(57)【要約】  本発明で提供されるのは配管応力解析システム（２００）である。配管応力解析システム（２００）により、１つ以上のパイプ（７０２）に関連付けられた配管データが取得され、数学モデルを使用し、配管データに基づいて配管応力が生成され、配管応力に基づいて数学的係数が取得され、数学的係数を使用して、更新された配管応力集合が生成される。更新された配管応力集合は、パイプ（７０２）についての支持構造体（７０１）を設計するために、時間およびコスト的に効率的に使用される。
2021518949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のパイプに関連付けられた配管データを取得するように構成されたデータ受信モジュール（２０１）と、
前記配管データに基づいて配管応力第１集合を生成するように構成された第１数学モデル（２０２）と、
前記配管データに基づいて配管応力第２集合を生成するように構成された第２数学モデル（２０３）と、
応力最適化統計モデル（２０４）と、
を有し、
前記応力最適化統計モデル（２０４）は、
前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合に基づいて、数学的係数を取得するように構成された係数生成モジュール（２０５）と、
前記数学的係数を使用して、更新された配管応力集合を生成するように構成された応力計算モジュール（２０６）と、
を有し、
前記更新された配管応力集合は、１つ以上の前記パイプについての支持構造体（７０１）を設計するために使用される、
配管応力解析システム（２００）。
【請求項２】
前記配管データには、前記支持構造体（７０１）によって支持される１つ以上のパイプ（７０２）に関連付けられた物理データが含まれ、前記物理データには、１つ以上のパイプ（７０２）のそれぞれの外径、壁厚、長さおよび材料が含まれる、請求項１記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項３】
前記配管データには、前記支持構造体（７０１）に関連付けられた物理データが含まれ、前記物理データには、前記支持構造体（７０１）の外径、壁厚、長さおよび材料が含まれる、請求項１または２記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項４】
前記支持構造体（７０１）は、トラニオンパイプとして構成されている、請求項３記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項５】
前記配管データには、前記支持構造体（７０１）および１つ以上の前記パイプ（７０２）に影響を及ぼす外的要因が含まれ、前記外的要因には、前記支持構造体（７０１）に作用する機械負荷、前記１つ以上のパイプ（７０２）に作用する機械負荷、前記１つ以上のパイプ（７０２）の内部圧力、および前記１つ以上のパイプ（７０２）の内部温度が含まれる、請求項１から３までのいずれか１項記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項６】
前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合にはそれぞれ、前記支持構造体（７０１）が受ける、膜応力および曲げ応力のうちの１つ以上が含まれる、請求項１記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項７】
前記係数生成モジュール（２０５）は、
前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合の少なくとも１つの関係プロット（６００Ａ、６００Ｂ）を生成するように構成された関係プロッティングモジュール（２０５Ａ）と、
前記少なくとも１つの関係プロット（６００Ａ、６００Ｂ）において、前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合に関連付けられたデータパターンを識別するように構成された関係識別モジュール（２０５Ｂ）と、
を有する、請求項１記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項８】
さらに前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合と併せて、前記数学的係数を格納するように構成された係数データベース（２０７）を有する、請求項１記載の配管応力解析システム（２００）。
【請求項９】
請求項１から８記載の配管応力解析システム（２００）を使用することにより、パイプ（７０２）についての配管応力を特定する方法であって、
前記配管応力解析システム（２００）の前記データ受信モジュール（２０１）により、前記パイプ（７０２）に関連付けられた設計データを取得するステップと、
前記配管応力解析システム（２００）の前記第２数学モデル（２０３）により、前記設計データに基づいて初期配管応力を生成するステップと、
前記配管応力解析システム（２００）の前記係数生成モジュール（２０５）により、前記初期配管応力に基づき、前記係数データベース（２０７）から前記数学的係数を取得するステップと、
前記配管応力解析システム（２００）の前記応力計算モジュール（２０６）により、前記初期配管応力および前記数学的係数を使用して、更新された配管応力を生成するステップと、
を含み、
前記更新された配管応力集合は、前記パイプ（７０２）の支持構造体（７０１）を設計するために使用される、
方法。
【請求項１０】
前記配管応力解析システム（２００）の前記応力計算モジュール（２０６）により、あらかじめ定められた応力範囲に基づき、前記更新された配管応力を妥当性検査するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上のパイプ（７０２）についての配管応力を解析する方法であって、
１つ以上の前記パイプ（７０２）に関連付けられた配管データを取得するステップと、
第１数学モデル（２０２）により、前記配管データに基づき、少なくとも１つの配管応力第１集合を生成するステップと、
第２数学モデル（２０３）により、前記配管データに基づき、少なくとも１つの配管応力第２集合を生成するステップと、
前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合に基づき、数学的係数を取得するステップと、
前記数学的係数を使用して、更新された配管応力集合を生成するステップと、
を含み、
前記更新された配管応力集合は、１つ以上のパイプ（７０２）についての支持構造体（７０１）を設計するために使用される、
方法。
【請求項１２】
前記数学的係数の取得するステップは、
