Программа расчета стенок сосудов

Скачать статью в формате PDF — 236 Кбайт

CADmaster » CADmaster №3(23) 2004 (июль-сентябрь) » Проектирование промышленных объектов Расчет сосудов и аппаратов в программе ПАССАТ

Программа ПАССАТ компании НТП «Трубопровод» позволяет производить расчет на прочность и устойчивость конструкций сосудов и аппаратов для оценки несущей способности в рабочих условиях, а также при испытаниях и монтаже.

ПАССАТ предназначен для организаций, проектирующих аппараты или сосуды. Название программы — аббревиатура, которая расшифровывается как «Прочностной анализ состояния сосудов, аппаратов, теплообменнико».

Пролог,
в котором описываются идеи, заложенные в программу, ее назначение и используемые методы расчета

Разработчики программы ПАССАТ стремились создать эффективный, удобный и наглядный инструмент для автоматизации проектирования, поскольку на современном рынке отсутствуют отечественные программы, соответствующие нашим представлениям об инженерных инструментах.

Программу ПАССАТ выгодно отличают от зарубежных аналогов (Compress, Vessel, PV Elite ориентация на российскую нормативно-правовую базу, более доступная цена, интуитивно понятный русскоязычный интерфейс, наличие встроенной базы отечественных материалов.

В программе реализовано объемное графическое отображение геометрии отдельных элементов и модели в целом.

Расчетная модель создается в трехмерной среде, что позволяет уже на этапе ввода исходных данных оценить габариты емкости и автоматически исключить нестыковку элементов модели из-за несовпадения размеров. Возможность вывода «каркасного» изображения (Wireless) обеспечивает полную видимость всех элементов, включая внутренние. ПАССАТ автоматически проверяет геометрию модели, позволяя пользователю выбрать способ стыковки элементов. Виртуальная расчетная модель, создаваемая в полном соответствии с заданным рассчитываемым аппаратом (сосудом), обеспечивает правильность ввода исходных размеров.

Программа создана в соответствии с основными нормативами и методиками, применяющимися в Российской Федерации. К сожалению, они не полностью регламентируют все стадии расчета, поэтому в отдельных случаях при расчете тех или иных элементов используются зарубежные методические документы.

Программа ПАССАТ производит расчет на основе:

• ГОСТ 14249–89;
• ГОСТ 25221–82;
• ГОСТ 26202–84;
• ГОСТ 24755–89;
• РД 26−15−88;
• РД РТМ 26−01−96−77;
• РД 26−02−62−98;
• норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;
• ГОСТ 27772–88;
• ГОСТ 25859–83;
• ASME VIII;
• ASME II;
• WRC-107;
• WRC-297;
• BS-5500.

Для оценки прочности и устойчивости заданной конструкции сосуда или аппарата реализованы следующие функции:

• определение расчетных толщин и допускаемых значений давления, сил и моментов;
• автоматическое определение расчетных величин, таких как вес, длины и диаметры элементов, характеристики колец жесткости (в цилиндрических обечайках и в седловых опорах) и др.;
• расчет прочности места соединения штуцера с сосудом (аппаратом);
• расчет арматурных фланцевых соединений с учетом воздействия давления, внешних сил и моментов, температурных напряжений

Кроме того, программа ПАССАТ обеспечивает выполнение ряда вспомогательных функций:

• настройка размерностей;
• ввод и анализ исходных данных. В случае, если пользователь не ввел всех данных, необходимых для выполнения расчета, или ввел их некорректно, программа выдает предупреждение до тех пор, пока все данные не будут заданы;
• автоматические изменения в смежных элементах всей модели при изменении геометрических параметров или условий нагружения в одном из элементов
• выбор используемых материалов из базы данных с возможностью ее пополнения;
• автоматическое изменение величины допускаемых напряжений, модулей упругости при изменении материала, температуры или толщины стенки;
• формирование, просмотр и печать полного отчета по расчетам элементов модели с промежуточными результатами вычислений.

ПАССАТ содержит открытую базу данных материалов, применяемых в СНГ, доступную для пополнения и корректировки.

Программа предназначается для проектно-конструкторских бюро и отделов, которые специализируются на проектировании и реконструкции сосудов и аппаратов, работающих под давлением, а также для организаций нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, нефтяной, теплоэнергетической и других отраслей промышленности.

Системные требования программы ПАССАТ весьма скромны: программа работает в среде Windows 9x/2000/XP, рекомендуется видеокарта с поддержкой OpenGL.

Глава
об интерфейсе, исходных данных и результатах расчета

ПАССАТ имеет дружественный интерфейс, а также интуитивно понятную структуру создания моделей и расчета сосудов и аппаратов. Параметризованные элементы, применяемые в программе вместо геометрических примитивов, значительно упрощают работу и позволяют существенно сэкономить время.

На рисунках 2−4 в качестве примеров показано создание конической обечайки и цилиндрического элемента.

Из иллюстраций видно, что для создания элемента, корректно пристыкованного к модели, инженеру достаточно заполнить поля в коротком диалоге, иллюстрированном наглядной схемой, и выбрать необходимую схему соединения.

Особо подчеркнем, что для работы с программой пользователю не требуется большой опыт работы с системами 3D-моделирования — достаточно владеть обычным набором знаний инженера-расчетчика.

Исходными данными в ПАССАТ являются тип, геометрические характеристики и материал элементов сосуда или аппарата, тип и расположение опор, вид испытаний, величины нагрузок. Выбор используемых материалов производится из базы данных.

Процесс завершается выдачей полного отчета по расчетам элементов модели с промежуточными результатами вычислений, который пользователь может либо экспортировать в Word, либо, при необходимости, модифицировать, внеся изменения в конструкцию и/или условия. Заметим, что экспорт расчета осуществляется поэлементно — это позволяет пользователю компоновать отчет в соответствии со своими требованиями.

В качестве примера приведен образец такого документа: в нем отражены результаты расчета эллиптического днища горизонтального сосуда в условиях гидроиспытаний.

Расчеты производятся по следующим элементам:

• цилиндрические обечайки (гладкие и подкрепленные кольцами жесткости);
• конические переходы;
• днища (сферические, эллиптические, торосферические, конические, плоские, сферические неотбортованные);
• врезки (штуцеры) в обечайки и выпуклые днища;
• седловые опоры в горизонтальных сосудах и аппаратах;
• опорные стойки и лапы в вертикальных сосудах и аппаратах.

Существующие конструкции сосудов и аппаратов, а также условия их работы часто не позволяют без значительного упрощения расчетных моделей выполнить расчеты в строгом соответствии с нормами, что приводит к искажению полученных результатов. После долгой и глубокой проработки методик нам удалось создать универсальную программу, значительно расширив сферу ее применения.

Расчет в условиях испытаний (гидроиспытания)

Условия нагружения при испытаниях:
Рабочая температура, T: 20 °C
Внутреннее давление, p: 0.5 МПа
По расчет на прочность при испытаниях не проводится, если выполнено условие:

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. 3.3.1).

Расчетная толщина стенки с учетом прибавок: