11 - 2013

Прочностной анализ труб — действительно ли мы нуждаемся в нем?

Йорг Тейс (Jörg Theis)

Напряжение в трубах является одним из важнейших аспектов процесса проектирования предприятий. Однако многие пользователи на самом деле не представляют, зачем необходим прочностной анализ труб. Тем не менее его польза очевидна, поскольку в результате увеличивается безопасность и снижаются затраты.

Вес труб и текущего в них содержимого может вызвать прогиб. Перенапряжения системы можно избежать путем расстановки опор под детали трубопровода. Самый простой способ решить эту проблему — выбрать наибольшее расстояние между точками опор. Однако перепад температур вызывает продольное расширение, и длина трубы может увеличиться. В результате совместного воздействия внутреннего давления и внешней нагрузки могут возникнуть очень большие напряжения. Кроме того, в насосах, например, могут быть ограничения в нагрузках на патрубки. К тому же некоторые трубопроводы должны быть рассчитаны на сопротивляемость ветру, землетрясениям, волнам и другим внешним воздействиям. Этого можно достичь путем большей гибкости конфигурации трубопровода, что требует более сложного анализа. Вдобавок поиски оптимальных конструкций, по сравнению с выбором типичных решений, позволяют экономить немалые средства. Например, расходы на проектирование аппарата могут быть снижены, если уменьшается нагрузка на патрубки. Трубные компенсаторы дешевле сильфонных. Возникает вопрос: как можно преодолеть противоречия между ограничениями и гибкостью, между инициативами по экономии затрат и напряженным графиком проектирования?

Бизнес­ценность САПР

Некоторые компании для достижения названных требований в ограниченных областях используют собственные инструменты расчетов. Рольф Лимперт (Rolf Limpert) из BASF провел сравнение долговременных затрат на простой контроль и на исследование напряжений в трубах. Много денег и ресурсов можно сэкономить, если вместо размеров допущений, основанных на определениях, использовать соответствующую программу САПР. Эта упрощенная процедура анализа напряжений приведена в Приложении Q стандарта ISO EN 13 480. В ней используется относительно большая длина труб для большей гибкости и снижения нагрузок на патрубки. В Нормах и Правилах Американского общества инженеров­механиков (ASME Code) приводится подобный упрощенный метод расчета, однако его используют нечасто, поскольку метод очень консервативный. В будущем нам придется повышать безопасность предприятий, поскольку возрастут требования к уровню качества проектирования.

Одной из причин того, что возведение предприятий сопровождается серьезным перерасходом средств, является недостаточное количество инженеров­прочнистов, которые могли бы осуществить необходимую аналитическую работу. Все названные требования могут быть удовлетворены при помощи CAESAR II — программы, работе с которой легко научиться, а еще легче — пользоваться ею. Она является прекрасным инструментом как для профессионалов, так и для пользователей­любителей, которым нужен интуитивный и управляемый по шаблонам интерфейс.

Этот продукт в течение 25 лет разрабатывался и оптимизировался на основе отзывов потребителей, и сейчас он обладает широким набором свойств, предоставляющих потребителю возможность легко удовлетворить все требования по экономии средств. Программами проектирования предприятий и анализа Intergraph легко пользоваться, они представляют собой исключительно гибкий и полностью масштабируемый инструмент, которому, благодаря точным и надежным результатам, доверяет большинство ведущих компаний по проектированию заводов и владельцы/операторы предприятий. CAESAR II является стандартом по расчету напряжений в трубах — то есть служит ориентиром для всех других имеющихся на рынке инструментов.

В январе 2010 года Intergraph Corp., расположенная в г.Хантсвилл (Huntsville), шт. Техас, США, приобрела компанию COADE (Хюьстон (Houston), шт. Техас), и переименовала ее в Intergraph CADWorx and Analysis Solutions. Это приобретение обеспечило беспрецедентную возможность реализовать обмен данными между элитным продуктом по 3D­проектированию предприятий и продуктом по расчету на прочность в трубах.

Совместная работа Intergraph CADWorx и Analysis Solution позволяет специалистам браться за самые смелые и сложные проекты, которые теперь можно реализовать легче и с лучшими результатами. Оптимальных результатов можно достичь посредством интеграции CAESAR II в Intergraph Software, что во многом облегчит рабочий процесс проектирования. CADWorx Plant способен экспортировать оригинальный файл в формате CAESAR II и без преобразований импортировать результаты прямо в 3D­модель. Это экономит время и гарантирует более высокие результаты.