前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合の少なくとも１つの関係プロット（６００Ａ、６００Ｂ）を生成するステップと、
少なくとも１つの前記関係プロット（６００Ａ、６００Ｂ）において、前記配管応力第１集合および前記配管応力第２集合に関連付けられたデータパターンを識別するステップと、
を含む、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導応力の推定に基づく、配管のための支持構造体の設計に関する。
【０００２】
発電所において一般に配管設備に使用される支持構造体には、ダイナミッククランプが含まれる。図１には、パイプ１０１を支持する、従来技術の支持構造体１００の斜視図が示されている。図１に示されているように、従来技術の支持構造体１００は、ストラットとして公知の一対の支持部材１０３および１０４によってパイプ１０１の周りの位置に支持される標準ダイナミッククランプ１０２を有する。このような支持構造体１００は、パイプ・トラニオンインタフェース１０５において、誘導される応力の量が少ないことが知られている。しかしながらこのような支持構造体１００の設計および製造には、コストがかかり、時間を消費し、また大きな労働力を要する。択一的には、当業者には支持構造体用の溶接付属物幾何学形状も公知である。しかしながらこのような溶接幾何学形状は、パイプ付属物インタフェースに大量の応力を誘導し、これら応力は、支持構造体を設計する間に正確に推定されかつ考慮される必要がある。
【０００３】
配管用支持構造体における誘導応力を推定するための、当業者に公知の慣用の方法およびシステムには、正確な有限要素解析法が含まれる。有限要素解析法は、正確ではあるが、事例ベースに実行しなければならず、したがって結果的に、誘導応力の推定および支持構造体の設計にはコストがかかりかつ時間を消費する処理になってしまう。択一的には、ＷＲＣ−２９７（Welding research council bulletin no. -297）のような方法が、機械構成要素における誘導応力の推定に使用される。しかしながらこれらの方法は、より高い誘導応力レベルにおける推定の正確さを提供することができず、したがって、結果的に、支持構造体の誤った設計に結び付く不正確な推定になってしまう。
【０００４】
したがって本発明の目的は、コストおよび消費される時間を増大させることなく、信頼性の高い配管支持構造体を設計するのに必要な、誘導応力を正確に推定する配管応力解析システムおよび方法を提供することである。
【０００５】
本発明で開示される配管応力解析システムおよび方法により、慣用の統計モデルを使用して推定される配管応力に基づいて数学的係数(mathematical co-efficients)が取得され、この数学的係数に基づいて配管応力が更新され、更新された配管応力が、１つ以上のパイプについての支持構造体を設計するために使用されることによって上述の目的が達成される。
【０００６】
本発明によれば、配管応力解析システムが提供される。この配管応力解析システムは、本発明の一態様において、ユーザデバイス、例えばパーソナルコンピューティングデバイス、ワークステーション、クライアントデバイス、ネットワーク対応コンピューティングデバイス、任意の他の適切な計算設備、および計算設備の複数の部分の組み合わせにインストールされまたこれらによってアクセス可能である。本発明の別の一態様において、配管応力解析システムは、ユーザデバイスにダウンロード可能であり、またユーザデバイスにおいて使用可能であり、またウェブベースのプラットフォーム、例えば１つのサーバ上または複数のサーバのネットワーク上でホストとして動作するウェブサイトとして構成されており、かつ／またはクラウドコンピューティング環境に実装されている。本発明のさらに別の一態様において、配管応力解析システムは、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体と、この非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体に通信接続されている少なくとも１つのプロセッサとを有する。ここで使用される「非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体」とは、すべてのコンピュータ読み出し可能媒体、例えば、不揮発性媒体と、揮発性媒体と、信号を伝搬する、一時的なものを除いた伝送媒体のことである。非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体は、例えばデータ受信モジュール、第１数学モデル、第２数学モデルおよび応力最適化統計モデルを含む配管応力解析システムの複数のモジュールによって定義されるコンピュータプログラム命令を格納するように構成されている。プロセッサは、定義されたコンピュータプログラム命令を実行するように構成されている。
【０００７】
データ受信モジュールは、１つ以上のパイプに関連付けられた配管データを取得する。本発明の好ましい一実施形態によれば、配管データは、発電所の１つ以上のパイプに関連付けられている。本発明の一態様において、「配管データ」とは、支持構造体によって支持されるパイプに関連付けられた物理データのことである。本発明のこの態様において、物理データには、それぞれのパイプの外径、壁厚、長さおよび材料が含まれている。本発明の別の一態様において、「配管データ」とは、支持構造体に関連付けられた物理データのことである。本発明のこの態様において、物理データには、支持構造体の外径、壁厚、長さおよび材料が含まれている。本発明のこの態様において、支持構造体は、トラニオンパイプ(trunnion pipe)として構成されている。本発明のさらに別の一態様において、「配管データ」とは、支持構造体およびパイプに影響を及ぼす外的要因のことである。本発明のこの態様において、外的要因には、支持構造体に作用する機械負荷、パイプに作用する機械負荷、パイプの内部圧力、およびパイプの内部温度が含まれる。本発明の一実施形態によれば、データ受信モジュールは、配管および計装図、配管材料データベース、配管データシート、配管規格、配管コードなどを格納するリポジトリを有する１つ以上の外部ソースから配管データを取得する。本発明の一実施形態によれば、配管応力解析システムは、取得した配管データを格納する配管データベースを有する。
【０００８】
