PDMS

PDMS（精选7篇）

PDMS 篇1

摘要：PDMS三维配管设计中, PDMS前期的建模和后期的出图占据了很大的比重。前期建立的PDMS数据库资源丰富, 如何开发这个宝藏, 是我们面临的一个重要课题。本文简要介绍如何利用PML语言, 编程解决PDMS建模中的一些问题, 重点阐述了如何编程实现一步设定一批管道绝热信息, 在附录中列出程序并做了相应的程序说明。通过开发利用PML语言编程, 以期降低工作强度, 提高工作效率。

关键词：PDMS,PML语言,编程,管道绝热

1 概述

PDMS是英国AVEVA公司开发的三维工厂设计系统, 是工厂设计管理系统 (Plant Design Management System) 的简称, 目前在国内已被广泛应用于石化、冶炼、制药、电力等行业。较之传统的C A D等平面设计软件, P D M S以数据库作支撑, 通过P M L (Programmable Macro Language) 可编程宏语言后台运行, 借助三维实体模型表观, 直观而精准的体现了空间内设备、管道、结构等的相互位置关系, 且支持提取平立面图纸和表格, 经简单整理即可生成项目的施工文件, 达到无差错, 最优化设计, 使现有的设计思想、方法及过程都发生一系列变革, 为工程设计人员提供了全新的设计方法和手段。

本文通过PML编程语言的二次开发, 找到了一种自动设置管道解热等级的方法, 从而避免了手动设置, 且可以批处理, 从而大大提高了工作效率。

2 PML语言编程在PDMS建模中的应用

PDMS常规上管道模型, 一般是按照PID将各管件, 法兰, 阀门等依次合理的布置在某一空间里 (当然包括管线命名, 如XSC1303A-80-S9A-H3-GC2) , 最后再设置管道绝热。管道的绝热设置一般是逐个手动设置绝热等级 (如H3) , 因为只有设置好后, 利用相应模板抽出的表格才有保温厚度。但是往往一个项目绝热管线很多, 手动逐个设置既慢又可能出错。考虑到管线号里已有管线的绝热信息, 本文试图通过PML编程语言, 实现自动设置管道绝热, 下面简短介绍一下程序的操作步骤 (具体程序见附录) 。

每个需要设置管道绝热的项目, 都有对应的服务器。找到服务器相应位置上的ispec_table文件, 根据项目的管线命名规则修改附录程序 (一般是txt格式) 中读取保温等级的数字 (如程序第五行的数字“4”) , 之后保存程序文件 (如D:/INSPE.txt) 。接下来, 在PDMS软件里, 选中menbers窗口中需要自动设置的ZONE的同时, 在命令栏中键入$M文件路径+文件名 (如$m D:/INSPE.txt) , 回车即完成自动设置 (注意:必须严格按照实例输入, 特别是空格) 。之后, 通过相应模板, 就可抽出带有保温厚度等信息的表格。

本程序操作简单, 且具有较强的兼容性, 对于绝大多数项目, 根据管线命名规格, 稍作修改即可使用。对于模型中不规范的管线命名, 本程序运行到该处时, 即弹出终止的对话框, 并在命令栏中提示出错类型, menbers窗口定格在出问题的管线上, 等效于校对了模型中命名错误的管线。通过修改完错误的管线号后, 即可顺畅的运行模型, 一次性自动设置好管道绝热等级。

3 结语

本文初步探究了PML编程语言在PDMS三维模型设计中的应用, 介绍了如何运用编程实现准确和自动的设置管道绝热信息。附录部分, 重点注释了PML程序的作用及可能遇到的问题, 并作了简要的程序说明。

本文简要介绍了PDMS软件的概况, 并详细阐述了如何利用PML编程语言, 一次性自动设置好管道绝热等级。毋庸置疑的是, 依托强大的PDMS数据库, 借助运行特定的PML语言编程程序, 我们可以精准的设置、导出、应用一系列相关数据, 使我们对数据库的认识, 对工作的进行有了更深层次的理解, 同时极大的提高工作效率。