SmartPlant 3D имеет возможность экспортировать большую часть данных, которые важны для прочностного анализа трубопровода. Результаты в виде данных об опорах и подвесках или изменениях участков трубопровода могут быть прямо переданы в базу данных SmartPlant 3D. Во время процесса считывания все данные о деталях сохраняются без потерь для дальнейшей детализации. Поскольку большинство данных о напряжениях в трубах становятся доступными уже на ранних стадиях проектирования, конструктивные изменения требуют гораздо меньше затрат.

Основные свойства CAESAR II

  • Стеклопластиковые FRP­трубы (FRP­волокнит — пластмасса со стекловолокном);
  • стеклопластиковые GRP­трубы (GRP­стеклопластик — пластмасса, армированная стекловолокном).

Оценка напряжений может проводиться согласно 30 международным правилам и нормам для трубопроводов, что обеспечивает соответствие местным требованиям. CAESAR II позволяет оценивать трубы из волокнита (FRP, fibre­reinforced plastic) и подземные трубопроводы. Сопряжение с другими программами ускоряет передачу данных и сокращает число ошибок. На рынке предлагаются готовые к работе исчерпывающие базы данных материалов из большинства правил и норм. В программу включено множество полезных вычислений. Можно считывать максимальные размеры фланца или нагрузку на штуцер и сравнивать эти данные со спецификацией. CAESAR II рассчитывает штуцеры по API 610, WRC 107/297, фланцы и многое другое. Если с течением времени возникают проблемы, связанные с усталостью материалов, трубы и штуцеры можно проверить. Для улучшения общего вида завершенного проекта можно импортировать модели промышленных объектов в формате DWG.

Для визуальной поддержки проекта можно размещать в нем элементы. В шаблоне трубного температурного компенсатора используется куб, построенный на металлических опорах.

Прочностной анализ труб

Результаты расчетов хранятся в базе данных и могут экспортироваться в разнообразных форматах. Результаты могут быть представлены в виде как стандартных отчетов, так и индивидуализированных планов, соответствующих требованиям к технической документации.

Данные о нагрузке на штуцер можно экспортировать прямо в программу расчета сосудов высокого давления PV Elite. Поскольку большинство проектировщиков сосудов высокого давления пользуются этой программой, от такой интеграции выигрывают все. Данные можно импортировать из CADWorx, FrameWorks и других программ. Этими интегрированными возможностями можно пользоваться так же легко, как и прочностным расчетом в трубах. Другим замечательным свойством, которое поможет вам сэкономить много ресурсов, является возможность проводить динамические расчеты. Фактор динамической нагрузки чаще всего используется консервативно, что приводит к чрезмерному перерасходу средств.

Поскольку модель расчетов является встроенной, этот элемент стоит использовать. Он включает оценку сейсмической нагрузки, вынужденные колебания, ударные нагрузки, модальный анализ, спектр реакции, переходные процессы, пробковое течение и многое другое.

ISOGEN представляет собой лидирующее в мире решение для полной автоматизации получения изометрических чертежей трубопроводов и фактически является стандартом САПР для изометрического черчения трубопроводов в программе CAESAR II. Все необходимые данные можно без труда собрать и использовать для создания изометрического чертежа. Для подготовки высококачественных документов можно воспользоваться информацией о компании. Шаблон I­Configure программы ISOGEN позволяет просто выбирать все параметры из списка. Для размещения всех данных в нужных местах служит предварительный просмотр. Опытный пользователь может также пользоваться Project Manager, после конфигурации которого можно генерировать изометрические чертежи одинакового качества для различных проектов.

Многие свойства CAESAR II улучшают результаты и помогают пользователям выбрать лучшие конструктивные решения. Например, мастер настройки трубного температурного компенсатора генерирует лучший контур для данных параметров. В каждом конкретном случае рассчитываются различные варианты, а затем выбирается лучший из них. Мастер настройки сейсмических нагрузок трансформирует представленные данные в простые G­нагрузки. Многие производители подвесок предоставили свои данные для включения их в CAESAR II, и пользователь может просто выбрать один из этих параметров и получить лучшие для данных характеристик результаты. При этом не требуется импортировать дополнительные данные из других источников.

Такие же простые средства можно использовать и для сильфонных компенсаторов — просто выберите компанию, и мастер настройки сам введет в модель все соответствующие компоненты. Возможна цветовая маркировка напряжений на модели и анимированное перемещение любых расчетных случаев нагрузки. Эти методы визуализации помогают пользователю получить общую картину проблемы, идентифицировать критические элементы и найти лучшее решение. Такие инструменты исключают работу наугад при проведении точного анализа, предлагают практические изменения конструкции и помогают связать знания и опыт. Таким образом, CAESAR II со временем прошел путь от инструмента оценки к инструменту принятия решений.

Работайте с нами, работайте с удовольствием!. 

САПР и графика 11`2013