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第三届膨胀节设计与有限元应力分析研讨学习班取得圆满成功!

 

新增 膨胀节报价软件、三分钟完成报价方案

波纹管膨胀节设计软件已升级为第七班版全面支持GB/T12777-2019、EJMA第十版

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压力管道膨胀节快速选型及报价系统的研究

周强

(南京工业大学,江苏 南京 210009

摘要:从工程应用的需要出发,利用计算机技术,对压力管道系统膨胀节的选型和报价技术进行了分析和研究,开发了膨胀节快速选型和报价系统,很大地提高了产品方案设计的效率和质量,增强了企业的市场竞争力。

关键词:膨胀节;选型;报价;快速

中图分类号:TU990.3;TU995.3

Development of Rapid Selection and Quotation System of Bellows Expansion Joint

Zhou qiang, Li Yong-sheng

(Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)  

Abstract: According to engineering requirement, with the computer technology, an rapid design system of bellows expansion Joint including structure selection and quotation has been realized which improves the product quality and design effect greatly.

 

Key words: bellows expansion jointselection; quotation; rapid

 

1 引言

波形膨胀节作为管道的热补偿元件,在管系中是个薄弱环节,因此对其设计、制造质量要求较高;从膨胀节材料的选择、正确选型与安装、波纹管的疲劳寿命、应力校核、固定支架与滑动支架的布置等,任一个环节的失误都足以引起膨胀节的失效[1],酿成事故。因此,设计膨胀节需要较高的技术经验和较长的时间。现今,膨胀节生产厂家众多,竞争激烈,对于重大的工程项目,从获取信息到参加竟标的时间往往很短,要在有限的时间内设计出切实可行、优于竞争的项目方案来,就成了一个现代化企业赢得市场的关键所在。本文旨在对膨胀节选型和报价方面进行数字化、程序化设计,大大简化设计者的工作,使得设计和销售人员能够在最短的时间内准确地拿出膨胀节选型和报价方案来。

2 系统的功能和特点

       本系统以我国压力管道用膨胀节技术标准[2]、美国EJMA标准[3]和我国《压力管道用金属波形膨胀节的选型和应用规定》[4]等为基础,结合实际使用经验研制开发出来的。该系统可根据压力管道布置,输入必要的管道参数,选择相应的材料,就能自动计算出各管段的膨胀量,确定膨胀节的位移量,并给出对应的膨胀节结构类型,然后根据膨胀节的刚度就可得到各管段支架承受的载荷,据此结果可方便设计出各管段支架的布置。确定膨胀节型式后,以基于重量法的方法对膨胀节的具体结构进行报价设计,最终得到完整的报价方案。软件系统采用Visual Basic 6.0开发环境,用ADO方式联接Access数据库,整个设计过程约一小时完成。软件系统采用菜单、按钮结合对话框的用户界面形式,布局简洁明了,各模块可以独立运行,易于操作,运行高效快捷。

21       膨胀节选型模块设计

管道膨胀节选型的目的是选用合适的膨胀节类型和布置方式,使其补偿能力最大,或者补偿能力一定时,选用最少的膨胀节,同时满足管系支架的受力要求。

1 膨胀节选型设计步骤示意图

在本系统的选型模块中,首先对压力管道的拓扑结构和膨胀节的补偿形式进行了深入的研究[5][6][7],将复杂的管网划分为若干典型管段如直管段、L形管段、平面Z形管段、空间Z形以及其它不规则管段,并从膨胀节的补偿能力、经济适用性、固定支架和滑动支架载荷等角度对在不同的管段上可能的选型方案进行了细致的分析,完成了各种管段的补偿设计以及支架的受力分析和计算。图1为膨胀节选型设计步骤示意图。

2     典型管段支架的受力分析

2   空间Z形管段采用三铰链膨胀节型式补偿示意图

在不同形式的管段中安装不同型式的膨胀节,对管段支架产生的力和力矩也是不一样的,本系统对各种补偿形式中管架的受力情形进行了研究与分析。为简化计算,分析时作了如下假设:(1)由导向支架、滑动支架及管道其它部件所产生的摩擦力为零;(2)管系和流动介质的重量由适当设置的支架和吊架承受,不在计算中考虑;(3)将管系的坐标原点设在所考虑的作用点上。下以空间Z形管段中三铰链补偿(图2)的形式进行说明。

其中Ⅰ为单铰链型,Ⅱ、Ⅲ为万向铰链型膨胀节,AB处为次固定支架,设由管段L1L2L3引起的热位移为 Δ1、Δ2、Δ3。首先根据管系结构之间的约束关系和铰链型膨胀节补偿特点,计算出三个铰链在各个方向的补偿角位移。其过程如下:将空间Z形管段分解为由管段L1和管段L2组成的平面1XZ平面, 3a)和由管段L1和管段L2组成的平面2XY平面,3b),分别推导出各个铰链在平面1和平面2内的位移。根据图3a)可得到如下位移公式:

      

根据图3b)可得到:

然后根据角位移和膨胀节的弯曲刚度计算各个膨胀节端部的弯矩。分别为:      

其中 为膨胀节的弯曲刚度,由厂家资料得到。据此得到膨胀节端部的位移反力为:       。分别将AB点设为管系的坐标原点,由位移反力和力矩可推导出AB支架的受力情况如下:

