CN110083961B - 汽轮机法兰强度和气密性获取系统 - Google Patents

汽轮机法兰强度和气密性获取系统 Download PDF

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Abstract

汽轮机法兰强度和气密性获取系统，涉及机械工程领域。本发明是为了解决现有获得汽轮机的法兰强度和气密性的方式复杂且结果准确性差，影响整个汽轮机的设计问题。法兰区域划分模块，用于设置法兰参数输入区域和法兰输出结果区域；法兰数据输入模块，用于按照法兰图纸上的法兰参数尺寸将法兰参数尺寸输入到法兰参数输入区域；法兰数据处理模块，内含法兰应力处理算法，用于对输入的法兰参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果；法兰数据输出模块，用于在法兰输出结果区域显示法兰应力，从而获取法兰强度和气密性，还具有将法兰应力数据导出和存储的功能。它用于得出汽轮机法兰强度和气密性。

Description

汽轮机法兰强度和气密性获取系统
技术领域
本发明涉及汽轮机法兰强度和气密性获取系统。属于机械工程领域。
背景技术
法兰的强度和气密性计算在汽轮机设计中占有很重要的地位，每台机组在图纸设计过程中都要对法兰的强度以及气密性进行计算，更要给设计院提供法兰接口处的最大合力和合力矩，然而汽轮机的法兰强度和气密性，没有完整的计算方法，现存的计算方法公式多而复杂，并且每次新员工进组学习,计算方都需要研究大量的计算资料，且计算方法不统一、不规范，也使得校核工作很困难，计算起来费时费力，也浪费了宝贵的人力，影响整个机组的设计进度。
发明内容
本发明是为了解决现有获得汽轮机的法兰强度和气密性的方式复杂且结果准确性差，影响整个汽轮机的设计问题。现提供汽轮机法兰强度和气密性获取系统。
汽轮机法兰强度和气密性获取系统，所述系统包括法兰区域划分模块、法兰数据输入模块、法兰数据处理模块和法兰数据输出模块，
法兰区域划分模块，用于设置法兰参数输入区域和法兰输出结果区域；
法兰数据输入模块，用于按照法兰图纸上的法兰参数尺寸将法兰参数尺寸输入到法兰参数输入区域；
法兰数据处理模块，内含法兰应力处理算法，用于对输入的法兰参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果；
法兰数据输出模块，用于在法兰输出结果区域显示法兰应力，从而获取法兰强度和气密性，还具有将法兰应力数据导出和存储的功能。
本发明的有益效果为：
本申请的核心是，通过在程序界面上的法兰数据输入模块输入计算所需数据，通过法兰数据处理模块一键计算出法兰强度是否合格，法兰的气密性是否合格及法兰接口处的最大合力和合力矩。并且法兰数据输出模块设有一键导出计算数据，以及一键导入计算数据的功能，可以存储各机组的计算数据，便于校核人员进行核对工作，方便过往机组计算数据查询。针对考核不合格的法兰设计，给出合理的更改意见。
本申请，不但解决了汽轮机法兰没有完整的法兰强度和气密性获取系统，计算起来费事费力的问题，本申请不但提高了计算结果的准确性，还提高计算效率，并加快整个机组的设计进度。
附图说明
图1为汽轮机法兰强度和气密性获取流程图；
图2为汽轮机法兰强度和气密性获取软件的软件界面图；
图3为对图2中的软件使用的示意图；
图4为法兰的结构示意图；
图5为计算法兰接口处许用力的力的分解结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，所述系统包括法兰计算类型分组模块、法兰数据输入模块、法兰数据处理模块和法兰数据输出模块，
法兰计算类型分组模块，用于设置法兰参数输入区域和法兰输出结果区域；
法兰数据输入模块，用于按照法兰图纸上的法兰参数尺寸将法兰参数尺寸输入到法兰参数输入区域；
法兰数据处理模块，内含法兰应力处理算法，用于对输入的法兰参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果；
法兰数据输出模块，用于在法兰输出结果区域显示法兰应力，从而获取法兰强度和气密性，还具有将法兰应力数据导出和存储的功能。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰参数输入区域包括法兰整体参数输入区域、高压插管法兰参数输入区域和许用力和力矩输入区域。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰整体参数输入区域中的法兰参数包括法兰颈部大端有效厚度、法兰内径、法兰厚度、垫片或连接接触表面的单位压紧力、整个螺栓个数、单个螺栓面积、外部拉力和外部弯矩。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰应力输出结果包括颈部纵向力、法兰径向应力、法兰切向应力、法兰组合应力、外部拉力产生的拉应力、外部弯矩产生的弯应力、外部弯矩产生的切应力、扭转应力、内力对螺栓产生的拉应力。