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膨胀节的一体化设计——CAD软件包

  膨胀节的一体化设计CAD软件包何锐裕( 无锡市波纹管厂,江苏无锡214028)摘要:本文阐述了波纹管的设计、膨胀节的结构设计和膨胀节的选型。用FORTRAN语言编写CAD软件包,一次性输入数据,就可以输出计算稿和施工图。关键词:膨胀节;波纹管;结构;选型;施工图Uni fi eddesi gnofexpansi on j oi ntCADsoftwarepackagel Ienl i 一”( WuxiRi ppl eTubeFactory 214028)Abstract:Thi spaper expati atedthedesi gnofbel l ows,Desi gnofexpansi on j oi nt confi gurati onand Sel ecttypeofexpansi on j oi nt.AreCAD softwarepackagewri tei n、Fortranl anguage,andi fyou i nputdata atonce,theyCan outputthe resul t andshop drawi ng.Key Words:Expansi on j oi nt,Bel l ows,Confi gurati on,Sel ect type,shop drawi ng.1 CAD软件包的内容1.1波纹管的设计计算1.1.1优化设计①计算方法的选择目前国内膨胀节行业和国家标准中,多数采用美国膨胀节制造商标准(驯)的计算方法,CAD软件包也采用这种方法,容易建立函数,这是编制膨胀节CAD软件包的有利条件。因此该软件包也采用这种计算方法。②优化目标的选择波纹管的主要性能包括补偿量、刚度、耐压强度、稳定性、疲劳寿命等,此外,还应该是经济成本低廉,制造容易、质量轻。如果同时选择多个优化目标,则费时过多,有时甚至不能求解。因此,要对每个优化目标进行分析,分清主要目标和次要目标,甚至淘汰一些目标。例如,对于质量,由于波纹管的壁厚一般都比较小,质量本来就比较小,一而且它在整个膨胀节中所占的比例非常小,因此,优化时可以忽略。对于疲劳寿命,它与补偿量是对立的,疲劳寿 24命越大,补偿量就越小,因此波纹管的疲劳寿命要综合考虑使用场合的各种因素,选用能满足使用要求的较低的疲劳寿命,以得到较大的补偿量。或参照表1的推荐值选用。耐压强度和稳定性能只要能满足使用要求就可以,要求过高会使壁厚增加,补偿量减少。因此,一个性能优良、经济的波纹管,应该是在满足强度、稳定性和疲劳寿命要求的前提下,补偿量最大、刚度最小。即选择单波补偿量和刚度作为优化目标就相当满意了。③优化设计计算函数的建立在满足强度、稳定性和疲劳寿命要求的条件下,分别列出补偿量和刚度函数,求补偿量的最大值和刚度的最小值,两者交点处的波形参数,即为优化的波形参数。1.1.2准优化设计准优化设计是指选择最重要的指标补偿量,作为主优化目标,并建立补偿量的函数( 每层的最小厚度根据材料标准选择,为了降低制造成本限定最多层数) ,求最大值。如果计算结果的刚度不能满足要求,应重新选定每层的最小厚度和 最多层数,重新计算。目前国内膨胀节行业中,普遍采用行业和国家标准或企业标准,已制造了相当数量模具,因此,在准优化设计中,往往把波纹管的波距也假定为常数,即在满足强度、稳定性和疲劳寿命要求的前提下,选择适当的波高、每层厚度、层数,使其补偿量最大,这样得到的波形参数就是一个准优化的波形参数,是比较实用的设计方法。1.1.3膨胀节CAD的实用化在上述的准优化设计中,一些参数和系数的选择,对膨胀节的性能和制造成本影响很大。如果在编写程序时,能把一些成熟的经验汇编其中,并在用户输人每一项数据时,都提供在线帮助,用户就能方便地输入比较合理和正确的数据,即使有错误,程序也能判别,并提示修改或自动修正。使其结果更合理、更安全。程序的功能,不仅要能进行设计,还要能进行校核,并能把波纹管的设计计算、结构计算、选型计算、管架受力计算和绘制施工图等有机地联系在一起。