“A”点受力:FX=V2 FY=V1FZ=V1

             MX= V1L1 MY=V2L1A)-MMZ=M+V1B    

“B”点受力:  FX=V2FY= V1FZ=V1

             MX= V1 L3MY= V1 (L2BC)MMZ= M+V1(L2BC) V2L3

鉴于篇幅,其推导的详细过程和公式不在此一一叙述。

 

23软件系统的数据流程

       软件在设计过程中有很多数据在多个设计界面中进行传递,为使软件系统高效准确的运行,本文根据软件工程中的设计思想对系统中数据流程进行了科学的分析和规划[8],结合数据库知识[9][10],实现了数据在多个设计界面中进行传递。下图4为选型模块的数据流程示意图。

4选型模块系统的数据流程示意图

24 基于重量法的膨胀节报价模块设计

在企业竞争日趋激烈的形势下,科学地、合理地计算产品成本,快速而准确地对产品进行估价,真实地反映产品价值,已经变得非常重要。本文基于重量法的膨胀节报价模块就为膨胀节制造企业提供了一种简单快速、使用方便的报价系统。

所谓重量法是按波形膨胀节的重量计算波形膨胀节价格的一种计价方法。其原理::如果仅将构成波形膨胀节总销售成本的每个成分,按波形膨胀节的重量而成比例地分摊到某个波形膨胀节中去,这样所得到的波形膨胀节价格就是该波形膨胀节的销售成本。按重量法估价是依据波形膨胀节轮廓尺寸所包容的体积,再考虑该体积的重量系数以及制件形状、波形膨胀节结构、材料等因素,在尚未做出正规的波形膨胀节装配图时就能方便、迅速地把波形膨胀节的价格估算出来。产品报价的方法有很多,如重量法、工时法等,也曾有人应用模糊数学知识研究膨胀节报价技术[10],实际使用起来比较复杂。根据对国内外波形膨胀节制造企业的调查统计显示,对于波形膨胀节的计价,重量法是一种方便、实用的方法。

在基于重量法的膨胀节报价模块设计中,本软件详细归纳了压力管道用的各种型式的膨胀节,根据膨胀节工作环境分为底压、中高压和高温状况对各种膨胀节的结构进行描述,并对各种膨胀节的结构可能的变化作了分析,使得用户在确定膨胀节类型后,只需输入较少的结构和工作参数,就能得到膨胀节的报价。下图5为口径较大的直管压力平衡型膨胀节的报价设计界面。

5 直管压力平衡型膨胀节的报价设计界面示意图

2.5 基于经验规则的错误响应机制

膨胀节的结构类型有很多种,其结构件之间存在着较复杂的装配关系,而且不同工作环境下结构件的配置和装配方式也有所不同,本文综合多年膨胀节使用的实际经验,将膨胀节结构的内在关系描述成经验规则,这些规则成为系统自动判断输入参数是否合理的依据。设计人员在使用软件的时候,难免由于疏忽或对膨胀节结构的不甚了解而输入不合理的参数,这时系统会根据内部设定的规则弹出对话框进行提示。

3软件系统设计示例
      
假定有一L型管系直径DN600,管段长度L1=50mL2=5m,工作压力1.3MPa,工作温度250℃,试给出该管系的补偿方案。首先根据膨胀节选型图提示后进入L型管段方案选择(图6),根据管系特点属于短管腿较小的情形,可选择大拉杆型膨胀节。


6 L形管段选型界面

7  L形管段方案B的设计界面

确定膨胀节型式后,进入管系方案的具体设计界面(图7),输入必要的参数后,即可得到管道补偿量和支架反力等一系列数据。该数据为膨胀节的布置和安装提供了必要的技术支持。完成管段补偿设计方案后,转入大拉杆型膨胀节报价设计界面(与图5类似),输入必要的材料参数后,即可得到大拉杆型膨胀节的结构和报价清单,最终结果可以word文档的形式保存。

4 结束语

       本文利用Visual Basic 6.0开发工具和计算机数据库技术,综合膨胀节选型和报价方面的技术和经验,开发了膨胀节快速选型和报价系统,对膨胀节的快速而科学地选型,方便而快速的报价提供了帮助,借助于本系统的使用,可以大大降低设计时间,提高工作效率,减少误差,提升企业的竞争力。

参考文献

[1]     李永生,李建国主编. 波形膨胀节实用技术—设计、制造与应用[M]. 北京:化学工业出版社,2000.

[2]   金属波纹管膨胀节通用技术条件. 中华人民共和国国家标准GB/T127777-1999. 国家技术监督局,1999

[3]  The Eighth Edition Expansion Joint Manufactures Association Standard[S].New York,EJMA,2003

[4]     段玫. 压力管道用金属波形膨胀节的选型和应用规定,中国石油化工设备协会膨胀节分会,2007

[5]     常小满.热力管网中典型管段与波纹补偿器的配置[J]. 煤气与热力.1998(2)60-62

[6]  杜明霞,李永生.管网中的膨胀节选型设计软件研究.第八届全国膨胀节学术会议论文集(压力容器2004增刊)

[7]     张德江,王怀义,刘绍叶主编.石油化工装置工艺管道安装设计手册(第一篇) [M].中国石化出版社.1994(4).563567

[8]     许家珆,曾翎,彭德中编著.软件工程——理论与实践[M].北京.高等教育出版社.2004(7):24-26

[9]    谢晓东. Dephi中动态查询技术的应用[J].软件世界.2000(5):94-96

[10]   Visual Basic程序设计程序参考手册编写组.Visual Basic程序设计程序参考手册[M].人民邮电出版社2003

  

 

 

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