利用Excel编制方型补偿器选型电算表

郭鹏辉

(大连化工研究设计院,辽宁 大连 116023)

利用Excel编制方型补偿器选型电算表

郭鹏辉

(大连化工研究设计院,辽宁 大连 116023)

利用Excel电子表格提供的功能,可在一张表格中一次完成方形补偿器选型及弹性力计算。省去了热伸长计算、外伸臂及横梁查表以及弹性力计算等过程,管道多时尤其显出其优越性。表中设计了分组计算功能,当外管架上需要增减管道时,可在表格中预留位置,使得处在同一中心线上的补偿器集中显示,便于观察调整。表中设计了计算值及实际值,可根据理论计算结果直接选定实际需要的数据。由于设计了分组计算功能,为固定点推力计算提供了方便。表中还给出了所计算管道的固定支架最大间距,便于设计人员确定固定支架的位置。所有计算结果一目了然,使得查找、修改、校核更加方便。

方形补偿器;电算表;查表选型;推力计算

管道受热膨胀会引起变形,这在热力管道设计过程中,是肯定要遇到的问题,通常的解决办法就是在管路上设置补偿器。通过补偿器变形来吸收管道受热伸长部分。而方形补偿器则是其中最常见的一种。方形补偿器具有加工方便、轴向推力小、不需经常维修等优点。尽管占地面积较大,但还是一种很受欢迎的补偿器。

在方形补偿器设计过程中,需要计算热伸长量,再通过查表才能确定补偿器的尺寸。如果补偿器的个数不多还可以,假如需要设计的补偿器很多,比如在工艺的外管架设计过程中,补偿器通常都比较多,这时如果一个一个地计算、查表,工作量会很大,而且容易出错。能否利用计算机编制一个电算表来解决这些问题呢?作者开始尝试利用Excel编制方形补偿器的电算表,目前已经可以利用该电算表在一定范围内进行方形补偿器的选型计算。

1 传统选型过程介绍

通常补偿器的选型计算包括以下几个步骤:

1)根据管道的公称直径,查取方形补偿器两端固定支架间的最大距离,从而确定该补偿器两端固定支架的位置。得到计算需要的管段长度L。

2)查取管材在设计温度时的线膨胀系数α。

3)根据热媒温度及管道安装温度,计算其温差△t。

4)根据公式 △L=α·L·△t计算管段的热伸长量。

5)根据管道所处的环境,选择方形补偿器的型号(外伸臂与横梁之间的比例关系)。

6)根据计算得到的热伸长量△L以及所选的型号,从方形补偿器选用尺寸表中查取所在管径对应的补偿器的尺寸(横梁长度a、外伸臂长b及弯头的曲率半径R)。

7)按公式 Px=σ·W/b计算补偿器的弹性力,或直接查表获取补偿器的弹性力估算值。

8)如果水平敷设的管道不止1根,则须按管道布置的实际情况,将外侧布置管道的补偿器尺寸进行放大。

可见,当水平布置的管道数量较多时,(象工艺外管架管道的设计),会出现多次计算、多次查表的过程,对设计人员来说,既繁琐又容易出错。

2 方形补偿器电算表

首先要说明的是:本文所讨论的方形补偿器电算表,完全是依照传统的计算以及选型方式而设计的。利用计算机的方便使得设计人员可以减少很多的工作量,并提高设计质量。

方形补偿器电算表是一个具有表头的空的电子表格文件(如表1所示)。设计人员只要在指定列中输入所需的已知条件,所有相关的计算结果便立即显示出来。

在“补偿器名称”列中,设计人员可根据具体情况给具有相同中心线的补偿器统一命名,这样可方便查找和修改。

在“管道外径”列中,每个单元格都设置了一个下拉列表,设计人员可从中选择补偿器所处管道的管径。设置成下拉列表形式,一是可以方便输入,二是可避免数字输入错误,因为计算过程中所涉及到的管径都是与管径列表中的数值链接的,如果输入值与管径列表中的值不符,程序将会出现错误。

“管道壁厚”、“管道长度”及“工作温度”三列均为已知数据列,可按实际情况如实输入。

当前述四列输入完成后,“温差”、“热伸长”两列的值便自动计算出来了(其中管道的安装温度按常规的-5℃设计)。此时,在“补偿器计算尺寸”列中的“类型”单元格中选择适当的类型值(1～4中的任意值),补偿器的尺寸就自动的计算完毕,并显示在“补偿器计算尺寸”列中。

若处在同一中心线上的补偿器有多个(见图1),这种情况下需要外侧补偿器的横梁加长。实际补偿器的尺寸不可能是前列所示的计算值,需要视管道的具体情况确定。电算表中设计了“补偿器实际尺寸”列,用来输入最终确定的补偿器尺寸。因为表中的补偿器顺序可按管道的实际布置情况排列,所以每一个补偿器的实际尺寸的确定都可以参考前一个(内侧的)补偿器来进行,操作起来比较方便。另外“补偿器实际尺寸”列还设有纠错功能,一旦输入的实际值小于计算值,计算机将会出现提示,限制错误数据的输入。

图1 同一中心线上的多个补偿器

当上述内容完成后,弹性力自动计算出来,显示在“弹性力”列中。因为补偿器尺寸有计算值和实际值两种,所以弹性力也依此分为计算值和实际值两列。可参考表中的值提出该补偿器对固定支架所形成的弹性力。作为土建条件在计算管架综合受力时使用。

表1中的许用应力“σ”和“断面抗弯距W”、“内径”以及“固定点间最大允许距离”均自动生成。

表1 方形补偿器电算表

需要指出的是:该电算表编制的依据是目前手头能够查到的手册上的资料,管径必须为“管道外径”下拉列表中的值;电算表中热伸长最大值为250 mm。如果工作温度过高造成热伸长超过此最大值,则该补偿器的计算将没有结果。虽然在一定范围内可通过减小管道长度的方法来减小热伸长量,但毕竟有限。所以本程序较适合于管径不是太大且温度不是太高的情况。

3 结 论

通过上述介绍可知:利用电算表进行方形补偿器选型有以下好处:①计算速度快;②计算结果相对准确,可避免手算出现的计算错误;③免去查表过程,电算表中的计算值都是与后台列表中的值链接的,参数一经选择(如选择了某一个管径)与其相关的数据便立即被提取。不必象以往那样每个补偿器都要去查一次表;④可以将同一处的补偿器作为一组考虑,这样横梁放大比较方便,如果此处增减管道,修改起来也相对容易一些;⑤该电算表有一定的纠错功能,可避免管径值输入错误;可防止两固定支架间距离过大;如果选择实际尺寸时出现笔误(如实际选择的外伸臂比理论计算值小),程序可出现提示,限制错误数据的输入。

该程序是利用Excel进行编制的,使用起来非常方便,不必再为计算机添加任何其他软件。也许在一些大型的综合性软件中也包含这部分内容,但大型的综合性软件价格较高,且适合自己的内容又可能很少,所以对于没有此类软件的设计人员来说,该电算表应该算是一个很小的但比较适用的程序。

TQ055.8

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1005-8370(2010)02-28-03

2009-10-23