第１数学モデルは、配管データに基づいて配管応力第１集合を生成する。第１数学モデルは、物理学ベースの数値モデル、例えば有限要素解析モデルである。第１数学モデルは、例えば、配管幾何学形状、配管材料、荷重などの複数の組み合わせを含む配管データを処理する。第１数学モデルは、処理されるこれらの組み合わせのそれぞれを支持するために設計される支持構造体が受ける膜応力および／または曲げ応力を含む配管応力第１集合を生成する。膜応力は、パイプ、すなわち一般に球、円筒、円錐、楕円体またはこれらの形状の合成の形状を有する圧力容器が受ける一般的な応力の応力成分である。このような容器の厚さが、圧力容器の他の寸法に比べて小さい場合、容器は膜とみなされ、容器内に含まれている圧力から生じる、関連付けられた応力は膜応力と称される。これらの膜応力は、平均引張力または圧縮応力であり、容器壁にわたって一様であると仮定され、表面に対して接線方向に作用する。膜または壁は、曲げに対して抵抗力を示さないと仮定される。壁が曲げに対して抵抗力を示す場合、曲げ応力が、膜応力に加えて発生する。
【０００９】
第２数学モデルは、配管データに基づいて配管応力第２集合を生成する。第２数学モデルは、実験的なモデル、例えばＷＲＣ２９７（Welding Research Council bulletin no. 297）であり、このＷＲＣ２９７は、特に、支持構造体を支持する、支持構造体とパイプとの接合部周りの応力計算のためのパラメタライズされる方法である。本発明の好ましい一実施形態によれば、第２数学モデルによって処理される配管データは、第１数学モデルによって処理された配管データと同じである。すなわち、配管データには、例えば、配管幾何学形状、配管材料、荷重などの複数の組み合わせが含まれる。第２数学モデルは、処理されるこれらの組み合わせのそれぞれを支持するために設計される支持構造体が受ける膜応力および／または曲げ応力を含む配管応力第２集合を生成する。
【００１０】
応力最適化統計モデルは、係数生成モジュールおよび応力計算モジュールを有する。応力最適化統計モデルは、回帰モデルである。係数生成モジュールは、配管応力第１集合および配管応力第２集合に基づいて、数学的係数を取得する。数学的係数には、少なくとも１つの数学的な定数が含まれている。係数生成モジュールは、関係プロッティングモジュールおよび関係識別モジュールを有する。関係プロッティングモジュールは、配管応力第１集合および配管応力第２集合の少なくとも１つの関係プロットを生成する。ここで使用される「関係プロット」とは、膜応力および／または曲げ応力をそれぞれ表す複数のデータ点のことである。本発明の一態様において、関係プロットは、第１数学モデルおよび第２数学モデルのそれぞれによって生成される膜応力のプロットを有する。本発明の別の一態様において、関係プロットは、第１数学モデルおよび第２数学モデルのそれぞれによって生成される、膜応力と曲げ応力との組み合わせのプロットを有する。関係識別モジュールは、それぞれの関係プロットにおいて、配管応力第１集合および配管応力第２集合に関連付けられたデータパターンを識別する。関係識別モジュールは、それぞれの関係プロットにおいて少なくとも１つのデータ点を特定することによってデータパターンを識別し、これにより、このデータ点を通って引かれた直線によって、この直線の下に、この関係プロットにおける大多数の他のデータ点が取り込まれるようにする。数学的係数は、このデータパターン、すなわち直線の傾きおよび「Ｙ」切片から取得される。本発明の好ましい一実施形態によれば、配管応力解析システムは、配管応力第１集合および配管応力第２集合に加えて、数学的係数を格納する係数データベースを有する。
【００１１】
応力計算モジュールは、数学的係数を使用して、更新された配管応力集合を生成する。更新された配管応力集合は、１つ以上のパイプについて支持構造体を設計するために使用される。有利には、応力計算モジュールは、数学的係数を使用し、第２数学モデルによって生成された配管応力第２集合を更新する。配管応力解析システムは、数学モデルに供給される入力における変動に起因して発生する支持構造体の設計における偏差を低減するために、また支持構造体設計の信頼性および安全性を保証するために、数学的係数を使用して応力を最適化する。
【００１２】
本発明では、上述の配管応力解析システムを使用することにより、パイプについての配管応力を特定する方法も開示されている。ここで開示されているこの方法によれば、データ受信モジュールにより、パイプに関連付けられた設計データを取得する。ここで使用される「設計データ」とは、単一のパイプに関連付けられた配管データであり、すなわち、複数のパイプ幾何学形状、パイプ材料およびパイプ荷重パラメタではなく、この設計データには、設計される支持構造体によって支持される単一のパイプの幾何学形状、材料および荷重に関連付けられたデータが含まれる。この設計データには、使用が計画されている支持構造体に関連付けられたデータも含まれる。第２数学モデルにより、設計データに基づいて膜応力および／または曲げ応力を含む初期配管応力を生成する。係数生成モジュールにより、初期配管応力に基づき、係数データベースから数学的係数を取得する。応力計算モジュールにより、初期配管応力および数学的係数を使用して、更新された配管応力を生成する。次に、更新された配管応力に基づき、このパイプについての支持構造体を設計する。本発明の好ましい一実施形態によれば、この方法には、規格、例えばＡＳＭＥ／ＥＰ配管コードなどに基づいて定められた、あらかじめ定められた応力範囲に基づき、更新された配管応力を妥当性検査することが含まれる。この実施形態によれば、更新された配管応力が、あらかじめ定められた応力範囲について妥当でない場合、この方法には、更新された配管応力が、あらかじめ定められた応力範囲について妥当であるようになるまで、例えば、支持構造体の幾何学形状を修正することによって設計データを修正することと、また初期配管応力を生成し、数学的係数を取得し、更新された配管応力を生成し、更新された配管応力を妥当性検査する複数のステップを反復することとが含まれる。
【００１３】
ここでは１つ以上のパイプについての配管応力を解析する方法も開示されている。ここで開示されているこの方法によれば、１つ以上のパイプに関連付けられた配管データを取得し、第１数学モデルにより、配管データに基づく少なくとも１つの配管応力第１集合を生成し、第２数学モデルにより、配管データに基づく少なくとも１つの配管応力第２集合を生成し、少なくとも１つの関係プロットを生成して少なくとも１つの関係プロットにおけるデータパターンを識別することにより、配管応力第１集合および配管応力第２集合に基づく数学的係数を取得し、数学的係数を使用して、更新された配管応力集合を生成する。ここで開示されているこの方法によれば、更新された配管応力集合は、１つ以上のパイプについての支持構造体を設計するために使用される。
【００１４】
