内容发布更新时间 : 2024/12/28 4:25:56星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于MicroStation V8i平台的烟风煤粉管道数字化设计软件的研发

李华锋，谈宏力，冯伟波，张涛

（湖北省电力勘测设计院，湖北省 武汉市，430040）

摘要：本文对软件的数据库结构、设计模块、计算模块、协同设计做了详细介绍。软件通过等级库访问元件库，在图形界面显示管道及零部件模型，并可将模型发布成i-model。该软件还具有加固肋选型计算功能，并自动生成加固肋模型。通过对该软件的研发，可有效提高烟风煤粉管道及零部件的建模效率和设计质量。 关键词：烟风煤粉管道，MicroStation V8i，i-model，数字化设计

The Development of The Air & Flue Gas Ducts/Raw Coal & Pulverized Coal Piping Digital Design Software

Based on MicroStation V8i Plantform

LI Huafeng，TAN Hongli，FENG Weibo，ZHANG Tao

（Hubei Electric Power Survey&Design Institute，Wuhan 430040，Hubei Province）

Abstract：The paper introduces the database structure, design module, calculation module and collaborative design of the software in detail. The software accesses the catalog by the spec, piping and component models can be published into the i-model and displayed in the graphical interface. Furthermore, the software can select and calculate the type of reinforcing ribs, and automatically generate models .Through the development of the software, the modeling efficiency and design quality of the air & flue gas ducts/raw coal & pulverized coal pips and components can be improved effectively.

Key words： The air & flue gas ducts/raw coal & pulverized coal piping，MicroStation V8i，i-model，Digital design

火力发电厂设计是电厂建设的关键环节，设计效率和质量关系到电厂项目的施工进度、建设周期、工程质量和建设投资总额。随着信息技术的发展，设计环境应从二维设计平台向三维数字化设计平台过渡，运用三维设计软件，能够解决原来设计工作中普遍存在的碰、撞、漏等通病，可进一步提高设计的精细化程度，加快工程建设进度，节约投资成本。火力发电厂烟风煤粉管道中以矩形管居多，而矩形管的管径没有严格的统一规格，异形件也比较多，进行三维设计有一定的难度，而矩形管加固肋的设计涉及大量计算，为简化计算设计人员通常只能采用查表等办法，没有一套高效适用的设计解决方案，设计工作强度比较大。 我院的数字化工厂设计采用Bentley公司的OpenPlant Modeler工厂信息模型解决方案，该三维工厂设计系统结合了AutoPlant和其他Bentley工厂软件的优点，并且具有更好的开放性和数据互用性。本文提出以MicroStation V8i为基础平台，利用C#语言开发烟风煤粉管道数字化设计软件（六道软件），完善了Bentley工厂信息模型解决方案。该软件将烟风煤粉管道设计常用的《烟风煤粉管道零部件典型设计手册》（74DD和D-LD2000）标准零部件、非标零部件及型钢数据录入后台数据库，以方便的交互方式让设计人员实现对烟风煤粉管道的数字化设计；同时该软件具备加固肋选型计算功能，极大的提高了设计人员的设计精度和效率，完善了我院工厂信息模型解决方案。本文针对六道软件的数据库、计算模块、设计模块、协同设计做一介绍，以供相关研发及设计人员参考。

1 软件数据库

软件的开发工具为Visual Studio，软件后台数据库平台采用SQL数据库。数据库分为元件库、等级库、设计库三种。要进行设计，首先需要有元件库(存放标准部件的数据库)，元件库包含了特性数据，存放了材料、壁厚、重量等应力分所需要的数据；软件自带了烟道、冷风道、热风道、制粉管道、送粉管道等元件

等级库，用户也可以根据工程需求建立相应的的等级（SPEC）；设计过程中所有的信息保存在设计库中，一般用户仅需操作设计库。

1.1 元件库

元件库（Catalog）是指管道零部件总库，一般按照不同的标准编制，如对于烟风煤粉管道零部件可分为74DD和D-LD2000两个标准。六道软件使用层次数据结构组织元件库。本质上，对元件库操作的过程就是操作这些元素的过程。通过软件提供的元件库模块，可以对元件的属性、用途、图形表示规则和快速引用进行配置，创建各类元件集合和元件匹配表。对于特殊的管件，已经在库中定义了其连接点，如补偿器的连接点为其端面内20mm。