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰数据处理模块还用于检查获得的法兰应力是否合格。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，检查获得的法兰应力是否合格具体为：检查颈部纵向应力、法兰径向应力、法兰切向应力和法兰组合应力是否均小于等于设定温度下法兰材料的许用应力，如果是，则由法兰数据输出模块显示颈部纵向应力、法兰径向应力、法兰切向应力和法兰组合应力合格，如果否，则由法兰数据输出模块显示不合格。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式四所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰应力处理算法内部含有处理软件，用于对法兰的参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果，具体为：
根据输入的法兰颈部大端有效厚度g1和法兰内径B，获得法兰颈部纵向力SH为：
Figure BDA0002050513750000031
式中，f＝1，M0为力矩，L为系数；
根据输入的法兰厚度t和法兰内径B，获得法兰径向应力SR为：
Figure BDA0002050513750000032
式中，e为系数；
根据输入的垫片或连接接触表面的单位压紧力Y、法兰径向应力SR和法兰内径B，获得法兰切向应力ST：
Figure BDA0002050513750000033
式中，Z为系数；
法兰组合应力包括法兰径向组合应力S1和法兰环向组合应力S2，分别为：
Figure BDA0002050513750000034
Figure BDA0002050513750000041
本实施方式中，所需螺栓数量：
Figure BDA0002050513750000042
对于铸铁，由于在紧固螺栓时，为了避免应力过大而损坏法兰，颈部纵向应力SH不得大于Sf，为了减小法兰的开裂，对于铸铁以外的其他材料不得大于Sf；法兰切向应力SR、ST和组合应力S1、S2均不应大于Sf；计算出的所需螺栓个数一定要大于实际螺栓的个数。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式四所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰应力处理算法内部含有处理软件，用于对输入法兰的参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果，具体为：
根据输入的外部拉力Fx、整个螺栓个数N和单个螺栓面积A，获得外部拉力Fx产生的拉应力σ拉：
Figure BDA0002050513750000043
根据输入的外部弯矩My、Mz、单个螺栓面积A、螺栓中心到法兰中心的距离d和法兰螺栓中心圆直径C，获得外部弯矩My、Mz产生的弯应力σ弯：
Figure BDA0002050513750000044
由拉应力σ拉和弯应力σ弯产生的外部合应力σ外：
Figure BDA0002050513750000045
本实施方式中，
Figure BDA0002050513750000046
图5为计算法兰接口处许用力和力矩采用的力的分解图，阀门外部力和力矩是由管道产生，以下部分的最终计算结果主要用于初步提给的阀门与汽缸连接处的许用力和力矩。
阀门外部力和力矩是由管道产生，具体数值由设计院提供，以下部分的最终计算结果主要用于初步提给设计院的阀门与汽缸连接处的许用力和力矩。
假设：
1)Fx、Fy、Fz数值大小相等；
2)Mx、My、Mz数值大小相等；
外部拉力Fx产生的拉应力σ拉：
Figure BDA0002050513750000051
外部弯矩My、Mz产生的弯应力σ弯：
Figure BDA0002050513750000052
由拉应力和弯应力产生的外部合应力
Figure BDA0002050513750000053
Figure BDA0002050513750000054
通过以上公式可以出接口处的许用分力和分力矩和许用合力和合力矩。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式二所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统作进一步说明，本实施方式中，法兰整体参数输入区域中的法兰参数还包括法兰设计压力、法兰外径、法兰颈部小端外径、法兰颈部小端有效厚度、法兰颈部高度、常温喜爱螺栓材料的许用应力、设计温度下螺栓材料的许用应力、螺纹根部直径或无螺纹部分最小直径、螺栓数量垫片外径、垫片内径和垫片系数。