ここでは、配管応力解析システムを使用することにより、１つ以上のパイプについての配管応力を解析する上に開示された方法ステップと、１つ以上のパイプについての支持構造体を設計する上に開示された方法ステップとを実行するための、少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令を含むコンピュータプログラムコードを格納する非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品も開示されている。
【００１５】
以下では、本発明の添付の図面を参照して、本発明の上述の特徴および別の特徴を取り扱う。説明される実施形態は、説明を意図しているが、本発明を限定することを意図していない。
【００１６】
以下では、添付の図面に示し、図解した実施形態を参照して本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】パイプを支持する、従来技術の支持構造体の斜視図である。
【図２】１つ以上のパイプについての配管応力を解析する配管応力解析システムを示す図である。
【図３】図２に示した配管応力解析システムによって使用されるコンピュータシステムのアーキテクチャを説明するブロック図である。
【図４】図２に示した配管応力解析システムを使用して、１つ以上のパイプについての配管応力を解析する方法を説明するプロセスフローチャートである。
【図５】図２に示した配管応力解析システムを使用することにより、１つ以上のパイプについての支持構造体を設計する方法を説明するプロセスフローチャートである。
【図６】配管応力解析システムによって生成される１つ以上の配管応力集合間の関係プロットを示す線図である。
【図７】図２に示した配管応力解析システムおよび図５に示したプロセスフローチャートを使用することにより、応力が決定された支持構造体の一実施形態の斜視図である。
【００１８】
図面を参照して種々異なる実施形態を説明する。ここでは全体を通し、同様の参照符号は、同様の要素を示すために使用される。以下の記載では、説明を目的として、１つ以上の実施形態の完全な理解を提供するために、数多くの特定の詳細が示されている。これらのような実施形態は、これらの特定の詳細がなくても実施可能であることは明らかであろう。
【００１９】
図２には、１つ以上のパイプについて配管応力を解析する配管応力解析システム２００が示されている。配管応力解析システム２００は、データ受信モジュール２０１と、第１数学モデル２０２と、第２数学モデル２０３と、応力最適化統計モデル２０４とを有する。応力最適化統計モデル２０４は、係数生成モジュール２０５および応力計算モジュール２０６を有する。係数生成モジュール２０５は、関係プロッティングモジュール２０５Ａおよび関係識別モジュール２０５Ｂを有する。配管応力解析システム２００は、データベース、例えば係数データベース２０７および配管データベース２０８も有する。データベース２０７および／または２０８は、図２に示したように配管応力解析システム２００の内部または外部のいずれかに設けられていてよい。配管応力解析システム２００は、通信ネットワーク２０９を介してデータベース２０７および／または２０８と通信する。通信ネットワーク２０９は、例えば有線ネットワーク、無線ネットワークまたはクラウドベースネットワークを有する。また通信ネットワーク２０９は、モノのインターネット（ＩｏＴ：Internet of Things）用に共有されるネットワークを表していてもよい。
【００２０】
図３は、図２に示した配管応力解析システム２００によって使用されるコンピュータシステム３００のアーキテクチャを説明するブロック図である。配管応力解析システム２００は、図３に示したコンピュータシステム３００のアーキテクチャを使用する。コンピュータシステム３００は、高水準コンピュータプログラミング言語を使用してプログラミング可能である。コンピュータシステム３００は、プログラミングされかつ目的のあるハードウェアを使用して実現可能である。図３に示したようにコンピュータシステム３００は、プロセッサ３０１、プログラムおよびデータを格納するメモリユニット３０２のような非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体、入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ３０３、ネットワークインタフェース３０４、データバス３０５、ディスプレイユニット３０６、入力デバイス３０７、ハードドライブのような固定メディアドライブ３０８、リムーバブルメディアを収容するリムーバブルメディアドライブ３０９、出力デバイス３１０などを有する。プロセッサ３０１とは、コンピュータプログラムまたは一連のコマンド、命令または状態遷移を実行可能な、マイクロプロセッサ、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ：central processing unit）デバイス、有限状態機械、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのうちの任意の１つ、またはこれらの任意の組み合わせのことである。プロセッサ３０１は、例えば汎用マイクロプロセッサおよび数値演算またはグラフィックコプロセッサを含むプロセッサセットとして実現されていてもよい。プロセッサ３０１は、例えば、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）プロセッサ、Advanced Micro Devices（ＡＭＤ（登録商標））プロセッサ、International Business Machines（ＩＢＭ（登録商標））プロセッサなどから選択される。ここで開示されている配管応力解析システム２００は、プロセッサ３０１を使用するコンピュータシステム３００には限定されない。コンピュータシステム３００は、コントローラまたはマイクロコントローラも使用可能である。プロセッサ３０１は、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などを実行する。
【００２１】
メモリユニット３０２は、プログラム、アプリケーションおよびデータを格納するために使用される。配管応力解析モジュール２００の、例えば、データ受信モジュール２０１、第１数学モデル２０２、第２数学モデル２０３、応力最適化統計モデル２０４、係数生成モジュール２０５、関係プロッティングモジュール２０５Ａ、関係識別モジュール２０５Ｂ、応力計算モジュール２０６などは、コンピュータシステム３００のメモリユニット３０２に格納されている。メモリユニット３０２は、例えば、プロセッサ３０１による実行のための情報および命令を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：random access memory）または別のタイプの動的記憶装置である。メモリユニット３０２には、プロセッサ３０１による命令の実行中に使用される一時変数および別の中間情報も格納される。コンピュータシステム３００はさらに、プロセッサ３０１用の静的な情報および命令を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ：read only memory）または別のタイプの静的記憶装置を有する。Ｉ／Ｏコントローラ３０３は、配管応力解析システム２００によって実行される入力動作および出力動作を制御する。
