CN102296868A - 自适应带颈法兰制造方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自适应带颈法兰制造方法和系统。所述系统包括：第一获取装置，获取钢管塔中的钢管直径、壁厚和型号；第二获取装置，根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数；第三获取装置，获取所配置的带颈法兰的强度裕度；确定装置，基于所述比例参数和强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值；计算装置，计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数；以及制造装置，根据带颈法兰规格参数制造带颈法兰。该系统避免了按钢管100％设计承载力计算法兰所产生的设计裕度较大的问题，提高了带颈法兰设计的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路领域，并且，更具体地，本发明涉及输电线路钢管塔中的法兰节点的制造方法和系统。
背景技术
工程设计中通常取连接钢管的轴力作为法兰计算的设计荷载，由此每次法兰设计均需要读取计算文件中相应连接钢管的轴力；随着钢管塔在输电线路的广泛应用，法兰设计量大幅增加，该方法无疑增加了设计人员的工作量。
我国输电线路钢管塔主材连接常用有加劲法兰和无加劲法兰，带颈法兰为一种新型的法兰连接型式，依托特高压工程将首次在我国输电线路钢管塔上应用。作为新型输电钢管塔节点型式的带颈法兰，我国刚刚开始相关应用研究。为了提高输电线路钢管塔设计效率，促进钢管塔新型带颈法兰节点设计的标准化、系列化进程，目前将连接钢管的100％设计承载力作为带颈法兰计算的设计荷载。
带颈法兰在输电线路钢管塔中常用于塔身主材连接，根据钢管塔结构设计经验可知，塔身主材常由压力控制，即主材所受拉力小于压力；据不完全统计，主材拉力约占钢管设计承载力的比例一般不超过80％。带颈法兰设计通常由拉力控制，由此可知，若按现行法兰设计方法以钢管的100％设计承载力作为带颈法兰计算的设计荷载，设计裕度过大，造成了一定程度的浪费。
因此，需要提出一种新的技术来解决上述现有技术中的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新型的自适应带颈法兰制造方法和系统，以避免按钢管100％设计承载力计算法兰所产生的设计裕度较大的问题，从而提高带颈法兰设计的经济性，也令法兰设计者具有更多且合理的选择。
根据本发明的一个方面，提供一种自适应带颈法兰制造方法，所述方法包括：获取钢管塔中的钢管的直径、壁厚和型号；根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数；获取所配置的带颈法兰的强度裕度；基于所述比例参数和所述强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值；计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数；以及根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。
根据本发明的另一方面，提供一种自适应带颈法兰制造系统，所述系统包括：第一获取装置，获取钢管塔中的钢管的直径、壁厚型号；第二获取装置，根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数；第三获取装置，获取所配置的带颈法兰的强度裕度；确定装置，基于所述比例参数和所述强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值；计算装置，计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数；以及制造装置，根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。
优选地，预选强度级别包括100％、85和70％。
优选地，钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数与钢管的直径和壁厚相关联地存储在数据库中。
优选地，所述带颈法兰的规格参数包括：法兰盘外径、螺栓定位圆直径、法兰内径、法兰与钢管的焊接端外径、法兰颈根部直径、法兰盘厚度、法兰高度、螺栓孔径、法兰直颈段高度、法兰直颈段厚度。
本发明的一个优点在于，本发明所述的自适应带颈法兰制造方法和系统，不需要在每个法兰的设计和制造过程中逐一进行设计计算，而是基于连接钢管的强度分成多个级别来配置相应的法兰规格以供选用，与法兰标准化、系列化的设计理念保持了一致。
由于该方法和系统选用了多个强度级别，因此本发明的另一优点在于：其避免了按钢管100％设计承载力计算法兰所产生的设计裕度较大的问题，提高了带颈法兰设计的经济性，也令法兰设计者具有更多且合理的选择。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示出带颈法兰的剖面视图。
