郭鵬輝

(大連化工研究設計院,遼寧 大連 116023)

利用Excel編制方型補償器選型電算表

郭鵬輝

(大連化工研究設計院,遼寧 大連 116023)

利用Excel電子表格提供的功能,可在一張表格中一次完成方形補償器選型及彈性力計算。省去了熱伸長計算、外伸臂及橫梁查表以及彈性力計算等過程,管道多時尤其顯出其優(yōu)越性。表中設計了分組計算功能,當外管架上需要增減管道時,可在表格中預留位置,使得處在同一中心線上的補償器集中顯示,便于觀察調整。表中設計了計算值及實際值,可根據(jù)理論計算結果直接選定實際需要的數(shù)據(jù)。由于設計了分組計算功能,為固定點推力計算提供了方便。表中還給出了所計算管道的固定支架最大間距,便于設計人員確定固定支架的位置。所有計算結果一目了然,使得查找、修改、校核更加方便。

方形補償器;電算表;查表選型;推力計算

管道受熱膨脹會引起變形,這在熱力管道設計過程中,是肯定要遇到的問題,通常的解決辦法就是在管路上設置補償器。通過補償器變形來吸收管道受熱伸長部分。而方形補償器則是其中最常見的一種。方形補償器具有加工方便、軸向推力小、不需經(jīng)常維修等優(yōu)點。盡管占地面積較大,但還是一種很受歡迎的補償器。

在方形補償器設計過程中,需要計算熱伸長量,再通過查表才能確定補償器的尺寸。如果補償器的個數(shù)不多還可以,假如需要設計的補償器很多,比如在工藝的外管架設計過程中,補償器通常都比較多,這時如果一個一個地計算、查表,工作量會很大,而且容易出錯。能否利用計算機編制一個電算表來解決這些問題呢?作者開始嘗試利用Excel編制方形補償器的電算表,目前已經(jīng)可以利用該電算表在一定范圍內進行方形補償器的選型計算。

1 傳統(tǒng)選型過程介紹

通常補償器的選型計算包括以下幾個步驟:

1)根據(jù)管道的公稱直徑,查取方形補償器兩端固定支架間的最大距離,從而確定該補償器兩端固定支架的位置。得到計算需要的管段長度L。

2)查取管材在設計溫度時的線膨脹系數(shù)α。

3)根據(jù)熱媒溫度及管道安裝溫度,計算其溫差△t。

4)根據(jù)公式 △L=α·L·△t計算管段的熱伸長量。

5)根據(jù)管道所處的環(huán)境,選擇方形補償器的型號(外伸臂與橫梁之間的比例關系)。

6)根據(jù)計算得到的熱伸長量△L以及所選的型號,從方形補償器選用尺寸表中查取所在管徑對應的補償器的尺寸(橫梁長度a、外伸臂長b及彎頭的曲率半徑R)。

7)按公式 Px=σ·W/b計算補償器的彈性力,或直接查表獲取補償器的彈性力估算值。

8)如果水平敷設的管道不止1根,則須按管道布置的實際情況,將外側布置管道的補償器尺寸進行放大。

可見,當水平布置的管道數(shù)量較多時,(象工藝外管架管道的設計),會出現(xiàn)多次計算、多次查表的過程,對設計人員來說,既繁瑣又容易出錯。

2 方形補償器電算表

首先要說明的是:本文所討論的方形補償器電算表,完全是依照傳統(tǒng)的計算以及選型方式而設計的。利用計算機的方便使得設計人員可以減少很多的工作量,并提高設計質量。

方形補償器電算表是一個具有表頭的空的電子表格文件(如表1所示)。設計人員只要在指定列中輸入所需的已知條件,所有相關的計算結果便立即顯示出來。

在“補償器名稱”列中,設計人員可根據(jù)具體情況給具有相同中心線的補償器統(tǒng)一命名,這樣可方便查找和修改。

在“管道外徑”列中,每個單元格都設置了一個下拉列表,設計人員可從中選擇補償器所處管道的管徑。設置成下拉列表形式,一是可以方便輸入,二是可避免數(shù)字輸入錯誤,因為計算過程中所涉及到的管徑都是與管徑列表中的數(shù)值鏈接的,如果輸入值與管徑列表中的值不符,程序將會出現(xiàn)錯誤。