【００２２】
ネットワークインタフェース３０４により、通信ネットワーク２０９とのコンピュータシステム３００の接続が可能になる。例えば、配管応力解析システム２００は、ネットワークインタフェース３０４を介して通信ネットワーク２０９に接続される。一実施形態において、ネットワークインタフェース３０４は、ラインカードとも称されるインタフェースカードとして提供される。ネットワークインタフェース３０４には、例えば、シリアルプロトコルを使用するインタフェース、パラレルプロトコルを使用するインタフェース、イーサネット通信インタフェース、および衛星技術、高周波（ＲＦ：radio frequency）技術、近距離通信などのような無線通信技術に基づくインタフェースが含まれる。データバス３０５により、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６、２０７、２０８などの間で通信が可能になる。
【００２３】
ディスプレイユニット３０６は、ユーザがその入力を供給できるようにするために、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ：graphical user interface）（図示せず）を介して、関係プロットなどのような情報を表示する。ディスプレイユニット３０６には、例えば液晶ディスプレイ、プラズマディプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：organic light emitting diode）ベースのディプレイなどが含まれる。入力デバイス３０７は、コンピュータシステム３００へのデータ入力に使用される。入力デバイス３０７は、例えば、英数字キーボードのようなキーボード、接触感知ディスプレイデバイスおよび／または触覚入力を感知可能な任意のデバイスである。
【００２４】
コンピュータアプリケーションおよびプログラムは、コンピュータシステム３００を動作させるために使用される。プログラムは、リムーバブルメディアドライブ３０９を介して、コンピュータシステム３００の固定メディアドライブ３０８に、またメモリユニット３０２に読み込まれる。一実施形態では、コンピュータアプリケーションおよびプログラムは、通信ネットワーク２０９を介して直接に読み込み可能である。コンピュータアプリケーションおよびプログラムは、複数の入力デバイス３０７のうちの１つを使用し、ディスプレイユニット３０６に表示される関連したアイコンをダブルクリックすることによって実行される。出力デバイス３１０は、配管応力解析システム２００によって実行された演算の結果を出力する。
【００２５】
プロセッサ３０１は、例えばLinux（登録商標）オペレーティングシステム、Unix（登録商標）オペレーティングシステム、Microsoft（登録商標）Windows（登録商標）オペレーティングシステムの任意のバージョン、Apple社のMac OS、IBM（登録商標）のOS/2などのオペレーティングシステムを実行する。コンピュータシステム３００は、複数のタスクを実行するためにオペレーティングシステムを使用する。オペレーティングシステムの役割は、コンピュータシステム３００の管理および動作の調整および資源共有である。オペレーティングシステムはさらに、コンピュータシステム３００、コンピュータシステム３００に接続されている周辺装置およびネットワーク接続のセキュリティを管理する。コンピュータシステム３００に使用されているオペレーティングシステムは、例えば、複数の入力デバイス３０７のうちの１つを使用してユーザによって供給される入力、出力ディスプレイ、固定メディアドライブ３０８にローカルに格納されているファイルおよびディレクトリを認識する。コンピュータシステム３００上のオペレーティングシステムは、プロセッサ３０１を使用して異なる複数のプログラムを実行する。プロセッサ３０１とオペレーティングシステムとは連携して、アプリケーションプログラムが高水準プログラミング言語で書かれているコンピュータプラットフォームを定義する。
【００２６】
配管応力解析システム２００によって使用されるコンピュータシステム３００のプロセッサ３０１は、上で開示したそれぞれの機能を実行するために、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などよって定められる命令を取り出す。プロセッサ３０１は、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などを実行するための命令をメモリユニット３０２から取り出す。プログラムカウンタは、メモリユニット３０２における命令の位置を特定する。プログラムカウンタには、配管応力解析システム２００のそれぞれのモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などのプログラムにおける現在位置を識別する番号が格納されている。処理された後にプロセッサ３０１によってメモリユニット３０２から取り出されるこれらの命令は、デコードされる。これらの命令は、プロセッサ３０１の命令レジスタに格納される。処理およびデコーディングの後、プロセッサ３０１は、これらの命令を実行し、これにより、これらの命令によって定められる１つ以上の処理が実行される。
【００２７】
実行の時点に、命令レジスタに格納された命令は、実行される演算を特定するために検査される。プロセッサ３０１は次に、指定された演算を実行する。この演算には、算術演算および論理演算が含まれている。オペレーティングシステムは、多数のタスクを実行するために複数のルーチンを実行し、これらのタスクは、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などの実行のために、入力デバイス３０７、出力デバイス３１０およびメモリを割り当てるのに必要である。オペレーティングシステムによって実行されるタスクには、例えば、配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などへの、また配管応力解析システム２００によって使用されるデータへのメモリの割り当て、メモリユニット３０２とディスクユニットとの間のデータの移動、および入出力操作の処理が含まれる。オペレーティングシステムは、操作による要求に応じてタスクを実行し、タスクを実行した後、オペレーティングシステムは、プロセッサ３０１に実行制御を戻す。プロセッサ３０１は、１つ以上の出力を取得するために実行を継続する。配管応力解析システム２００のモジュール、例えば２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０６などの実行の出力は、ＧＵＩ上でユーザに表示される。
