹配多種壓縮機，而隨之而來製冷系統管路的自主重新設計在以往傳統二維軟體如AU-TOCAD平台下存在著周期長，效率低，偏差大等缺點，所以目前已有很多廠家開始使用三維設計軟體進行空調製冷系統的設計。三維軟體以它形象生動的互動介面，高度參數化的設計理念，智慧型化的分析能力，特別以PRO/ENGINEER為例，擺脫了以往二維設計的枯燥、實體感和空間感不強的缺點，為高效高質開發提供了可能性。
2利用PRO/E對管路實體進行設計
PRO/ENGINEER提供了專用的管理設計模組PRO/Piping。根據已設計好的室外鈑金模型(圖1)，我們利用PRO/Piping功能進行空調室外管路設計(圖3)。傳統的管路設計方法主要是在實物上測量，然後反複製作配管樣品裝機校核，設計周期長。而使用PRO/Piping進行管路設計很好地解決了這一問題，由於其全參數的三維設計模式，使得工程開發人員在進行管路設計的時候，不但對管路的工藝性
管路同時由於零部件的高度通用化及標準化，加之壓縮機外觀的大同小異，我們可以利用PRO/ASSEMBLY的restructure對四通閥部件(圖2)進行重新構建,然後在SaveaCopy新建一個四通閥部件，接著利用MATE、ALIGN、INSERT、ORIGN等進行裝配。再修改管路的參數，很快就能初步構建好新的四通閥部件，這樣大大減少了前期對管路部件構思和設計的時間。這也是PRO/E高度參數化帶來的好處。
由於PRO/E在設計上有如上的特點，所以在縮短開發周期中，保證了設計質量的同時，也大大減少樣件的數量。這對開發成本的降低是很明顯的。同樣利用PRO/E的AssemblyMassProperties,可以通過輸入組件的材料密度後，得到體積、曲面面積和質量等數據(圖4)，這對於前期對管路部件進行成本預算是很有用的。特別是近期的原材料價格大幅度上漲，材料成本的控制成為了成本控制的一大環節。設計開發人員可以利用該功能在設計初期就對成本進行有效的控制。
3利用PRO/E對管路實體進行有限元分析
上面主要通過對PRO/ENGINEER在從機械方面對管路設計的作用進行探討，很明顯，其在管路的模型設計還有前期的成本控制、管路部件的合理定位、設計更改等都表現得尤為突出，是二維軟體不可同日而語的。而管路內部情況，振動情況怎樣呢？我們接著以管路分析為例，探討一下PRO/ENGINEER在功能模擬方面PRO/MECHANICA的思路。
圖5為PRO/MECHANICA對管路進行性能模擬的流程圖：
(1)通過PRO/E建立管路的幾何模型，這在前面我們已經講過。
(2)在PRO/M的登錄介面選擇模型的類型，PRO/M默認的類型為實體。我們通過PRO/E設計的管路一般都為實體。
(3)為模型設定特性，並非模型每個部分的特性都得設定得一樣，例如，在四通閥部件這個組件下面，我們可以把四通閥設定為黃銅，而其它管路則設定為紫銅。而對於管路的應力分析，則必須設定楊氏模數和泊松比等必要的參數PRO/M的軟體包里的資料庫有常規材料（如銅、鋁、鐵等等）的數據可供調用。確定模型的約束。如在應力分析中，可將某些確定的點，或者沿某一指定方向可自由移動的點設定為約束。PRO/CUSTOMLOADS進行自定義載荷輸入。