本文的意义不在于提供某个解决问题的方法, 而在于提供一条解决问题的思路, 毕竟PDMS数据库很丰富, PML编程语言很强大, 如果不加以开发利用, 实在可惜, 所以希望本文能起到一个抛砖引玉的作用。相信在广大三维设计人员的不断努力下, 将来会有更多富有创意的方法被开发出来, 为PDMS设计工作注入强劲的动力。

附录:

1、编程实现一步设定管道绝热信息程序

var!pipes coll all pipe force/获取当前层次下的PIPE

do!i values!pipes/循环处理每个PIPE, 并根据管道号提取保温等级信息

!pipename=name of$!i

!pipetemp=0

!ispec=!pipename.part (4, '-') /根据管道命名从文本文件中获取保温等级和温度

if (!ispec neq'') then

$!i

Ispec/$!ispec

handle any

endhandle

temp$!pipetemp

var!brans coll all bran for$!i/获取每根PIPE下的BRAN以及每个BRAN下的BRAN MEMBER,

将ISPEC赋值

do!j values!brans

$!j

Ispec/$!ispec

handle any

endhandle

temp$!pipetemp

var!branm coll all bran mem with (type neq'tubi') for$!j

do!k values!branm

$!k

Ispec/$!ispec

handle any

endhandle

enddo

enddo

endif

enddo

程序说明:

(1) 为了能抽出管道的保温厚度, 需要保证以下前提 (正常建模, 以下都是没有问题的)

每根PIPE的ISPEC已经赋值;

每根PIPE下的每个BRAN的ISPEC已经赋值;

每根PIPE下的每个BRAN下的每个元件的ISPEC已经赋值。

(2) 程序语句:!ispec=!pipename.part (4, '-') , 默认条件为:管线号各部分以“-”作分隔号, 保温等级在第四部分, 可以根据实际项目命名规则作调整。

(3) 在输入管线号有误等情况下, 运行该程序就会报错。此时, 需要设计人员冷静思考, 仔细分析原因。一般PDMS会在命令栏中显示出错的原因, menbers窗口也会定格在出错的管线上, 通过不断修改, 问题即可排除。

参考文献

[1]PDMS Software Customisation Guide.AVEVA, 2005, 5 (说明:AVEVA公司的PDMS软件的用户手册) .

[2]李伟.PDMS三维设计软件在电气设计中的应用.贵州电力设计, 2008, 11.

[3]李辉, 陈志强.PDMS三维设计在某核电厂化水专业中的应用.规划与设计, 2011, 33

[4]徐庚, 等.利用PDMS软件三维设计平台进行配管加工设计新方法讨论.化工设备与管道, 2011, 48, 2.

PDMS表面修饰方法的研究进展 篇2

关键词：PDMS,表面修饰,微流控芯片

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种常见的有机材料(图1),由于具有价格低廉、加工简单、良好的化学稳定性、透光性以及生物兼容性等特点而成为当前芯片毛细管电泳[1,2,3]、微接触印章[4,5]、微反应器等微流控技术中最常用的材料之一。虽然PDMS的应用非常广泛,但是PDMS的高疏水性以及对非极性物质的强吸附性[6],在某种程度上限制了其在微流控技术领域中的进一步应用。因此对PDMS表面的改性或修饰成为一种拓宽其应用领域的有效方法[7,8,9,10]。PDMS修饰方法主要有2种,即表面修饰方法[10]和体修饰方法[11,12],其中表面修饰方法是最重要也是使用最广的。

1 表面修饰方法

PDMS表面改性可以通过物理技术以及采用共混、共聚或侧链基团功能化等化学方法来实现。根据PDMS处理后的化学成分以及形成的表面价键结构,表面修饰的方法主要有以下几种:等离子体处理[13,14,15]、臭氧紫外辐射[16,17,18,19] 、表面活性剂处理[20]和接枝共聚处理。这几种PDMS表面修饰的方法是目前研究最多的,都具有各自的优点,所以为了达到更好的效果经常采用多种方法结合。

1.1 等离子体处理

等离子体(Plasma)是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离所产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它是除固、液、气外,物质存在的第4态。