【００２８】
説明を目的として、この詳細な説明は、コンピュータシステム３００上でローカルに動作する配管応力解析システム２００について言及するが、本発明の範囲は、オペレーティングシステムおよびプロセッサ３０１を介してコンピュータシステム３００上でローカルに動作する配管応力解析システム２００に限定されず、ウェブブラウザおよびリモートサーバまたは他の電子デバイスを使用することにより、通信ネットワーク２０９を介してリモートで動作するように拡張可能である。コンピュータシステム３００の１つ以上の部分は、通信ネットワーク２０９に接続されている１つ以上のコンピュータシステム（図示せず）にまたがって分散可能である。
【００２９】
ここには、配管応力解析システム２００を使用し、図４および図５の詳細な説明に開示されている方法ステップを実行するために、少なくとも１つのプロセッサ３０１によって実行可能な命令を含むコンピュータプログラムコードを格納する非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体を有するコンピュータプログラム製品も開示されている。一実施形態において、コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラムコードの単一の部分は、本発明による方法の１つ以上のステップを実行する。コンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラムコードは、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体上に実現される。コンピュータシステム３００のプロセッサ３０１は、これらのコンピュータ実行可能命令を取り出してこれらを実行する。コンピュータ実行可能命令がプロセッサ３０１によって実行される場合、コンピュータ実行可能命令は、配管応力解析システム２００を使用して１つ以上のパイプについての配管応力を解析する方法、および配管応力解析システム２００を使用することによって１つ以上のパイプについての支持構造体を設計する方法の複数のステップをプロセッサ３０１に実行させる。
【００３０】
図４は、図２に示した配管応力解析システム２００を使用して、１つ以上のパイプについての配管応力を解析する方法４００を示すプロセスフローチャートである。ステップ４０１では、配管応力解析システム２００のデータ受信モジュール２０１により、パイプに関連付けられた配管データを取得する。データ受信モジュール２０１により、複数のパイプおよび支持構造体、例えばこれらのパイプを支持するトラニオンパイプについての配管データを取得する。配管データには、例えば、それぞれ異なるパイプ幾何学形状、パイプ材料およびパイプ荷重を有する約５０事例が含まれている。ステップ４０２では、配管応力解析システム２００の有限要素解析（ＦＥＡ：finite element analysis）モデルである第１数学モデル２０２により、配管データに基づいて、膜応力および曲げ応力を含む少なくとも１つの配管応力第１集合を生成する。ＦＥＡモデルにより、配管データを取得したすべての事例について膜応力および曲げ応力を生成する。ＦＥＡモデルにより、膜応力および曲げ応力を取得するために、種々異なる応力プロットおよび変形プロットを生成する。ステップ４０３では、配管応力解析システム２００のＷＲＣ２９７モデルである第２数学モデル２０３により、ＦＥＡモデルによって解析された５０事例を含む配管データに基づき、膜応力および曲げ応力を含む少なくとも１つの配管応力第２集合を生成する。
【００３１】
ステップ４０４では、配管応力解析システム２００の応力最適化統計モデル２０４により、配管応力第１集合および配管応力第２集合に基づき、応力最適化集合を生成し、これにより、この応力最適化集合は、信頼性は高いにもかかわらず時間的およびコスト的に有効な仕方で、１つ以上のパイプについての支持構造体を設計するために使用可能である。応力最適化集合を生成するために、ステップ４０４Ａでは、応力最適化統計モデル２０４の係数生成モジュール２０５により、配管応力第１集合および配管応力第２集合に基づいて数学的係数を取得する。数学的係数を取得するために、ステップ４０４Ｂでは、係数生成モジュール２０５の関係プロッティングモジュール２０５Ａにより、配管応力第１集合および配管応力第２集合の２つの関係プロットをプロットする。第１関係プロットは、膜応力についてのプロットであり、第２関係プロットは、膜応力および曲げ応力についてのプロットである。さらに数学的係数を取得するために、ステップ４０４Ｃでは、係数生成モジュール２０５の関係識別モジュール２０５Ｂにより、配管応力第１集合および配管応力第２集合に関連付けられた、それぞれの関係プロットにおいてデータパターンを識別する。このデータパターンは、直線でありまた直線の傾きに基づいており、係数生成モジュール２０５により、それぞれの関係プロットについて、すなわち膜応力の関係プロットと、膜応力および曲げ応力の関係プロットとについて数学的係数を生成する。ステップ４０４Ｄでは、係数生成モジュール２０５により、配管応力第１集合および配管応力第２集合に加えて、数学的係数を係数データベース２０７に格納する。さらに、応力最適化集合を生成するために、ステップ４０４Ｅでは、応力最適化統計モデル２０４の応力計算モジュール２０６により、数学的係数を使用して、更新された配管応力集合を生成する。これらの更新された配管応力集合は、応力最適化集合であり、すなわち、パイプを支持することになる支持構造体における誘導応力である。これらの更新された応力集合は、支持構造体を設計するために使用される。
【００３２】
図５は、図２に示した配管応力解析システム２００を使用することにより、パイプについての配管応力を特定する方法５００を示すプロセスフローチャートである。ステップ５０１では、配管応力解析システムのデータ受信モジュール２０１により、パイプに関連付けられた設計データを取得する。この設計データには、パイプに関連付けられた配管データ、すなわち複数のパイプ幾何学形状、パイプ材料およびパイプ荷重ではない配管データが含まれ、この設計データには、支持構造体によって支持されるパイプの幾何学形状、材料および荷重に関連付けられたデータと、使用が計画されている支持構造体に関連付けられたデータとが含まれる。ステップ５０２では、配管応力解析システム２００の第２数学モデル２０３、すなわちＷＲＣ２９７モデルにより、設計データに基づいて膜応力および曲げ応力を有する初期配管応力を生成する。