(4)當確定好模型的各個參數之後，接著可以用PRO/MESH自動生成管路的有限元格線。也就是它自動地將實體模型劃分成有限元素，以便有限元分析用，所有參數化應力和範圍條件可直接在實體模型上指定，即允許設計者定義參數化載荷和邊界條件，並自動生成四邊形或三角形實體格線。載荷、邊界條件與格線都直接與基礎設計模型相關聯，並能像設計時一樣進行互動式修改。
(5)通過PRO/M進行管路的有限元分析後，產生的數據可以通過其繪圖功能，用圖表表現出來。這可以讓我們更為清晰的連線管路各個部分的應力分布等情況，這為穩健式開發提供了開發基礎，為後期的更改提供了分析的依據。
(6)最後，我們應該重新檢討我們的分析得到的結果。軟體會根據分析得到的結果在模型上生動地表現出來，例如由於應力產生的形變等等。但是“FEAmakesagoodengineerbetterandapoorengineerdangerous”因為工程軟體內部運作比較複雜，如果僅僅依賴它來對管路進行確認，可能會離“危險邊緣“很近，不要忘了多年的工作經驗也是設計確認過程中一個很重要的因素。所以說利用PRO/M進行管路分析，除了需要一定的有限元知識外，還需要一定的工程知識。只有這樣才能充分地利用PRO/M。
4結論
採用PRO/ENGINEER三維軟體對空調製冷系統管路進行最佳化設計和有限元分析，使得開發的環境得到改善，從而提高了開發的效率和產品的質量。特別是它參數化的設計思想和強大的分析功能讓我們認識到對開發工具套用的全面提升，不但有著巨大的經濟效益，而且保持了我們工程設計人員持久的創新力和學習力。
熱水系統CAD管路設計
隨著我國國民經濟的發展和人民生活水平的提高，生活熱水系統在建築中的套用日趨廣泛，迫切需要熱水系統設計計算軟體。室內生活熱水系統按照循環方式可分為全循環管網、半循環管網和非循環管網。對於循環管網，其系統設計計算由熱力計算和水力計算組成，熱力計算部分非常繁瑣，設計人員進行手工計算難度較大。熱水系統計算繪圖一體化軟體在國內成型的產品很少，不能滿足設計單位的需求，對其進行開發具有研究價值和經濟效益。
管路對生活熱水系統進行設計計算的關鍵在於根據系統管路建立正確簡明的數據結構。以下介紹全循環、半循環、非循環熱水管網的管路結構：
全循環管網即所有配水乾管、立管和分支管都設有相應的回水管道，可保證配水管網任意點水溫的熱水管網。
半循環管網僅熱水乾管設有回水管路，只能保證乾管中的設計溫度的熱水管。
非循環管網即不設回水管路的熱水管網。
熱水管路枝狀、環狀管路的數據結構描述
上述三種熱水系統的管路可視為由配水管網與回水管網組成（非循環管網回水管路數為零），建立數據結構時，分別建立配水、回水管網的結點、管路結構。
結點的結構定義如下：
STRUCTRURE/POT/
INTEGER*2JD結點號
INTEGER*1JDNUM結點的度
INTEGER*2JDTT（4）結點的孩子數組
INTEGER*1SIGN配水結點與回水
結點的連線標記
INTEGER*1ID結點的遍歷標記
********結點的物理參數
管段的結構定義如下：
STRUCTURE/PIPE/
INTEGER*2JD1管段起始結點號
INTEGER*2JD2管段終止結點號
********管段的物理參數
配水管網結點和回水管網結點組成各自的枝狀結構，基於配水枝狀結構進行系統水力計算。對於循環系統，根據配水結點與回水結點的連線信息（POT.SIGN），將兩個枝狀結構組成一個環狀結構，完成兩個枝狀結構之間的數據傳遞。全循環系統和半循環系統在這種結構下的區別僅在於配水回水連線信息的不同，而循環計算是從配水回水連線點開始的，這樣無需輸入系統種類信息，程式就可以處理不同的循環方式了。對非循環系統，程式則僅對它進行配水計算。至此，熱水環路計算的數據結構就建立起來了。