只要用户输完数据,程序就能够自动地完成上述功能,并输出计算稿和施工图。上述内容是膨胀节CAD实用化的基本内容,以下分别进行介绍。1.2膨胀节的选型及其位移计算和管架受力计算首先根据配管的条件,选择合适的膨胀节类型,然后计算位移,确定膨胀节的结构。并计算出膨胀节内压产生的盲板力、位移产生的弹性反力和管架的推力,为膨胀节的结构设计和管架设计提供依据。1.3膨胀节的结构计算根据膨胀节的类型,对其受力构件进行强度计算,例如,横向位移膨胀节的拉杆、带筋法兰或支耳等;角位移膨胀节的拉板、支板、铰链销、平衡环等;同时,还要对构件与壳体(接管管壁)的局部应力进行校核,确定结构的最小尺寸,为绘图提供数据。1.4膨胀节的施工图设计膨胀节的施工图设计,应标明件号、注出尺寸、形成明细表、画出总图和非标准的零部件图,以及注出图面技术要求。2膨胀节CAD软件包的界面设计和接口技术2.1界面设计界面设计应能实现人机对话,提供在线帮助,用户可以方便地输入或修改数据。2.2接口技术本软件是通过DXB文件,实现应用程序与Auto CAD的连接,并写出SCR处理文件,由AutoCAD自动调入。3膨胀节设计示例3.1设计条件设计温度t设计压力P许用疲劳寿命[N]疲劳寿命安全系数K波纹管材料波纹管材料强度系数c。波纹管材料许用应力[ d]波纹管焊接系数Cwb波纹管材料弹性模量Eb热态波纹管材料弹性横量助冷态波纹管材料冷作硬化后的屈服极限a。法兰、套砸材料:法兰、套砸材料许用应力法兰、套箍材料弹性模量Ec套箍焊接系数Cwc螺栓材料螺栓材料许用应力螺栓焊接系数轴向位移侧向位移表1计算结果200℃0.80 MPa4500100Crl 8Ni l 0Ti3.O130船a1.0l 8 舢MPa1贷;000MPa288MPaQ235一A105MPa186000MPa0.85Q235一A62MPa1.0X=30mmY=3mm波根外径 波根内径 波高 波距 每层厚度 层数 单波位移 有效面积 单波刚度 套箍厚度 最高使用ml n nl m rm ml n mi l l m r啪 cm2 N/ml n hi m 压力MPa518 511.6 48.5 50 O.8 4 12.8 2521 溉 O O.8l3.2计算结果( 无加强环) 见表1。在优化计算中没有考虑波纹管直边段的强度,假设直边段的厚度为波形部分的厚度,优化计算后才校核其强度,如果强度不够,再采用增加套箍厚度的办法解决,以上例子中,套箍厚度均为零,可以省去套箍。但是,如果波纹管与端管外接( 见图1( a) ) ,为了防止波纹管在内压的作用下,焊缝的剪切破坏,还是设置套箍为好。如果波纹 25 管与端管内接( 见图1( b) ) ,则端管壁厚可以起到 套箍的作用。波纹管套箍 法兰= 端管( a) 外接 . ( a) 内接图I波纹管与端管的连接3.3波纹管的各种应力( 表2)表2波纹管的各种应力嘶 dl 啦 国晚as a6 靠63.6 65.1 30.6 6.6 226.8 5.7 752.O 921.1表中:d。一压力引起的波纹管直边段周向薄膜应力,MPa一压力引起的套箍周向薄膜应力,MPa02一压力引起的波纹管周向薄膜应力,MPa03一压力引起的波纹管径向薄膜应力,MPam一压力引起的波纹管径向弯曲应力,MPad5一位移引起的波纹管径向薄膜应力,MPa%一位移引起的波纹管径向弯曲应力,MPa咖一波纹管综合应力,MPa程序还可选择输出计算式,供校核用。3.4选型设计选择单式普通型膨胀节位移计算结果( 表3)表3当量 额定各向位移 波数 轴向力 侧向力位移 位移X Y Z N△△ 额定 Fx( kN) Fv( kN)30 3 0 5 53.2 63.6 216.6 10.2注:△ 额定△ 为合格。3.5膨胀节的结构计算( 1) 拉杆直径的计算( 2) 带筋法兰的计算计算结果见图23.6施工图设计( 总图如图2,零件图略)作者简介:何锐裕,男,广东省英德市人。1966年大 26图2学本科毕业后分配到上海化工设计院从事化工设备设计和膨胀节的试验研究、设计和标准的制订工作及相关软件的编制工作。

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