容积式流量计铸造壳体强度设计计算软件开发

靳文哲，张听雨

(开封仪表有限公司，河南 开封 475002)

容积式流量计铸造壳体强度设计计算软件开发

靳文哲，张听雨

(开封仪表有限公司，河南 开封 475002)

针对容积式流量计铸造壳体设计计算过程具有繁琐性和规范化程序性的特点，利用C语言在解决面向过程问题的优势，将该类仪表壳体的设计计算过程编写成计算软件，使工程技术人员能够从庞杂的数学数值计算中解放出来，将主要精力专注于工程实际参数的最优化选择和计算结果的推敲验证等高级决策运算中去，使计算机的高速计算与工程技术人员丰富的逻辑选择判断能力和实践经验得以完美结合，从而最大程度地使用现代科技方法提高容积式流量仪表的设计效率。

容积式流量计；设计计算；C语言应用；提高计算效率

根据GB 150—1998《钢制压力容器》和JB 2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》等标准可知，容积式流量计铸造壳体的设计计算过程比较繁琐，其中包含着根据已知工况条件而进行的大量数值计算和参数选择，甚至有时还要将计算结果反代入设计计算过程进行校核，这些庞杂的数值计算具有重复性、程序性和复杂性，之前往往依靠工程技术人员通过人工重复计算去完成，既繁重又耗费时间；因此，应运用计算机编程来高效地解决该问题。

1 压力容器壳体实际设计计算软件开发

本文以旋转活塞流量计主壳体设计为例，旋转活塞流量计主壳体二维工程图如图1所示，旋转活塞流量计主壳体三维仿真组图如图2所示。该壳体的设计计算可参照JB 2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》、GB 5676—1985《一般工程用铸造碳钢》、GB 150—1998《钢制压力容器》和GB 6654—1996《压力容器器用钢板》等国家或行业标准中介绍的方法进行。

其软件开发程序清单如下：

/* Note:Your choice is C IDE */[1]

#include "stdio.h"

#include "math.h"

void main()

{

float P,D,q,C,S,SZ,V,p,Dc,K,q2,q3,q4,q5,q6,k2,k1,k,x,y,z,mfzbh1,mfzbh2,mfzbh3,mfzbh4,jg3,v,/*以下为密封罩计算所用变量*/jszj,jgtzxs,gcyl,sjwdxdxyyl,hfxs,ds,dp/*以下为螺栓计算使用变量*/,T,qy,Q,qb,PL,DL;

int i,j;

for(i=1;i>0;i++)

{

printf("1.压力容器壳体壁厚计算 根据JB 2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》的公式: ")[2];

/*提示计算开始*/

printf("S=(9.8*a*D)/(2000*[σ]+9.8*a) +C ");

/*在屏幕上显示出所用公式*/

printf("(注：S代表壳体计算壁厚 P代表公称压力，单位，MPa [σ]代表材料许用应力，单位，MPa D代表壳体内径，单位，mm C代表附加壁厚) 以下依次输入上述公式中的参数： ");

图1 旋转活塞流量计主壳体二维工程图

图2 旋转活塞流量计主壳体三维仿真组图

/*在屏幕上显示出公式中各个参数所代表的意义*/

printf("公称压力a:");

scanf("%f",&P);

printf("壳体内径D:");

scanf("%f",&D);

printf("材料许用应力 [σ]:");

scanf("%f",&q);

printf("附加壁厚C：");

scanf("%f",&C);

/*逐步提示要输入的参数*/

S=(9.8*P*D)/(2000*q+9.8*P)+C;

/*实际计算语句*/

printf("计算壁厚是：%f ",S);

/*在屏幕上显示计算结果*/

SZ=4*S;

printf("考虑综合因素所得到的最终工程实际壁厚是：%f(参考) (可根据具体情况来取，一般为计算壁厚的3～4倍) ",SZ);

/*显示最终经过经验分析而确定的结果*/

printf("2.盖壁厚计算 ");

printf("按GB 150—1998《钢制压力容器》中7.4.2.1 圆形平盖厚度计算公式： Δp=Dc*( (KP[σ]tΦ)1/2) (公式2) ");

printf("首先计算结构特征系数K值： ");

printf("请依次输入壳体内径和平盖危险径向截面上各开孔宽度之总和Σb: ");

/*提示要计算的量，计算依据和计算方法，原样输出*/

scanf("%f%f",&Dc,&q6);

v=(Dc-q6)/Dc;

printf("则削弱系数%f ",v);

printf("请选择K值：");

scanf("%f",&K);

k2=K/v;

printf("公式中的K值是：%f ",k2);

/*计算确定K值*/

printf("请输入公称压力P、焊缝系数Φ和设计温度下的材料许用应力[σ]t: ");

scanf("%f%f%f",&P,&q3,&q2);

p=Dc*sqrt((k2*P)/(q3*q2));

printf("计算壁厚是：%f ",p);