系統水力熱力計算
計算所需的管路數據由設計者在平面設計繪圖中輸入，系統對管段進行自動處理，相交處自動斷管，生成結點，在設計過程中可隨時對管段結點的成員變數進行修改。
3.1配水管網水力計算
配水管網水力計算在於確定配水管網的管徑和水頭損失，覆核管網水壓是否滿足衛生器具的流出水頭的水壓要求。在本計算模型中，由配水結點捕捉各衛生器具和設備，得到流出水頭和流量（或當量），由枝狀結構完成各管路的流量、阻力計算，最後得出管段管徑和結點水壓。
3.2配水管網熱力計算
（1）給出初始參數由設計者給出加熱器出口水溫、最不利配水點水溫等初始參數，所有參數系統都設有默認值，設計者只需做局部修改，參數設定對話框如圖3所示。
（2）估算各結點水溫根據配水管網最大溫度降和各管段溫降因素M，由式（1）按比例估算各結點水溫：
式中，tn為n結點水溫；tn-1為n－1結點水溫；Mn為n管段溫降因素；ΔT為配水最大溫降；ΣM為溫降因素總和。
在本程式中先對最不利管路結點水溫進行計算，再由枝狀結構從已知結點水溫推算出其它支路結點水溫。
（3）計算配水管網熱損失由式（2）計算配水各管段熱損失W：
W=πDlk（1－η）（tm－tk）（kW）（2）
式中，D為管段外徑（m）；l為計算管段長度（m）；k為無保溫時管段傳熱係數（kW/m2.℃）；η為保溫係數；tm為計算管段平均水溫；tk為計算管段周圍的空氣溫度（℃）。
（4）計算循環流量由式（3）計算總循環流量：
Qx=ΣW/cΔT式中，Qx為總循環流量（kg/s）；ΣW為配水管路總熱損失（kW）；ΔT為配水最大溫降（℃）；c為水的比熱（kJ/kg.℃）。
利用枝狀結構各結點的孩子數組，根據如下原則分配各分支管的循環流量：
①從水加熱器後的第1個結點開始依次進行分配；
②對任一結點，分支管循環流量代數和為零；
③對任一結點，各分支管段的循環流量與其以後全部循環配水管道的熱損失之和成正比。
（5）計算循環水頭損失回水管管徑採用比相應配水管段管徑小兩號，根據式（4）計算循環水頭損失H：H=ΣRl+Σζv2r/2g（4）式中，R為單位長度沿程水頭損失（Pa/m）；l為管段長度（m）；ζ為局阻係數；v為水循環流速（m/s）；r為水密度（kg/m3）；g為重力加速度（m/s2）。
對於式中的局阻係數，本程式由管段枝狀結構判斷彎頭、三通、四通；根據平面輸入信息得到各種管道附屬檔案位置管徑，計算它們的局阻係數。
生成計算書，並將計算結果返回平面圖
計算結束後，系統生成三個文檔，分別記錄計算的原始數據、計算結果和計算草圖。計算結果包括管網各管道管徑、結點水溫、結點壓頭、系統配水量、配水系統所需配水壓頭、循環水量、循環系統水頭損失等數據。計算草圖中對所有管段進行了編號，可以根據它查詢文檔中對應管段的各個數據。計算結果樣式見圖4。
計算結果自動返回平面圖，在施工圖中可進行自動標註。
本文所述程式為PKPM系列給排水軟體（wpm）的一個模組，已經在數百家單位中使用並得到了良好的反響。
農村家用沼氣管路設計規範
適用範圍
本規範適用於家用沼氣池的管路系統。
1一般規定