【００３３】
ステップ５０３では、配管応力解析システム２００の係数生成モジュール２０５により、初期配管応力に基づいて、係数データベース２０７から数学的係数を取得する。例えば、ＷＲＣ２９７モデルによって生成される膜応力が、約５０Ｎ／ｍｍ２〜１５０Ｎ／ｍｍ２の範囲内にある場合、数学的係数は０．６３３〜２６である。同様にＷＲＣ２９７モデルによって生成される膜応力および曲げ応力の総和が、１６０Ｎ／ｍｍ２〜４８０Ｎ／ｍｍ２の範囲内にある場合、数学的係数は０．２０５〜１３０である。ステップ５０４では、配管応力解析システム２００の応力計算モジュール２０６により、初期配管応力および数学的係数を使用して、例えば、以下に示す式、すなわち
Supdated＝Ｃ１(Spredicted)＋Ｃ２
を使用して、更新された配管応力を生成する。
【００３４】
ここでSupdatedは、更新された配管応力値、Ｃ１およびＣ２は、数学的係数、またSpredictedは、ＷＲＣ２９７モジュールによって生成される応力値である。ステップ５０４では、配管応力解析システム２００の応力計算モジュール２０６により、あらかじめ定められた応力範囲に基づき、更新された配管応力を妥当性検査し、すなわち更新された配管応力と、あらかじめ定められた応力範囲とを比較する。更新された配管応力が、あらかじめ定められた応力範囲について妥当でない場合、ステップ５０５では、例えば、支持構造体の物理的な寸法を変更することにより、支持構造体に関連付けられた設計データを修正し、更新された配管応力が妥当であることが判明するまでステップ５０２〜５０４を反復する。ステップ５０６では、更新された配管応力が妥当である場合、配管応力解析システム２００により、パイプについての支持構造体を設計するシステム、すなわち製造される支持構造体の物理的な寸法を推定するシステム（図示せず）に、更新された配管応力を転送する。
【００３５】
図６Ａ〜６Ｂには、図２に示した配管応力解析システム２００によって生成される１つ以上の配管応力集合間の関係プロット６００Ａおよび６００Ｂが示されている。図６Ａには、第１数学モデル２０２、すなわち有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、第２数学モデル２０３、すなわちＷＲＣ２９７モデルとにより、配管データ事例毎に生成された膜応力を表すデータを有する関係プロット６００Ａが示されている。同様に図６Ｂには、第１数学モデル２０２と第２数学モデル２０３とにより、配管データ事例毎に生成された、膜応力および曲げ応力の総和を表すデータを有する関係プロット６００Ｂが示されている。配管応力解析システム２００により、図６Ａおよび６Ｂにそれぞれ示されているデータ点６０１、６０２および６０３が識別され、これにより、それぞれの関係プロット６００Ａおよび６００Ｂにおける別のデータ点は、これらのデータ点を通って引かれた直線内に取り込まれるようにする。配管応力解析システム２００によってさらに、関係プロット６００Ａおよび６００Ｂ毎にこれらの直線の傾きが、以下に示した式を使用して特定され、次に数学的係数が取得される。
ｙ＝ｍｘ＋Ｃ
ただし「ｘ」および「ｙ」は、データ点６０１、６０２、６０３などの座標であり、「ｍ」および「Ｃ」は数学的係数である。
【００３６】
図７には、図２に示した配管応力解析システムと、図５に示したプロセスフローチャートとを使用して応力が特定された支持構造体７０１の一実施形態の斜視図が示されている。支持構造体７０１は、パイプ７０２を支持するトラニオンパイプである。支持構造体７０１は、配管応力解析システム２００を使用することにより、誘導応力の正確な推定に起因して、費用のかかる有限要素解析モデルを実行することなくコスト的に有利に製造される。
【００３７】
ここで開示した種々異なる方法、アルゴリズムおよびコンピュータプログラムは、コンピューティングデバイス用に適切にプログラミングされたコンピュータ読み出し可能媒体に実現され得ることは容易に明らかになろう。ここで使用される「コンピュータ読み出し可能媒体」とは、データ、例えば、コンピュータ、プロセッサまたは類似のデバイスによって読み出され得る命令の供給に関与する非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体のことである。非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体には、すべてのコンピュータ読み出し可能媒体、例えば、不揮発性媒体と、揮発性媒体と、信号を伝播する、一時的なもの除いた伝送媒体とが含まれる。
【００３８】
ここで開示される方法およびアルゴリズムを実現するコンピュータプログラムは、多種多様な媒体、例えばコンピュータ読み出し可能媒体を使用し、複数の仕方で格納および伝送可能である。一実施形態では、種々異なる実施形態の処理を実現するためのソフトウェア命令に代わって、またはこれと組み合わせて、ハードウェアによって実現される回路またはカスタムハードウェアを使用可能である。したがってこれらの実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。一般に、コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラムコードは、任意のプログラミング言語で実現可能である。コンピュータプログラムコードまたはソフトウェアプログラムは、オブジェクトコードとして１つ以上の媒体に格納可能である。ここで開示される方法およびシステムの種々異なる態様は、例えば、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ：hypertext markup language）、エクステンシブルマークアップ言語（ＸＭＬ：extensible markup language）、またはブラウザプログラムのビジュアルエリアまたはウィンドウで見たときに、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ：graphical user interface）１０３Ｈの複数の態様を表すまたは別の機能を実行する別の形式で作成される文書を含む、プログラムによらない環境において実現可能である。ここで開示される方法およびシステムの種々異なる態様は、プログラムによる要素、またはプログラムによらない要素、またはこれらの任意の適切な組み合わせによって実現可能である。ここで開示されるコンピュータプログラム製品には、種々異なる実施形態の処理を実現する１つ以上のコンピュータプログラムコードが含まれている。
【００３９】