等离子体处理的3个主要效果是切除、交联和氧化(典型深度在50~500Å)。除氧等离子体外,CO2和空气等离子体都可以氧化聚合物表面,从而在聚合物表面引入含氧基团;氨气、氮气等离子体处理的作用是在表面形成胺基;惰性气体等离子体可以使聚合物表面产生自由基位点[21]。使用等离子体处理的目的是使惰性的聚合物表面活化,增强界面的交互作用以及使单层分子更容易扩散到其表面[21]。

等离子体处理是最常用且发展最快的处理方法,它广泛应用于保护涂层[22]、气体栅栏[23]、疏水层[24]、光涂层和生物兼容性膜[25]、湿敏元件[26]等。

早在1986年,Bodo等[27]就分别利用Ar、O2等离子对PDMS表面进行预处理,以增强表面对钛薄膜的粘附性。他们通过XPS(X射线光电子光谱仪)和SEM(扫描电子显微镜)来观察预处理后的PDMS表面形态,证明等离子预处理造成PDMS的交联反应,同时也增大了基底的表面强度。但是,他们没有给出定量的说明,而且处理的步骤、方式也都过于简单。

1992年Gaboury等采用Ar/N2等离子处理PDMS表面,然后使用ATR-FTIR(衰减式全反射傅立叶红外光谱仪)来定量测试PDMS表面富集的Si-H基团的含量,并将含Si-H基团标准溶液的ATR谱通过Kramers-Kronig变换构建出标准曲线[28]。PDMS表面富集的Si-H基团可以从标准曲线上计算得到,这也定量地证实了经等离子处理后的PDMS表面可以得到Si-H功能团的富集。

Bar等利用空气等离子体氧化不同交联密度的PDMS样本,并利用TMAFM(轻敲模式原子力显微镜)来监控PDMS表面氧化程度的变化,同时结合相位成像实验来检测氧化后PDMS表面疏水性状的恢复情况。实验结果表明,氧化时间越长,PDMS表面氧化的程度越高。氧化程度与疏水性状的恢复程度相一致[7]。

Houston采用RF(射频)等离子处理方法来降低PDMS表面的气体渗透性。指出,在典型值30W的Ar等离子体强度的基础上,可以使用更高的能量密度来增强等离子的处理效果。通过与同样条件下的O2等离子处理效果相比表明,30W的Ar等离子体具有较好的作用效果。实验结果还表明,经等离子处理后O2/N2的渗透率下降了80%,PDMS的渗透活性能显著增加[23]。

等离子体处理容易在实验室环境实现,经等离子体处理后,PDMS表面形成所需的官能团,能改变表面的拓扑结构并能引入磷酸基、羟基等官能团来改善PDMS的生物兼容性,这对实验是非常有利的。但是,由于等离子体处理属于暂时性处理方法,所以数小时后仍然会恢复疏水性;同时等离子体的产生需要一定的真空度,但彻底清除腔内的其它气体是比较困难的。而且,实验室等离子体处理结果很难重复,因为需要优化的参数很多,如处理时间、处理温度、照射功率、气体成分以及气压等。此外,腔体内潜在的其它化学物质也会对样品造成污染[21]。

1.2 紫外照射与臭氧辐射处理(UV/ozone irradiation)

紫外照射与臭氧辐射共同作用是另外一种对PDMS表面修饰有效、可行的方法[29]。与等离子体处理相比,该方法氧化PDMS表面深度更大且表面裂纹更少[19]。当经紫外与臭氧处理时,PDMS表面会逐渐形成有机硅层,从而使聚合物表面由疏水性向亲水性转变[21],同时增强电渗流以及减少反应物在表面的吸附[18,19]。

紫外照射和臭氧处理相结合的实验报道有很多,虽然取得的效果比单一方式处理的效果好,但都要求严格的环境条件和较长的反应时间[29]。Schnyder采用光化学修饰方法,使用172nm紫外光来照射PDMS表面,在很短的照射时间内使表面的C、Si、O含量发生显著变化(表1),最终通过XPS以及椭圆光度法测算出表面Si/O比近似为1∶2[18]。

