哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司黑龙江哈尔滨150000
摘要：阀门是电站中控制和调节传输介质流量和压力的关键设备，对电站的正常运行有重要的影响，是容易造成安全隐患的设备。我国所有特种阀门基本依赖进口，提高国内企业电站阀门的设计研发水平是目前急需解决的关键问题。因此，开发集数据管理、特性分析、优化设计于一体的阀门数字化设计系统，有重要的实际意义。
关键词：电站阀门；数字化设计；优化设计
电站阀门是电站运行的关键部件，主要用于控制管道输送系统中介质的流量、压力等。作为电站介质输送与控制设备，阀门在电站中应用量大且面广。而在电站运行中，阀门结构是容易发生事故的设备之一。阀门阀体失效将对电站运行带来安全隐患。然而，我国电站阀门企业仍存在一些问题，主要表现为：研发资金投入较少、关键技术尚未突破、设计水平不高、配套装置自动化程度低、工艺较为落后等，同时面临着国外企业的强力竞争。这就导致国产电站阀门种类较少，不能满足国内市场需求；电站阀门需要大量进口，购置费用很大。因此，提高我国电站阀门企业的设计研发能力，形成自主的开发体系是当前需要解决的重要问题。
1.阀门数字化设计系统总体设计
1.1系统框架设计
系统框架可以分为三个主要层次：一、系统支撑环境层。该层采用当前主流技术平台搭建，包括操作系统、数据库管理系统、软件开发模式等，支持其上所用应用程序和工具软件之间的信息共享。二、逻辑处理层。在系统支撑环境的基础上，依据阀门动静热特性的数字化设计的实际需求，开发功能处理模块，如：基于ANSYS的动静热特性分析、基于特性分析的结构优化设计。所有的功能模块均采用模块化技术开发，以便于系统维护和调试。为保证从参数化建模——特性分析——结构优化设计的信息数据共享和统一，各模块的交互信息通过JDBC技术转化格式存储于数据库中，并可以为数字化设计系统使用。数字化设计系统采用基于RCP的开发方案，集成开发环境为Eclipse3.4。三、应用层。阀门数字化设计系统的应用集成到数据库管理、特性分析和优化设计软件中，按照功能需求，在数字化软件上开发的功能主要包括阀门的参数化设计、数据管理、基于ANSYS的动静热特性分析以及基于特性分析结果的结构优化设计。
1.2主要工作流程设计
阀门整体的特性分析是其关键部件特性分析结果的有机组合。对零件参数进行管理，可以在特性分析时从数据库中调用相关参数信息，快速建立有限元分析模型，是阀门快速设计的基础。以ANSYS有限元分析软件为基础，基于二次开发技术开发面向阀门的特性分析功能模块。主要流程如下：基于知识的分析模型建立及约束条件加载：有限元分析模型的正确与否决定了特性分析结果的准确性。而建立正确的分析模型需要正确处理一系列问题，包括模型建立、材料属性设定、网格划分、加载、约束添加等。因此，需要总结阀门网格划分、约束和载荷的设定等知识，根据阀门工作环境的特点加载特性分析条件，开发友好交互的特性分析条件界面，使设计人员可以准确、便捷的设定特性分析条件。阀门静力学分析：研究阀门关键部件在特定工作环境下的应力、位移及其分布情况，可以确定阀门结构的不足之处，为后续的优化设计提供相关依据。同时系统将阀门静力学分析结果提取并转换格式，存储到数据库中，供后续分析使用。阀门模态分析：进行阀门整体模态分析，有助于检测阀门在工作环境下的抗震能力，为后续设计提供数据依据。同时系统将模态分析结果存储到数据库中。阀门热应力分析：阀门热变形主要是由阀门中传输介质的温度、压强与外界环境气温等因素共同造成的。阀门关键部件在内外温差影响下，会对结构的应力、位移产生较大的影响，减少使用寿命，产生安全隐患。系统采用ANSYS进行热应力特性分析，将分析结果存储到数据库中，可以为后续设计提供数据依据。
1.3阀门结构设计优化
综合分析阀门动、静、热特性分析结果，分别以静、动、热特征性能为优化目标，对不满足性能需求的结构设计参数进行优化。建立结构设计的优化方法，用以提高阀门实际环境条件下的工作性能。数字化设计系统研究以分析特性为优化目标，建立优化模型，集成模型分析及求解模块，实现满足性能需求的结构设计参数的优化过程。最后，系统提取优化设计的结果，并存储到数据库中。
2.阀门数字化设计系统的数据库设计
2.1数据库逻辑结构设计
阀门数字化设计系统数据管理主要是管理阀门零件参数、结构层次关系及特性分析结果等信息。本文采用关系型数据库对这些信息进行管理。在现实中，实体和实体间的关联关系都可以用关系模型来表示。而关系模型正是关系型数据库的基础。SQLServer2005是微软开发的关系型数据库管理系统，规模适中，操作方便。关系型数据库是实体关系模型的具体化表述，因此要建立合理的数据库结构就必须对阀门零件间的关系有清晰的认知。阀门模型间关系可以分为四级，依次为：系列号、零件号、设计编号及特征尺寸。如DN32截止阀可以表述为：截止阀系列，阀体零件，设计编号为1，阀体内径为32mm。数据表正是以该次序建立的。数据表由行列单元组成，第一行是表的属性名称，每一行记录一个实体的信息，而每列填充对于属性的值。根据阀门的关系模型，本文确立了数据库中表的关系，但具体建立数据表，还要对表中的行列信息进行归纳。
2.2图文档管理方法
阀门数字化设计系统信息除了数据型的内容外还包含一些文件图形类的知识，因而在数据库管理之外，还要有图文档管理。图文档主要包含阀门零件的CAD图形、三维模型、特性分析与优化设计结果文件与云图等。阀门零件数据表中的地址信息与对应图文档的存储地址是一致的，有利于系统信息的统一。
2.3数据库连接技术与实现
采用SQLServer2005作为数据库管理工具，如何在待开发的数字化设计系统中进行数据库的管理是非常关键的。下面介绍了JDBC数据库连接技术，并说明了JDBC的实现流程及数据库连接编程实现。JDBC(JavaDataBaseConnectivity)是由Java编写的访问数据库的类和接口组成的可以执行SQL(StructuredQueryLanguage)的数据库连接技术，从而以Java的方式实现数据库的连接。JDBC实现数据库连接的方式主要有四种，分别为：JDBC-ODBC桥连接、本地API驱动、中间服务器驱动及纯本地协议驱动。
3.结语
根据设计目标，分析了数字化设计系统的功能需求，明确了系统的基本框架，建立了系统的主要工作流程，完善了系统的功能结构，为后续程序编写提供了指引。同时，本章还基于阀门结构设计了数据库的逻辑结构，完成了数据库的开发。并研究了数据库的连接技术，实现了数据库和数字化设计系统的连接，可以帮助设计人员完成对阀门结构参数的管理。
参考文献
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