火电厂汽水管道应力三维实时分析技术研究

发表时间:2019/12/18   来源:《基层建设》2019年第26期   作者:董韶宜
[导读] 摘要:随着精细化设计要求不断深化,三维设计成为电厂设计的主流方向。
        山东电力工程咨询院有限公司  山东济南  250013
        摘要:随着精细化设计要求不断深化,三维设计成为电厂设计的主流方向。管道应力分析作为管道布置的核心技术,脱离在三维设计平台之外。该技术将应力分析与三维设计平台充分结合,达到汽水管道应力三维实施分析效果。该技术解决了三维模型与管道计算模型两次建模、热态管道不在设计平台中,应力分析过程无法备案等问题,实现了计算设计一次建模、热态管道三维在线、实现分析过程全可追溯等功能。
        关键词:一次建模;三维在线;过程追溯
        1.研究背景
        火电厂汽水管道应力分析主要使用GLIF和CII。在数字化设计PDMS三维平台上,虽然打通与计算平台的接口,但是仍然没有解决两边修改模型的情况。另一个方面,热态模型CⅡ有,只是热态模拟,可以表示出管道热膨胀的方向,但是脱离设计项目,无法对设计提供更多的支持。第三个方面,管道应力分析,没有历史追溯功能,想查看之前的计算结果只能手动改回去,没有记录功能,校核人无法了解设计的过程。总结为,模型两次建,热态不在线,过程无备案。因此展开火电厂汽水管道应力三维实时分析技术研究。
        2.解决方案
        火电厂汽水管道应力三维实时分析技术,解决了三维模型与管道计算模型两次建模、热态管道不在设计平台中,应力分析过程无法备案等问题,实现了计算设计一次建模、热态管道三维在线、实现分析过程全可追溯等功能。
        3.技术原理
        将PDMS模型与管道应力计算的数据对接,实时进行管道应力计算、可视化计算结果调整和管道布置优化,实现计算设计一次建模。
        将PDMS模型与热态计算数据对接,通过曲线拟合方式确定全部管件位置,在PDMS平台中建立热态管道模型,可视化应力结果分析,参与项目碰撞检查,实现热态管道三维在线设计。
        建立了管道模型、计算结果和热态模型历史记录数据库,将其与PDMS对接,实现PDMS中管道应力分析全过程可追溯,提供可视化管道布置设计方案对比。
        4.关键技术
        4.1通过应力实时在线分析,实现计算设计一次建模。
        设计模型带有计算数据,设计模型就是计算模型,可以实时进行应力分析。应力分析后,可以在设计平台中实时查看应力分析结果,分析结果,除了传统的查看方式,我们在三维模型中的节点上,也标识了主要的应力分析数据。设计平台中可视化调整模型,准确布置定位。
        市面上主流的应力分析软件有GLIF和CII,将哪个软件集成到PDMS中,是我们要解决的第一个问题。经过与CII软件厂家联系,得知CII没有对外开放的接口,无法跨过建模直接调用计算模块,而且他们公司也没有计划将CII集成到设计平台中。GLIF支持.NET开发,因此我们最终选择将GLIF集成到PDMS平台中。使用.NET做PDMS平台和GLIF的纽带,将传统人工填写GLIF计算书的过程,用程序自动完成,可以PDMS直接做管道应力分析。将GLIF完整的集成到PDMS,为计算结果的准确性提供了保证。根据GLIF计算的要求,将管道特性、端点热位移、三通应力增强系数和截面特性记录等信息添加到PDMS模型中。

计算结果有三维和二维两种查看方式,二维又分为全部查看和摘要查看两部分,摘要部分收录了接口推力/推力距、支吊架节点位移/弹簧选型表、支吊架节点荷载表、最大应力表等主要应力分析结果,方便设计人员查看。
        4.2 通过建立管道热态模型,实现热态管道三维在线。
        热态模型能够直观的表示出热膨胀情况,辅助设计人员优化应力分布,在实际的三维项目中可以查看空间情况,查看哪里适合做限位或者固定支架。热态模型查看空间,可以优化管道布置。有些管道冷态无碰撞但是热态会有些碰撞,通过在实际工程中对热态管道进行空间检查,能够发现碰撞并消除。
        热态管道显示方案是重新建立一根热态管道模型,让热态冷态同时存在。管道建立方式有两种:1)使用管道建立,模型量级小,加载运行速度快,但是只能显示弯头的热位移状况,无法显示管口、支吊架节点的细节变化。2)使用小球堆积建立,模型量级大,加载运行速度慢,能够显示所有节点的热位移变化情况。后经过调研和对PDMS功能的挖掘,发现一种新式元件,使用它代替传统的支吊点,既可以显示出支吊点的热位移情况,又能保证模型加载运行速度。
        建立热态管道管口模型数据库。管口模型采用专用的形式,热位移数据直接读取计算书中端点热位移数据,在原有模型的基础上增加热位移偏量。建立热态管道弯头模型数据库。弯头模型采用专用的形式,热位移数据计算时在管道弯头附近增加附加点,从计算书中读取该点热位移数据,再结合支吊点热位移,使用拟合曲线的方式将弯头热位移数据计算出来。随后在原有模型基础上增加热位移偏量。建立热态管道支吊点模型数据库。支吊点模型采用专用的形式,直接读取计算书中端点热位移数据,在原有模型的基础上增加热位移偏量。
        4.3 通过自主记录历史数据,实现分析过程全可追溯。
        建立了管道模型、计算结果和热态模型历史记录数据库,将其与PDMS对接,实现PDMS中管道应力分析全过程可追溯,提供可视化管道布置设计方案对比,提高设计效率和质量。
        设计人员将汽水管道应力分析调整到一个比较理想的状态时,就可以保存下来,通过对比多个方案,可以选出最优方案。校核人也能够通过历史记录,了解设计人设计的过程,提高校核效率。应力分析记录,保存了设计模型、应力分析结果和热态模型。
        管道模型、与其关联的支吊架模型、热态模型、应力分析计算书等内容保存下来。对应力分析记录进行权限管理,管道设计用户拥有储存、读取和删除的全部权限,其他用户只拥有读取权限。将管道模型、与其关联的支吊架模型、热态模型、应力分析计算书等内容保存到服务器上。权限管理,管道设计用户有此项权限。将所选记录的管道模型、与其关联的支吊架模型、热态模型、应力分析计算书等内容从服务器上还原,确保模型中管道唯一。权限管理,所有用户都有此项权限。删除应力分析记录。权限管理,管道设计用户有此项权限。
        5.总结
        技术实现了:模型一次建,热态做上线,过程可追溯。通过应力实时在线分析,实现计算设计一次建模。将PDMS模型与管道应力计算的数据对接,实时进行管道应力计算、可视化计算结果调整和管道布置优化,实现计算设计一次建模,缩短应力分析周期33%,工程设计效率有效提升。通过建立管道热态模型,实现热态管道三维在线。将PDMS模型与热态计算数据对接,通过曲线拟合方式确定全部管件位置,在PDMS平台中建立热态管道模型,实现了热态管道三维在线设计,可视化应力结果分析,参与项目碰撞检查,消除90%热态碰撞,工程设计质量大幅提升。通过自主记录历史数据,实现分析过程全可追溯。建立了管道模型、计算结果和热态模型历史记录数据库,将其与PDMS对接,实现PDMS中管道应力分析全过程可追溯,提供可视化管道布置设计方案对比,提高设计效率和质量。
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