图1 零部件连接点 图2 创建元件形集

1.2 等级库

等级库（SPEC），也叫规范库，可以对具体的项目，从单个或多个元件库中按照项目要求提取的一部分管件，组成等级库，它是设计库与元件库之间的桥梁。通过软件提供的数据库工具，软件管理员可以方便的建立工程所需的等级库，以提高设计人员建模的精度和效率。对于汽水管道，一般是按照压力、温度等建立等级，对于烟风煤粉管道，由于其特殊性，针对特定工程，一般可按照卷册建立等级。

图3 标准元件库及数据库工具

1.3 设计库

设计库是工程数据库。设计人员在等级库中选择元件后，等级库中的元件自动找到对应的元件库中的元件，元件库中的几何形状和数据被设计库参考。同时设计库中还存放工程中管道零部件的空间位置信息。

2 计算模块

我国火力发电厂烟风道设计人员大多采用文献[1]和文献[2]推荐的方法进行设计计算。六道软件将文献[2]中烟风煤粉管道加固肋的选型计算方法程序化，简化了加固肋设计计算流程。

2.1 加固肋中心间距计算

t矩形烟道道体面板按照四周固定的薄板大挠度塑性变形理论计算，应力≤?s/nF，?st为钢材在设计温

度下的屈服极限，nF为抗塑性饺安全系数，面板按照其相对挠度控制在道体计算面板宽度的1/120，并控制面板自振频率f?20Hz（常规设计）及f?40Hz（振动设计）。加固肋中心间距S的实用计算公式（选定值）如下：

按强度（应力）条件计算：

Smax?55????t?q?50(mm) （1）

按刚度（挠度）条件计算：

Smax?84?3E?q?50(mm) （2）

按振动（频率）条件计算：

Smax?116?4E?50(mm) ?f?20Hz? （3） Smax?82?4E?50(mm) ?f?40Hz? （4）

对烟道道体分别按照（1）~（3）式计算，以强度和频率条件作为控制依据，刚度条件作为校核依据。 2.2 加固肋选型计算

形成箍状的加固肋属刚架结构，按刚架计算，不形成箍状的加固肋属于简支结构，按简支梁计算。横向加固肋应力，理论上为弯曲应力与正应力之和，即??M/W?N/F?[?]t，为便于计算，实际计算中忽略正应力N/F，按纯弯曲应力考虑，误差一般小于10%；加固肋选型的挠度计算分为简支（铰接）和半固支（刚接），控制挠度值?1/400；振动计算分为刚接和铰接两种，刚接时按多支点梁的第一自振频率计算，铰接时按简支梁的第一自振频率公式计算，并控制加固肋的一阶自振频率f?20Hz（常规设计）及

f?40Hz（振动设计）。加固肋选型的实用计算公式如下：

按强度（应力）条件计算： 铰接（简支） Lmax固接（固支） Lmax?2828Z???t?qS?50(mm) （5）

?3464Z???t??q0??qdl?S?50(mm) （6）

?50(mm) （7）

按刚度（挠度）条件计算： 铰接（简支） Lmax?1243?3EI刚接（固支） Lmax?1566?3EI按振动（频率）条件计算： 铰接（简支） Lmax?498?4EI?qS?qS?50(mm) （8）

?50(mm) ?f?20Hz? （9）

GLmax?352?4EI?50(mm) ?f?40Hz? （10）

G刚接（固支） Lmax?542?4EI?50(mm) ?f?20Hz? （11）

GLmax?383?4EI?50(mm) ?f?40Hz? （12）

Gt公式（1）~（12）符号：S-横向加固肋中心间距，mm；?-道体面板厚度，mm；[?]-钢材在设计温度下的许用应力，MPa；?q-道体计算面板上的组合设计荷载，kPa；?qdl-道体计算面板上的当量设计荷载，kPa；q0-烟道介质设计内压荷载，kPa；f-道体面板、加固肋的自振频率，Hz；L-横向加固肋计

E-钢材在不同温度下的弹性模量，I-道体计算面板上加固肋截面的断面惯性矩，GPa；cm；算跨度，mm；

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