基于EXCEL的管道斜接马鞍主、分支管放样尺寸自动实现

近年来, 随着石油化工装置规模不断扩大, 管道安装的直径也越来越大。为提高管道安装工效和质量, 特别是大直径斜接马鞍 (习惯称之为斜接三通) 的放样, 针对传统的放样方法工效低的特点, 除尝试采用Auto CAD三维绘图为班组进行了斜接马鞍的放样外, 还在三维图中完成了放样公式的推导, 并利用Excel函数公式进行各种规格斜接马鞍放样尺寸的自动计算, 在完成多次实际放样安装检验后, 陆续推广至多个项目的管道施工中。

一、斜接马鞍主、分支管放样公式推导

要在Excel中实现放样尺寸的自动计算, 最关键的步骤在于放样公式的推导。其难点之一在于:如何采用Auto CAD进行三维绘图, 即如何在实体模式下完成主分支管斜交弧、如何绘制出一条过该弧的主、分支管同心圆及支管等分线的斜接点、如何转换成平面视图以利于公式的推导见图1和图2难点之二在于:如何推导主、分支管切割尺寸计算公式。

其中:D1——主管外径;D2——分支管外径;d1——主管壁厚;d2——分支管壁厚;α——分支管与主管的夹角;A——分支管的弦切距;C——主管的弦切距;L——斜接点到过斜接起点支管同心圆垂距;B——斜接点在主管同心圆上顶点到起点同心圆顶点的距离;L1——分支管等分线所对应的一半弦长;L2——主管上一半弦长所对应的弧长;n——分支管等分数;m——0、1、2┄┄n

1. 分支管等分线斜接长度公式推导

(1) 分支管等分线m所对应的一半弦长L1

(2) 分支管的弦切距A

(3) 主管的弦切距C

4) 斜接点到过斜接起点支管同心圆垂距L

斜接点到过斜接起点支管同心圆垂距L, 其长度在分支管弦切距A和主管弦切距C所形成平面上保持不变, 因支管上过斜接起点的同心圆与过支管另一斜接点同心圆是平行的, 在二个对称相似三角形内:

2. 主管切割部分放样公式推导

(1) 斜接点在主管同心圆上顶点到起点同心圆顶点的距离B在图2中二个对称相似三角形内:

(2) 主管上切割一半弦长所对应的弧长L2

3. 主管开孔位置定位及支管下料长度公式推导

图3为主管开孔位置及分支管最长、最短下料长度AutoCAD三维绘图。参考设计条件的m1、m2, 在同一张用于计算该三通开孔尺寸的Excel表格中, 继续用公式自动计算交点中心在主管顶部到开孔处的距离m3及分支管到两边焊缝处的最短下料长度m4。

(1) 主管上开孔位置定位

根据设计图纸尺寸, 得到主、分支管交点中心O到主管上最近焊缝处的长度m2, 需要计算的是主管上过交点中心O的同心圆顶点到开孔处的最近距离m3。

(2) 分支管下料长度计算

计算分支管最短处的下料长度m4, 利用m4加上最长的L值, 即可得到分支管的下料长度。

二、在Excel中编辑公式完成自动计算

在Excel中编辑公式前, 要弄清哪些数据是绝对引用和哪些数据是相对引用的。通常情况下, 已知的数据一般需要绝对引用, 如主管外径、分支管外径及壁厚、斜插角度、分支管等分数量。相对引用的数据一般为参考已知数据计算出的数据。绝对引用需要在行和列前加$, 如$D$2。以度为单位的角度需要在计算时转化为弧度。如计算分支管的弦切距A, 在对应的列单元格中输入:= ($E$2/2-$G$2) - ($E$2/2-$G$2) *COS ( (A2-1) *360/$B$2/180*PI () )

其他放样尺寸参照前述的公式逐一编写, 完成后选中这几个单元格下拉即可。

结语

基于Excel放样尺寸自动计算的快速实现, 可大大简化斜接马鞍放样尺寸计算时间, 仅通过简单的数字输入, 即可得到任意直径、任意角度斜接马鞍的主、分支管的放样尺寸。数据准确, 在避免浪费材料、加快安装进度、提高安装质量上有较大的帮助作用, 目前已成功应用于多个石油化工项目的管道施工。

摘要：任意直径、任意角度管道斜接 (插) 马鞍的放样, 传统作图放样尺寸计算方法尽管能为管道安装工作提供质量保障, 但工效已不能适应现代管道快速、优质安装要求, 特别是大直径、任意角度、固定位置的斜接管道的安装。斜接马鞍基于Excel的自动实现, 在推导出主、分支管放样尺寸公式的基础上, 利用Excel的函数功能进行编辑, 从而快速解决了主、分支管放样尺寸的计算问题。

关键词：任意直径,任意角度,斜接马鞍,放样公式,Excel自动实现