Olah等采用UV/ozone照射方法处理PDMS表面,观察到亲水的有机Si层逐渐形成。经AFM(原子力显微镜)检测表明,当表面形成SiOx时,其粗糙度迅速下降(处理完成后,表面粗糙度一般会小于2nm)。通过观察接触角的变化还可以监测到疏水性的恢复过程。实验结果支持疏水性恢复是由于有机Si层结构中自由的硅氧烷重新覆盖表层以及极性基团重新定位的假说[16]。

Berdichevsky等研究了紫外臭氧深度透射氧化PDMS的过程,并采用FTIR(傅里叶变换红外光谱)频谱检测手段研究了PDMS表面改性后的物理属性,同时通过测量接触角测定了亲水性改变的效果,结果表明亲水性明显增强。

此外,UV/ozone照射也可以用来促使生物活性复合物的初始自由基聚合。但是UV/ozone照射处理会影响聚合物的光学特性。而且,紫外光容易被粒子阻挡,造成紫外处理的一致性不高。

1.3 表面活性剂处理

表面活性剂(Surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团、在溶液表面能定向排列的分子。表面活性剂上2类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接,形成了一种不对称的、极性的结构,从而赋予了该类特殊分子既亲水又亲油,而又不是整体亲水或亲油的特性,并能使表面张力显著下降[30]。

将表面活性剂释放到交联的聚合物基体中,在水溶液中由于表面活性剂的作用,使得PDMS的湿润性增强。所增强的程度是表面活性剂浓度的函数。

Seo等通过向PDMS表面加入3% Triton TX-100(一种非离子型表面活性剂),PDMS的接触角在90s内下降了40°,而未加入表面活性剂的只下降了3°。接触角和接触半径动态测量结果表明,湿润性改变是由于表面活性剂转移到水溶液和PDMS界面造成的,而且修饰过的PDMS能够在30天内有稳定的接触角[31]。

Wang等采用一种简单的动态涂层方式来降低反应物吸附。他们把动态修饰剂Tween 20(一种非离子型表面活性剂)加入到运动的缓冲液中,可以看到电渗流明显降低。通过这种修饰方法,精氨酸、脯氨酸、组氨酸、苏氨酸可以在3.7cm长的管道中实现快速完全分离,所需分离时间还不到80s。此外,检测PDMS芯片伏安特性的标准偏差小于2.4%,由此可以明确证明Tween 20 动态涂层修饰方法是一种可用于氨基酸重复分离的手段[32]。

表面活性剂分子吸附到PDMS表面上,表面的极性基团即使带有很小的电荷都会影响PDMS表面的疏水性质,使得PDMS表面由疏水性转变为亲水性。虽然表面活性剂直接吸附PDMS可以改善PDMS的表面湿润性,但是会影响修饰后PDMS的机械性能,而且也会使水渗透进入树脂基复合材料[30,33] ;然而理想的表面修饰方法只改变PDMS本身的表面属性而不影响其整体的机械性能。

1.4 接枝共聚处理

接枝聚合物是由2种或多种单体经聚合而成的产物,兼有主链和支链的性能,长的聚合物链通常要包含一定数量的与基底表面相结合的官能团。因此,可以利用这一原理对PDMS表面进行接枝聚合修饰[34]。

针对不同的基底,形成了多种接枝聚合方法,如利用高能物质辐射(紫外光辐射、激光辐射)引发接枝聚合,臭氧、酸或氧化剂等化学物质进行引发接枝聚合以及利用等离子引发接枝聚合。

Lee等利用无毒、亲水性很好的PEG对PDMS表面进行修饰。首先,利用等离子体处理PDMS表面,然后浸泡入PLL-g-PEG共聚物中。由于在等离子处理后,PDMS表面会产生-OH、COO-基团,PLL骨架与负电表面结合PEG链作为延伸结构,形成PEG/水界面起到防止蛋白吸附的作用[35]。Bodas等通过对比O2等离子体、O2+C2F6(非传统等离子体)和O2等离子体处理后用HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)接枝共聚的作用效果得出:单纯O2等离子体处理只能保持2天;使用O2+C2F6处理的亲水性能保持几周,接触角会从64°增加到85°;使用HEMA进行化学修饰的效果最好,亲水性能够稳定保持10天,接触角会从7°增加到44°。该研究表明,可以利用O2+HEMA处理,向PDMS上接枝稳定性更好的亲水基团,而且处理后的芯片可以在更高湿润性要求的场合使用[15]。