1.1農村家用沼氣池的管路系統應符合穩固、耐用、氣密性能可靠、操作方便以及使用安全的原則。設計時除應遵守本規範處，還應符合GB3606—83《家用沼氣灶》以及當地消防和衛生條例。
1.2水壓式沼氣池應採取一定的穩壓措施。在設備條件不具備時，可暫用閥調節壓力。
1.3本規範室外管路應彩硬管地埋。室內管路為硬管明敷。不具備條件使用硬管的地方可使用塑膠軟管，但不得使用再生塑膠管。
2管材和管件
2.1管材
2.1.1農村家用沼氣池的管路材料，應使用聚氯乙烯管（包括紅泥塑膠）或抗氧性能良好的聚乙烯管為基本管材。
2.1.2管材的選用室外管路應結合當地氣溫條件，一般地區採取聚氯乙烯管，嚴寒地區應採用聚乙烯管。室內管路一律採用聚氯乙烯管。
2.2管件
2.2.1硬管管件
2.2.1.1聚氯乙烯硬管及聚乙烯管的管件均採用端部為承口的注塑管件。承口尺寸：承口內徑為管子外徑加0.05～0.2mm；承口長度（L）為管子外徑（D）的一半加6mm，即L=0.5D+6mm。
2.2.1.2聚氯乙烯硬管及聚乙烯管是管路中經常需要拆裝或定期更換的部件，該拆裝端應是注塑內螺紋承口或裝有彈性密封環的承口。
2.2.2軟管管件
2.2.2.1軟管管件均採用帶有密封節的管件，各端密閉節的個數不得少於3個。節的間距為5mm，管件內徑（d’）應是管材內徑（d）減去2mm，即d’=d－2mm。
2.2.2.3管塞
硬管和軟管的管塞均採用一般使用的橡皮塞。
管路連線
3.1聚氯乙烯硬管管路的連線採用承插式膠粘連線。
3.2聚乙烯管路的連線採用承插式熱熔連線。
3.3聚氯乙烯硬管或聚乙烯管與膠皮管的連線採用套接，並應緊固牢靠。
3.4聚乙烯管與聚氯乙烯管的連線以及需要拆裝檢修的部件，應採用螺紋連線或彈性連線（承口內裝有密封環）。
3.5紅泥塑膠管路聚氯乙烯軟管管路的連線採用套接，並由鐵絲紮緊。
3.6聚氯乙烯硬管與燃具（灶和燈）、流量表、U型壓力計等的連線，應通過膠皮管進行套接。並用細鐵絲將接口紮緊。
室外管路
4.1地面下埋設深度應在冰凍線以下，並不得小4.2管路應設有不小於1%的坡度，並向凝水器方向落水。
4.3管路穿越有重車通行的道路時，應敷設在保護管路的涵管內。
4.4沼氣管路與其他地下管道相交或平行時至少應有10cm的淨距。
室內管路
5.1管路的布置應外觀整齊，便於操作和維修，並避免敷設在陽光照射、高溫、冰凍和易受外力衝擊的地方。
5.2管路應沿牆或梁按明管方式敷設，不得騰空懸掛。
5.3管路應牢固地固定在耐燃的構築物上，固定支點的間距規定如下：
5.3.1立管上應不超過1m。
5.3.2不平管上固定支點間距：聚氯乙烯硬管小於0.8m，紅泥塑膠管和聚氯乙烯軟管小於0.5m。
5.4管路坡度
水平管段的坡度應不小於0.5%，並向立管方向落水。
5.5管路從室外地下引入室內的外牆穿孔，在管頂上方應保留有5cm以上的空隙。
5.6立管距離煙囪應不小於50cm。連線灶具的水平管段應低於灶面5cm。
5.7管路距離煙囪應不小於50cm。距離電線不小於10cm。
5.8裝置高度
5.8.1灶面距離地面一般為0.8m。燈距地面為2m。
5.8.2中2中間開關距離地面1.45m。
5.8.3U型壓力計開關距離地面1.25m。
5.8.4貯氣袋擱板距離地面應不小於1.9m，並不得安放在灶具的上主。
5.8.5沼氣燈與易燃構築物的距離不得小於1m。