/*输入已知量和以前计算结果从而计算出壁厚*/

printf("3.密封罩壁厚计算： 3.1 按GB 150—1998《钢制压力容器》中的式5-1：");

printf("请分别输入设计压力P，圆桶内直径Di，设计温度下的许用应力和焊缝系数：");

/*提示要计算的量，计算依据和计算方法，原样输出*/

scanf("%f%f%f%f",&mfzbh1,&mfzbh2,&mfzbh3,&mfzbh4);

jg3=10*mfzbh1*mfzbh2/(2*mfzbh3*mfzbh4-mfzbh1);

printf("密封罩计算壁厚为：%f ",jg3);

/*输出计算结果*/

printf("3.2筒体底部壁厚的计算： ");

printf("按GB 150—1998《钢制压力容器》中7.4.2平盖计算中的7.4.2.1圆形平盖厚度的式7-29 ");

printf("δp=Dc?{KPc/([б]ε?Φ)}1/2 ");

printf("其中，Dc为计算直径，K为结构特征系数 ");

printf("请确定并输入计算直径Dc，结构特征系数K、工作压力P、设计温度下的许用应力[б]和焊缝系数Φ:");

/*提示计算依据与方法，原样输出*/

scanf("%f%f%f%f%f",&jszj,&jgtzxs,&gcyl,&sjwdxdxyyl,&hfxs);

ds=jgtzxs*gcyl/(sjwdxdxyyl*hfxs);

dp=jszj*sqrt(ds);

printf("密封罩计算壁厚为：%f ",dp);

printf("最终壁厚为：%f (参考)",4*dp);

/*输出计算结果*/

printf("4.螺栓强度计算： ");

printf("4.1 传感器的壳体与前后盖用螺栓连接，组成压力容器。螺栓承受轴向载荷，载荷作用于螺栓组中心，这时各个螺栓所受载荷相同， ");

printf("请输入工作压力P和螺栓组分布中心圆直径D:");

/*提示计算依据与方法，原样输出*/

scanf("%f%f",&PL,&DL);

T=PL*3.14*DL*DL/8;

Q=1.3*2.5*T;

printf("计算得螺栓组所受拉伸载荷为：%f ",Q);

printf("根据GB 3098.1《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》表7， 按选定螺栓性能等级8.8查取螺栓公称直径和Q保,请输入Q保: ");

/*提示输入必要参数*/

scanf("%f",&qb);

printf("计算得所需螺栓个数为：%f ",Q/(qb-6));

printf("一般的，实际所需螺栓数为计算的3～4倍，故实际约需%f个螺栓 ",3*Q/(qb-6));

printf("第%d次计算循环已全部完成！ ",i);

/*显示当前计算循环次数*/

}

}[3]

程序清单输入Borland C、Turbo C、WinTC或其他C语言编译软件(本文使用安阳工学院设计开发的《C与C++程序设计学习与试验系统2012.5》软件)，运行后其程序执行状态如图3～图4所示。

工作时，设计者应用该程序，只需根据提示输入要求的设计参数，便可快捷无误地计算出设计结果，实现了参数化过程设计。另外，由于各类编程语言具有一定的通融性，本文也为Visual Basic、C++和Java等其他语言编程解决此类问题提供了思路。

图3 等待输入各参数(程序开始执行)

图4 第1次全部计算完成(进入下一个计算循环)

2 结语

应用计算机程序将复杂的设计计算过程编写为软件，可大大减轻设计人员的计算负担，提高容积式流量仪表的设计效率。此为流量仪表设计引入了新方法，也用实例展示了计算软件给传统工程设计计算注入的新思想、新活力。

[1] 谭浩强.C程序设计[M].2版.北京：清华大学出版社，1999.

[2] 成大先. 机械设计手册：第1卷[M]. 5版. 北京：化学工业出版社，2008.

[3] 孙国钧，赵社戌. 材料力学[M]. 上海：上海交通大学出版社，2006.

责任编辑郑练

DevelopmentofCalculationSoftwarefortheStrengthDesigntotheCastingCaseofthePositiveDisplacementFlowMeter

JIN Wenzhe, ZHANG Tingyu

(Kaifeng Instrument Co., Ltd., Kaifeng 475002, China)

Aimed at the design calculation process to the casting case of the positive displacement flow meter with over-elaboration and standardization procedures, made use of the advantages of language C on the resolution of the problem of oriented process, compiled the design calculation process to this kind of the meter case into calculation software. The engineers and technicians can be liberated from the numerous and jumbled mathematical numerical value calculation，and put their primary energy to devote themselves to the optimizing option of the engineering actual parameters and the elaborate inspection and verification of the calculation results and so on, as high grade strategic decision calculation to enable to realize a perfect combination of the high speed calculation of the computer and the abundant logic selection and decision ability and the practical experiences of the engineers and technicians, thereby, it can realize furthest usage of modern science and technology method to raise the design efficiency of the positive displacement flow meter。

positive displacement flow meter, design calculation, application of language C, raising of calculation efficiency

TH 12

：B

靳文哲(1970-)，男，工程师，主要从事流量仪表的设计开发制造及其相关服务工作等方面的研究。

2014-06-10