中科院微系统所Biochip实验室陆振华等利用空气等离子体处理PDMS芯片后,放入乙醇中浸泡用以保持亲水性,之后再用对苯二甲醛丙酮处理,使PDMS具有永久修饰的效果[36],同时为抗体成功固定起到了很好的作用。

2 结语

通过对PDMS表面修饰方法的综述表明,不同修饰方法对增强PDMS表面的亲水性都有很好的效果。但是,它们也会对PDMS表面形态及结构产生一定的影响。等离子体在对聚合物表面进行处理时,由于不使用溶剂,所以不会产生化学物质污染。而且,与采用湿法化学处理的效果相比,聚合物表面更少发生降解,从而使表面更加平整。相比之下,紫外臭氧处理对PDMS表面的氧化深度更深。表面活性剂和接枝共聚都是通过化学结合方式对PDMS表面特性进行改善的。表面活性剂能够与PDMS表面结合改善PDMS表面的亲水性,但是结合强度不够并且会影响PDMS的机械性能;接枝共聚方式能够很好地与PDMS结合,不仅可以改善亲水性而且还能提高PDMS的生物兼容性。因此,接枝共聚修饰是目前对PDMS进行修饰的最好的一种方法。

PDMS 篇3

笔者通过聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)对APP的表面包覆制备阻燃聚丙烯材料,研究合成具有耐水性能的APP,提高阻燃材料的阻燃、力学、耐水性能。

1 实验部分

1.1 实验原材料

主要原材料为:PP,7042;CFA,10 μm;APP,GD-101;SiO2,TLZJ-1。

1.2 实验仪器

氧指数仪,JF-3型;垂直燃烧仪,CAF-3型;转矩流变仪,RM-200型;塑料压力成型机,SL-6型;高速万能粉碎机,FW100型。

1.3 加工工艺

1.3.1 工艺条件

按照实验配方称量各种实验药剂,其中膨胀阻燃剂占配方的30%。利用粉碎机粉碎后在转矩流变仪上搅拌均匀,然后利用平板硫化机制成实验所需厚度的压片。最后切割成所需的各种规格的样条。转矩流变仪的温度200 ℃,压片温度200 ℃,如表1所示。

实验中阻燃剂的总添加量为40 g,实验前,将PP、CFA、SiO2、APP于105 ℃烘干干燥4 h,实验中,保持原料总质量为40 g,固定APP∶CFA阻燃剂为4∶1,SiO2为阻燃剂添加量的5%不变,APP阻燃剂质量分数为12%、14%、15%、17%、18%,制备样品。分别加入不同含量未改性与改性APP作为阻燃添加助剂。实验中,未改性APP的配比配方如表2所示,改性APP的配比实验配方如表3所示。

1.3.2 实验流程

实验流程如图1所示。

1.3.3 PDMS表面包覆APP的制备

称取150 g烘干的APP放入三口瓶中,再加入500mL氯仿和1.5 gPDMS预聚体和0.15 mL固化剂,室温下搅拌5 h,使PDMS与APP均匀混合,然后将氯仿溶剂通过旋转蒸发仪将溶剂蒸出。最后取出固体,在烘箱中在80 ℃下烘干固化,得到PDMS表面包覆的APP。

1.4 测试方法

1.4.1 接触角测试

采用DSA10 MK2型水滴形状模拟分析系统,在室温条件下进行测定,测试时每次使用的水滴的体积均为3 μL,测量结果取样品表面不同区域的5个点的平均值。滚动角是在室温下采用OCA 20型接触角检测仪进行测量,测试时使用水滴的体积为4 μL。