管路允許壓力降
6.1使用氣袋貯氣時，管路允許壓力降為20mmH2O。
6.2使用濕式貯氣裝置時，管路允許壓力降為40mmH2O。
6.3水壓式池的管路，灶具額定壓力為80mmH2O，管路允許壓力降為220mmH2O，灶具額定壓力為160mmH2O時，管路允許壓力降為140mmH2O。
管路口徑和管路長度
7.1聚氯乙烯硬管和聚乙烯管的管路。
7.1.1使用濕式貯氣裝置時地下管的最小外徑：在土質良好的地點為20mm，土質較差時為25mm。室內管路外徑為12mm。
7.1.1.1使用濕式貯氣裝置的室外管路，長度自貯氣罩至外牆引入點不應超過30m；引入點至最遠燃具的室內管路長度按安裝二灶一燈設計，不應超過6m。
7.1.1.2使用氣袋貯氣的管路，當氣袋設定在室內時，室外管路的長度不加限制，但直段管路長度超過30m時應設溫度補償裝置；氣袋出口至灶前的室內管路長度安裝二灶設計，不應超過3m；室內管外徑為20mm時，長度可不受此限制。
7.1.1.3水壓式池的管路長度：室外管路一般應控制在25m以內，最長不宜超過45m。引入點至最遠燃具的室內管長度不宜超過10m。
7.2紅泥塑膠管和聚氯乙燃軟管的管路
7.2.1灶具額定壓力為80mmH2O時，從水壓式沼氣池至灶前的管路管徑和管路允許長度如下：
7.2.1.1內徑8mm或10mm（二灶），管路長度應不超過25m。
7.2.1.2內徑10mm或12mm（二灶），管路長度可為25~50m。
7.2.2灶具額定壓力為160mmH2O時，從水壓式沼氣池至灶前的管路管徑和管路允許長度如下：
內徑10mm或12mm（二灶），管路長可為30~50m。
7.2.3水壓式沼氣池的導氣管內徑應與管路內徑相同，並應選用耐蝕材質。
管路排水
8.1凝水器
8.1.1地下管坡度的最低點設定凝水器。
8.1.1.1當採用低壓凝水器時，凝水器的抽水管下端應成450的坡口，並與凝水器底保持有20mm的間隙，便於凝水器中積水，通過抽水管從排水井排出。
8.1.1.2當採用自動排水裝置時，U形管長應大於壓力表“U”形管5cm，排水壓力小於正常產氣壓力。排水口露出地面。
8.1.2室內水平管段的坡腳或直立管的下端可裝積水瓶或留有長10cm的存水段。
8.2排水井
排水井的位置應選擇在操作方便、不被堆沒的地方。排水井的蓋應與地面平齊。
閥（開關）
9.1沼氣管路上的開關應採用易識別開關狀況的快開閥，分中間閥和終端閥二種類型。
9.2閥應選用氣密性能可靠、經久耐用並通過鑑定的產品，閥孔孔徑應不小於5mm。
9.3下列位置應設定操作閥：
9.3.1燃具膠皮管的前端（終端閥）。
9.3.2水壓式池的U形壓力計的前側（終端閥）。
9.3.3貯氣袋進氣側的室內管路和沼氣燈的分支立管（中間閥）。
9.3.4集的罩沼氣池、分離工沼氣池的輸氣管路起點（中間閥）。
管路氣密性和壓降試驗
10.1管路投入運行前，應進行氣密性試驗。試驗時用空氣作介質，試驗壓力對有貯氣裝置的管路為管路工作壓力（即貯氣壓力）的二倍，不壓式池為1000mmH2O、以保持5minU形壓力計讀數不變為合格。
10.2水壓式池應進行壓降試驗。以灶前壓力達到灶具額定壓力時，管路起點壓力不超過300mmH2O為標準。設有貯氣裝置的池子，須校驗貯氣壓力：濕式貯氣裝置應高於灶具額定壓力40mmH2O；乾式貯氣裝置（氣袋）應高於灶具額定壓力20mmH2O。