“管道壁厚”、“管道長度”及“工作溫度”三列均為已知數(shù)據(jù)列,可按實際情況如實輸入。

當前述四列輸入完成后,“溫差”、“熱伸長”兩列的值便自動計算出來了(其中管道的安裝溫度按常規(guī)的-5℃設計)。此時,在“補償器計算尺寸”列中的“類型”單元格中選擇適當?shù)念愋椭?1～4中的任意值),補償器的尺寸就自動的計算完畢,并顯示在“補償器計算尺寸”列中。

若處在同一中心線上的補償器有多個(見圖1),這種情況下需要外側補償器的橫梁加長。實際補償器的尺寸不可能是前列所示的計算值,需要視管道的具體情況確定。電算表中設計了“補償器實際尺寸”列,用來輸入最終確定的補償器尺寸。因為表中的補償器順序可按管道的實際布置情況排列,所以每一個補償器的實際尺寸的確定都可以參考前一個(內側的)補償器來進行,操作起來比較方便。另外“補償器實際尺寸”列還設有糾錯功能,一旦輸入的實際值小于計算值,計算機將會出現(xiàn)提示,限制錯誤數(shù)據(jù)的輸入。

圖1 同一中心線上的多個補償器

當上述內容完成后,彈性力自動計算出來,顯示在“彈性力”列中。因為補償器尺寸有計算值和實際值兩種,所以彈性力也依此分為計算值和實際值兩列?？蓞⒖急碇械闹堤岢鲈撗a償器對固定支架所形成的彈性力。作為土建條件在計算管架綜合受力時使用。

表1中的許用應力“σ”和“斷面抗彎距W”、“內徑”以及“固定點間最大允許距離”均自動生成。

表1 方形補償器電算表

需要指出的是:該電算表編制的依據(jù)是目前手頭能夠查到的手冊上的資料,管徑必須為“管道外徑”下拉列表中的值;電算表中熱伸長最大值為250 mm。如果工作溫度過高造成熱伸長超過此最大值,則該補償器的計算將沒有結果。雖然在一定范圍內可通過減小管道長度的方法來減小熱伸長量,但畢竟有限。所以本程序較適合于管徑不是太大且溫度不是太高的情況。

3 結 論

通過上述介紹可知:利用電算表進行方形補償器選型有以下好處:①計算速度快;②計算結果相對準確,可避免手算出現(xiàn)的計算錯誤;③免去查表過程,電算表中的計算值都是與后臺列表中的值鏈接的,參數(shù)一經(jīng)選擇(如選擇了某一個管徑)與其相關的數(shù)據(jù)便立即被提取。不必象以往那樣每個補償器都要去查一次表;④可以將同一處的補償器作為一組考慮,這樣橫梁放大比較方便,如果此處增減管道,修改起來也相對容易一些;⑤該電算表有一定的糾錯功能,可避免管徑值輸入錯誤;可防止兩固定支架間距離過大;如果選擇實際尺寸時出現(xiàn)筆誤(如實際選擇的外伸臂比理論計算值小),程序可出現(xiàn)提示,限制錯誤數(shù)據(jù)的輸入。

該程序是利用Excel進行編制的,使用起來非常方便,不必再為計算機添加任何其他軟件。也許在一些大型的綜合性軟件中也包含這部分內容,但大型的綜合性軟件價格較高,且適合自己的內容又可能很少,所以對于沒有此類軟件的設計人員來說,該電算表應該算是一個很小的但比較適用的程序。

TQ055.8

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1005-8370(2010)02-28-03

2009-10-23