1.4.2 氧指数测试方法

氧指数(LOI)测定方法按GB/T 2406-1993《塑料燃烧性能试验方法 氧指数法》测试。

实验片材长70～150 mm,宽(6.5±0.5) mm,厚(3±0.25) mm。

1.4.3 垂直燃烧测试方法

垂直燃烧按国际垂直燃烧测试UL-94规定的标准程序进行测试,UL94 V0、V1及V2级垂直燃烧试验级别判据如表4所示。

1.4.4 力学性能测试

(1)拉伸试验。

将试样夹持在专用夹具上,对试样施加静态拉伸负荷,通过压力传感器、形变测量装置以及计算机处理,测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力—应变曲线,计算曲线上的拉伸强度、断裂应力、断裂伸长率等,测量试样中间平行部分的宽度和厚度,夹持试样,夹具夹持试样时,使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合,并且松紧适宜,以防止试样滑脱或断在夹具内。

(2)弯曲性能测定。

弯曲性能测试主要用来检验材料在经受弯曲负荷作用时的性能,生产中常用弯曲实验来评定材料的弯曲强度和塑性变形大小,弯曲强度测试常采用简支梁法,将试样放在两支点上,在两支点间的试样上施加集中载荷,当载荷达到某一值时,其变形继续增加而载荷不增加时的强度即为破坏载荷。

(3)冲击强度测试。

高聚物材料制成的零部件有时要在载荷速度很大的情况下使用,材料抵御外力冲击损坏的能力称为韧度,摆锤式冲击弯曲实验所测得的冲击强度数据是指试样破断时单位面积上所消耗的能量。基本原理是把摆锤从垂直位置挂于机架的扬壁上之后,便获得一定的位能,如任其自由落下,则此时位能转化为动能,将试样冲断。试样冲断以后,摆锤以剩余能量升到某一高度。

试样要求平整,无气泡、裂纹、分层、伤痕等缺陷。

缺口试样:深为试样厚度的1/3,宽(2±0.2) mm。

1.4.5 材料耐水性测试

将阻燃包覆后未改性与改性PP材料制成3 mm厚的试样,切割15 mm宽的均匀样条,编号烘干后冷却至室温称重,记录为W0;将试样放入恒温70 ℃水浴槽中,每隔24 h换水,保持168 h,取出试样在80 ℃烘干72 h,冷却到室温称重,记录为W1,失重率(Wx)按式(1)计算。

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2 实验结果与讨论

2.1 未改性与改性包覆后APP的接触角

未改性的APP接触角APP为0°,说明是超亲水的。当水滴滴加到PDMS表面包覆的APP表面时,水滴能在APP的表面稳定停留,长时间不渗透,其接触角达到了135°,说明超亲水的APP经过表面包覆后,变成了疏水表面的APP,大大提高了APP的耐水性能。

2.2 阻燃聚丙烯体系的阻燃性能研究

将未改性的APP和已改性的APP分别与CFA以4∶1的质量比进行复配,加入阻燃剂质量5%的SiO2组成膨胀阻燃剂,加入到PP中。阻燃PP材料通过氧指数和垂直燃烧试验,阻燃性能如表5、表6所示。

PP的LOI随着APP添加量的增加而增大,在添加量相同的情况下,APP被PDMS包覆后,PP复合材料的LOI要高于未改性APP后PP复合材料的LOI。因为PDMS中含有硅,可以提高包覆度。燃烧时对炭层有加固作用,促进聚合物表面成炭。促使包覆在PP复合材料的表面,脱水成炭膜,而分解释放出的氨气和脱水时形成的水蒸气则可以起到稀释氧气和可燃气体的作用。故随着APP添加量的增加,氧指数也增大。

从表5、表6中未改性与改性APP包覆阻燃PP阻燃性能的结果可以看出,当APP的添加量为14%时,未改性与改性材料的垂直燃烧测试为V1级,当APP添加量增加到15%时,改性材料顺利通过了V0级,此时的氧指数也达到了28.8,具有较好的阻燃性能。主要是因为随着改性APP添加量的增加,由于包覆后APP为层状结构物质,在燃烧的过程中层状物质分离,形成纳米颗粒,能在炭层的表面形成一层致密的碳层,使得膨胀体系形成的炭层更加的致密,燃烧的热量和氧气被隔绝,从而促进了材料的阻燃性能。当添加量为15%时达到最好的阻燃性能。