图2是示出根据本发明的一种实施方式的自适应带颈法兰制造系统的框图。
图3是示出根据本发明的一种实施方式的自适应带颈法兰制造方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
带颈法兰为一种新型的法兰连接型式，依托特高压工程将首次在我国输电线路钢管塔上应用。带颈法兰在输电线路钢管塔中常用于塔身主材连接。图1是示出带颈法兰的剖面视图。带颈法兰的主要规格参数包括：法兰盘外径1、螺栓定位圆直径2、法兰内径3、法兰与钢管的焊接端外径4、法兰颈根部直径5、法兰盘厚度6、法兰高度7、螺栓孔径8、法兰直颈段高度9以及法兰直颈段厚度10。根据这些参数可制造带颈法兰。
图2是示出根据本发明的实施方式的自适应带颈法兰制造系统100的框图。所述自适应带颈法兰制造系统100包括：第一获取装置110、第二获取装置120、第三获取装置130、确定装置140、计算装置150以及制造装置160。
第一获取装置110获取钢管塔中的钢管的直径和壁厚210以及型号信息270。作为示例，上述信息可以从钢管塔的配置文件中读取，也可以由用户手动输入。第一获取装置110将所获取的钢管的直径和壁厚210发送到第二获取装置120。第二获取装置120根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数220。
根据国家电网公司企业标准的钢管规格库，针对所有管径及所有壁厚的钢管规格，统计了所有管径、所有壁厚的钢管轴向承载力；由于法兰连接的受力是由轴向拉力来控制，因此，法兰分级配置的级别也主要根据法兰所连接的钢管轴向拉力来确定。根据钢管塔结构设计中法兰连接的钢管塔主材轴心拉力的统计规律，并以每种管径中的最大壁厚的钢管轴向承载力为基准，得到了所有管径、所有壁厚的钢管轴心拉力的比例数据，如下表所示，分别为大、小两种管径的数据示例。
| 规格 | 管径 | 壁厚 | 比例 | 规格 | 管径 | 壁厚 | 比例 |
| D356x6 | 356 | 6 | 0.41 | D813x16 | 813 | 16 | 0.57 |
| D356x7 | 356 | 7 | 0.47 | D813x18 | 813 | 18 | 0.60 |
| D356x8 | 356 | 8 | 0.54 | D813x20 | 813 | 20 | 0.67 |
| D356x10 | 356 | 10 | 0.67 | D813x22 | 813 | 22 | 0.74 |
| D356x12 | 356 | 12 | 0.80 | D813x24 | 813 | 24 | 0.80 |
表1不同规格的钢管管径、壁厚与轴向拉力占其轴向承载力的比例关系
如上表所示，在优选实现方式中，钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数与钢管的直径和壁厚相关联地存储在数据库中。第二获取装置120通过利用钢管的直径和壁厚检索数据库来获取钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数。
第三获取装置130获取所配置的带颈法兰的强度裕度230。该强度裕度230可从钢管塔配置文件中读取，也可以由用户手动输入。所述强度裕度是为了整个系统的安全使用而设定的。
第二获取装置120和第三获取装置130分别将钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数220和所配置的带颈法兰的强度裕度230提供给确定装置140。确定装置140，基于所述比例参数220和所述强度裕度230自适应地确定所述带颈法兰的强度级别。所述强度级别是设计承载力与最大承载力之比。
根据所有规格的轴心拉力所占其管径最大壁厚的轴向承载力的比值，在优选实现方式中，设置100％、85％和70％这三个预选的强度级别。
确定这三个预选的强度级别的好处主要如下：
(1)不需要在每个法兰的设计中逐一进行计算，并且三个级别的划分即可涵盖所有钢管规格，与法兰标准化、系列化的设计理念保持了一致。
(2)分成三个强度级别，避免了按钢管100％设计承载力计算法兰所带来的设计裕度较大的问题，经济性比较显著。
(3)通常钢管塔的法兰连接(尤其是带颈法兰连接)基本都用在塔身主材，且主材钢管的受力较大，因此，常用的强度等级都集中在85％左右；而70％以下级别的设置，则主要兼顾了少数薄壁钢管，而由于径厚比限制实际设计中用的并不多。
确定装置140利用第二获取装置120所提供的比例参数220和第三获取装置130所提供的强度裕度230确定所述带颈法兰的强度级别240，使得所述强度级别240是预选的强度级别中大于等于所述比例参数220与所述强度裕度240之和的最小值。例如，如果第二获取装置120所提供的比例参数220为0.68，而强度裕度230为0.05，二者之和为73％，则选择85％的强度级别。