Claims (7)

1.汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，所述系统包括法兰区域划分模块、法兰数据输入模块、法兰数据处理模块和法兰数据输出模块，
法兰区域划分模块，用于设置法兰参数输入区域和法兰输出结果区域；
法兰数据输入模块，用于按照法兰图纸上的法兰参数尺寸将法兰参数尺寸输入到法兰参数输入区域；
法兰数据处理模块，内含法兰应力处理算法，用于对输入的法兰参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果；
法兰数据输出模块，用于在法兰输出结果区域显示法兰应力，从而获取法兰强度和气密性，还具有将法兰应力数据导出和存储的功能；
法兰应力处理算法内部含有处理软件，用于对法兰的参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果，具体为：
根据输入的法兰颈部大端有效厚度g1和法兰内径B，获得法兰颈部纵向力SH为：
Figure FDA0003901641080000011
式中，f＝1，M0为力矩，L为系数；
根据输入的法兰厚度t和法兰内径B，获得法兰径向应力SR为：
Figure FDA0003901641080000012
式中，e为系数；
根据输入的垫片或连接接触表面的单位压紧力Y、法兰径向应力SR和法兰内径B，获得法兰切向应力ST：
Figure FDA0003901641080000013
式中，Z为系数；
法兰组合应力包括法兰径向组合应力S1和法兰环向组合应力S2，分别为：
Figure FDA0003901641080000014
Figure FDA0003901641080000021
法兰应力处理算法内部含有处理软件，用于对输入法兰的参数尺寸进行处理，获得法兰应力输出结果，具体为：
根据输入的外部拉力Fx、整个螺栓个数N和单个螺栓面积A，获得外部拉力Fx产生的拉应力σ拉：
Figure FDA0003901641080000022
根据输入的外部弯矩My、Mz、单个螺栓面积A、螺栓中心到法兰中心的距离d和法兰螺栓中心圆直径C，获得外部弯矩My、Mz产生的弯应力σ弯：
Figure FDA0003901641080000023
由拉应力σ拉和弯应力σ弯产生的外部合应力σ外：
Figure FDA0003901641080000024
2.根据权利要求1所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，法兰参数输入区域包括法兰整体参数输入区域、高压插管法兰参数输入区域和许用力及力矩输入区域。
3.根据权利要求2所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，法兰整体参数输入区域中的法兰参数包括法兰颈部大端有效厚度、法兰内径、法兰厚度、垫片或连接接触表面的单位压紧力、整个螺栓个数、单个螺栓面积、外部拉力和外部弯矩。
4.根据权利要求1所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，法兰应力输出结果包括颈部纵向力、法兰径向应力、法兰切向应力、法兰组合应力、外部拉力产生的拉应力、外部弯矩产生的弯应力、外部弯矩产生的切应力、扭转应力、内力对螺栓产生的拉应力。
5.根据权利要求4所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，法兰数据处理模块还用于检查获得的法兰应力是否合格。
6.根据权利要求5所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，检查获得的法兰应力是否合格具体为：检查颈部纵向应力、法兰径向应力、法兰切向应力和法兰组合应力是否均小于等于设定温度下法兰材料的许用应力，如果是，则由法兰数据输出模块显示颈部纵向应力、法兰径向应力、法兰切向应力和法兰组合应力合格，如果否，则由法兰数据输出模块显示不合格。
7.根据权利要求2所述的汽轮机法兰强度和气密性获取系统，其特征在于，法兰整体参数输入区域中的法兰参数还包括法兰设计压力、法兰外径、法兰颈部小端外径、法兰颈部小端有效厚度、法兰颈部高度、常温喜爱螺栓材料的许用应力、设计温度下螺栓材料的许用应力、螺纹根部直径或无螺纹部分最小直径、螺栓数量垫片外径、垫片内径和垫片系数。
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