係数データベース２０７および配管データベース２０８のようなデータベースが説明される場合、（ｉ）説明されるデータベースとは択一的なデータベース構造が容易に使用可能であり、また（ｉｉ）データベースの他に別の記憶構造が容易に使用可能であることが、当業者には理解されよう。ここで開示される任意の例示的なデータベースの任意の説明または記述は、格納される情報の表現についての、説明上の配置構成である。図面または他の箇所において示されているテーブルによって提案されるものの他に、別の任意の個数の配置構成を使用可能である。同様に、データベースの説明されている任意のエントリは、例示的な情報だけを表しており、当業者には、エントリの個数およびコンテンツは、ここで開示されているものとは異なっていてよいことが理解されよう。さらに、テーブルとしてのデータベースの任意の記載にもかかわらず、リレーショナルデータベース、オブジェクトベースモデルおよび／または分散データベースを含む別の形式も、ここで開示されるデータタイプを格納および操作するために使用可能である。同様に、ここで開示されるような種々異なる処理を実現するために、データベースのオブジェクトメソッドまたはビヘイビアを使用可能である。さらに、データベースは、公知のように、ローカルに格納可能であるか、またはこのようなデータベースにおけるデータにアクセスするデバイスから見てリモートに格納可能である。システムに複数のデータベースが存在する実施形態では、これらのデータベースのうちの１つにおいてデータのなんらかの更新が行われる場合に、これらのデータベースをまたいでリンクされたデータが同時に更新され得るようにするために、これらのデータベースは互いに通信するように統合されていてよい。
【００４０】
本発明は、ネットワークを介して１つ以上のデバイスと通信する１つ以上のコンピュータを含むネットワーク環境において動作するように設定可能である。これらのコンピュータは、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：local area network）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ：wide area network）またはイーサネット、トークンリングのような有線媒体または無線媒体を介して、または任意の適切な通信媒体または通信媒体の組み合わせを介して、上記のデバイスと直接にまたは間接的に通信可能である。それぞれのデバイスは、いつかの例が上に開示されておりかつ上記のコンピュータと通信するように適合化されているプロセッサを有する。一実施形態において、それぞれのコンピュータには、ネットワーク通信デバイス、例えばネットワークインタフェースカード、モデム、またはネットワークに接続するために適切な別のネットワーク通信デバイスが装備されている。それぞれのコンピュータおよびデバイスにより、いくつかの例が上に開示されているオペレーティングシステムが実行される。コンピュータのタイプに依存してオペレーティングシステムは異なっていてよいが、オペレーティングシステムにより、ネットワークとの通信リンクを確立するために適切な通信プロトコルが継続して提供される。任意の個数およびタイプのマシンが、これらのコンピュータと通信可能である。
【００４１】
本発明は、特定のコンピュータシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステムまたはネットワークに限定されない。本発明の１つ以上の態様は、１つ以上のコンピュータシステム間で、例えば、１つ以上のサービスを１つ以上のクライアントコンピュータに提供するかまたは分散システムにおいて全体タスクを実行するように構成されたサーバ間で分散可能である。例えば、本発明の１つ以上の態様は、種々異なる実施形態にしたがって複数の機能を実行する１つ以上のサーバシステム間で分散される複数の構成要素を有するクライアント・サーバシステムにおいて実行可能である。これらの構成要素は、例えば、通信プロトコルを使用してネットワークを通じて通信する実行可能コード、中間コードまたはインタプリトされるコードを有する。本発明は、任意の特定のシステムまたはシステムのグループにおいて実行可能であるようには限定されておらず、また任意の特定の分散アーキテクチャ、ネットワーク、または通信プロトコルに限定されていない。
【００４２】
上述の実施例は、単に説明を目的として提供されており、またここに開示されている本発明を限定するものとは解釈されない。種々異なる実施形態を参照して本発明を説明したが、ここで使用された表現は、限定の表現ではなく、むしろ記述および説明の表現であることを理解されたい。さらに、ここでは本発明を特定の手段、材料および実施形態を参照して説明したが、本発明は、ここに開示された特定事項に限定されることを意図しておらず、むしろ本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲にあるような機能的に等価なすべての構造、方法および使用にも適用される。当業者は、この明細書の教示を享受すれば、本発明の複数の態様において、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、これらに対する数多くの修正を行い、または変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  支持構造体（従来技術）
１０１  パイプ（従来技術）
１０２  ダイナミッククランプ（従来技術）
１０３  支持部材（従来技術）
１０５  パイプ・トラニオンインタフェース（従来技術）
２００  配管応力解析システム
２０１  データ受信モジュール
２０２  第１数学モデル
２０３  第２数学モデル
２０４  応力最適化統計モデル
２０５  係数生成モジュール
２０５Ａ  関係プロッティングモジュール
２０５Ｂ  関係識別モジュール
２０６  応力計算モジュール
２０７  係数データベース
２０８  配管データベース
２０９  通信ネットワーク
３００  コンピュータシステム
３０１  プロセッサ
３０２  メモリユニット
３０３  Ｉ／Ｏコントローラ
３０４  ネットワークインタフェース
３０５  データバス
３０６  ディスプレイユニット
３０７  入力デバイス
３０８  固定メディアドライブ
３０９  リムーバブルメディアドライブ
３１０  出力デバイス
６００Ａ、６００Ｂ  関係プロット
６０１、６０２、６０３  データ点
７０１  トラニオンパイプ／支持構造体
７０２  パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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