确定装置140将所确定的强度级别240提供给计算装置150；而第一提供装置也将钢管的型号信息270提供给计算装置150。计算装置150计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数250。计算装置150根据所述强度级别和钢管的直径计算带颈法兰规格参数250的技术是本技术领域所公知的，在此不再赘述。
计算装置150将所计算的带颈法兰规格参数250提供给制造装置160。制造装置160根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。制造装置160根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰的技术是本技术领域公知的，在此也不再赘述。
图3是示出根据本发明的一种实施方式的自适应带颈法兰制造方法的流程图。首先，在步骤310中，获取钢管塔中的钢管的直径和壁厚。在步骤320中，根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数。在步骤330中，获取所配置的带颈法兰的强度裕度。在步骤340中，基于所述比例参数和所述强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值。在优选实现方式中，根据实际工程需要，设置有100％、85％和70％这三个预选的强度级别。在步骤350中，计算与所述强度级别和钢管的直径相对应的带颈法兰规格参数。在步骤360中，根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。
为了进一步说明自适应带颈法兰制造方法和系统的优点，现以Q345强度等级的钢管Φ377×14为例，分别按照该钢管设计强度的100％、85％及70％三个级别进行带颈法兰设计计算，得到三种强度级别对应的带颈法兰规格。随着设计强度百分比的降低，相应带颈法兰的尺寸及螺栓规格均有所减小，用钢量随之减少，经计算，100％、85％及70％三个强度级别带颈法兰重量的比值依次为1、0.75、0.63。由此可知，对于一个轴力约为70％设计强度的钢管，选择级差配置70％强度的带颈法兰将比原来选择100％强度的法兰可节省重量超过30％，经济性显著。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种自适应带颈法兰制造方法，其特征在于，所述方法包括：
获取钢管塔中的钢管的直径、壁厚和型号；
根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数；
获取所配置的带颈法兰的强度裕度；
基于所述比例参数和所述强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值；
计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数；以及
根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预选强度级别包括100％、85和70％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数与钢管的直径和壁厚相关联地存储在数据库中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述带颈法兰的规格参数包括：法兰盘外径、螺栓定位圆直径、法兰内径、法兰与钢管的焊接端外径、法兰颈根部直径、法兰盘厚度、法兰高度、螺栓孔径、法兰直颈段高度、法兰直颈段厚度。
5.一种自适应带颈法兰制造系统，其特征在于，所述系统包括：
第一获取装置，获取钢管塔中的钢管的直径、壁厚和型号；
第二获取装置，根据钢管的直径和壁厚获取所述钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数；
第三获取装置，获取所配置的带颈法兰的强度裕度；
确定装置，基于所述比例参数和所述强度裕度自适应地确定所述带颈法兰的强度级别，使得所述强度级别是预选的强度级别中大于等于所述比例参数与所述强度裕度之和的最小值；
计算装置，计算与所述强度级别和钢管的型号相对应的带颈法兰规格参数；以及
制造装置，根据所述带颈法兰规格参数制造带颈法兰。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，预选强度级别包括100％、85和70％。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，钢管的轴向拉力占其轴向承载力的比例参数与钢管的直径和壁厚相关联地存储在数据库中。
8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述带颈法兰的规格参数包括：法兰盘外径、螺栓定位圆直径、法兰内径、法兰与钢管的焊接端外径、法兰颈根部直径、法兰盘厚度、法兰高度、螺栓孔径、法兰直颈段高度、法兰直颈段厚度。
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