2.3 阻燃聚丙烯体系的力学性能

未改性APP包覆阻燃剂不同添加量对PP力学性能的影响,如表7所示。

改性APP包覆阻燃剂不同添加量对PP力学性能的影响,如表8所示。

APP添加量增大时,PP复合材料的拉伸开始减小。由于APP是无机物,与有机物的相容性不好,APP与PP复合材料的极性不同,因而随着添加量的增加,产生的节点也随之增多,过量添加导致与PP复合材料间相界面结块明显,界面间力传递效应差,使试样在受外力作用时更容易产生裂纹,导致PP复合材料的拉伸、弯曲强度下降。随着包覆APP添加量的增加,其拉伸强度比未改性APP的拉伸强度高。包覆APP的PP材料拉伸强度要比未改性APP的PP复合材料拉伸强度高。

APP添加量增大时,PP复合材料的弯曲强度开始减小。由于APP是无机物,与有机物的相容性不好,APP与PP复合材料的极性不同,APP分子链会发生卷曲和缠绕,使试样在受外力作用时更容易产生裂纹,导致PP复合材料的弯曲强度下降。随着包覆APP添加量的增加,其弯曲强度比未改性APP的拉伸强度高。因为PDMS中含有硅,可以提高包覆度,故与PP复合材料的相容性较未处理APP的好。包覆APP的PP材料弯曲强度要比未改性APP的PP复合材料拉伸强度高。

随着大量APP的加入,APP的分子链同PP复合材料分子链形成的缠结,使其内部产生应力集中点,引发银纹,吸收形变抵抗外力作用于试样的能量。极性的差异导致PP复合材料的冲击强度降低。添加包覆APP后PP复合材料的冲击强度比未改性处理后PP的冲击强度强很多,这是由于经过PDMS的包覆后,APP是极性的,APP与PP复合材料的极性差异减小,相容性有了提高。使包覆后APP在PP复合材料中分散较均匀,抵抗外力作用增强。因此,包覆APP后PP复合材料的冲击强度比未改性处理的PP复合材料的冲击强度强很多。

2.4 阻燃聚丙烯体系的耐水性能研究

表9为APP添加量与耐水性实验数据。可以看出,包覆改性后的APP耐水性有较大提高,水煮168 h后失重率都小于未改性,包覆后材料有较好的耐水性,由于APP中氧键亲水性大,经过PDMS的包覆,能很好地包围氧键,使其亲水性减小。包覆后的APP复配到PP材料中提高了阻燃剂与聚丙烯的相容性,达到了预期的目的。而未改性的APP中氧键亲水性大,表现灵活,所以出现了失重率增—减—增—减的现象。

3 结 论

(1)PDMS对APP的包覆,提高了APP耐水性。

(2)PDMS包覆后的APP的阻燃剂添加量达到15%时,阻燃材料达到了UL-94 V0级,而未改性阻燃剂添加量达到17%时才达到UL-94 V0级,同时改性氧指数为28.8,相比也有提高,说明PDMS对APP的包覆对PP的阻燃起到了促进作用。

(3)包覆后APP的拉伸、弯曲、撞击性能都比未改性APP表现好,力学性能得到提高。

(4)包覆后的APP复配到PP材料中提高了阻燃剂与聚丙烯的相容性,提高了材料的耐水性。

摘要：研究PDMS表面包覆改性聚磷酸铵及其阻燃PP性能的变化情况。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体为包覆剂对APP进行表面包覆改性制备疏水APP,然后将改性APP与自制的三嗪类成炭发泡剂(CFA)、SiO2作为协效剂复配成膨胀型阻燃剂(IFR)加入到聚丙烯中制备阻燃聚丙烯材料。分析PDMS改性对阻燃PP复合材料的阻燃性能、力学性能和耐水性能的影响。CFA与APP进行1∶4的复配,加入到PP中。随着阻燃剂的增加,材料的氧指数逐渐增加,当表面包覆APP添加量达15%时,改性后氧指数达28.8,阻燃性能达到了UL94-V0级。而未改性阻燃剂添加量达到17%时才达到UL 94-V0要求的氧指数28.5;材料的力学性能随阻燃剂的增加而下降。通过包覆,耐水性能有很大提高。

PDMS 篇4

PDMS设计软件作为三维综合设计平台在工业工程设计中已经得到了广泛应用, 但相比其在管道设计中的便捷高效, 在土建设计中, PDMS就显得过程繁琐许多。其中一方面是因为软件自身缺陷, 另一方面, 也是由于缺少系统周全且易懂的指导教程导致许多软件自身功能未被妥善利用。本文将以土建模型为例, 对PDMS设计模块的几个简单好用的操作技巧进行介绍。

二、土建设计中PDMS软件应用的操作技巧

(一) 模型复杂时为模型元件设置不同的颜色、透明度, 设定显示区域, 以方便观看。

PDMS作为三维综合平台, 工作过程中往往需要加载大量不同专业、不同类型的构件。当这些构件以单种或少数颜色全部实体显示在工作窗口时, 如果构件很多, 会显得非常杂乱。这时如果将部分元件 (比如需要重点关注的构件) 设置成指定颜色、部分构件根据需要调整透明度 (比如遮挡住其他元件的墙板) , 适当的处理将能够使视图更加直观鲜明, 方便工作。在PDMS的Design模块中, 可以通过三种手段对显示窗口中各个元件的颜色和透明度进行调整。

1. 通过Members+Draw窗口对构建显示属性进行调整。

该窗口可以通过Display->Members->Control->Drawlist调出, 其上中间位置Colour行可以选择颜色, 下拉菜单可以修改透明度, 设置完毕后点击Add CE即可将元件修改成理想的显示属性。

2. 在Drawlist窗口中也可以调整元件的颜色和透明度。

选择需要修改显示的元件, 选择Graphical Selection栏, 在窗口下方对Colour和Translucency按需要进行设置, 点击Update Display即可完成操作。

3. 直接在命令行输入命令。

直接在命令行输入命令是最直接的方法, 不过需要将原元件移除后再重新加载。此外还可以将需要修改的多个元件组成list, 在list命令行输入命令, 这样可以完成批量修改。

此外, 当视图里元素太多而需要看到的只是其中一小块区域时, 可以使用Cliping&Options工具对模型显示区域进行设置, 将混淆视线的、不需要看到的元件隐藏, 简化视图, 方便操作。

(二) 重复修改时善于使用批量修改工具。

有时候会遇到多个元件作同一修改的情况, 比如墙体统一提高一样的高度、统一修改成一样的墙厚, 埋件统一赋予相同的’purp’属性、’desc’属性等, 这些时候使用批量修改工具会方便很多。PDMS的DESIGN模块的很多创建修改命令———比如说Position by、Modify Attributes Global…、Create Copy…等, 都可以作批量修改操作。建立一个list, 选择需要修改的元件, 然后在打开的修改命令里选择list做修改对象, 就可以实现批量修改。该操作分为两步:第一, 首先建立一个list组。打开list工具窗口的方式一般有两种, 可以直接点击菜单快捷按钮或者通过点击Utilities->List…打开。在List工具窗口, 可通过Add和Remove菜单添加或者移除组群和元件。第二, 打开修改命令, 修改对象选择list, 即可对改list下的所有元件进行修改。第三, 也可以在list窗口的命令行里输入pml命令, 点击Action实现批量修改。

(三) 使用My Data工具栏储存元件列表, 方便日后重新调用。

修改模型时经常会遇到需要重新调用以前调用过的元件组合的情况, 比如说一面墙加上穿过的管道、附近的设备、接触的楼板墙体等, 每次都要重新一样一样加载筛选会非常麻烦, 这时候在My Data里建立一个文件夹将相关的元件拖拽进去, 以后需要用到的时候直接调用, 能够节约很多功夫。大规模添加元件时可直接在drawlist里全选元件, 右键选择Add To My Data。

(四) 修改直墙端点时注意工具的选择。修改直墙长度一般有三种方法。

1. 使用Modify->Wall->Definition, 通过修改起始点位置或者墙体长度角度来修改直墙端点位置。

该方法优点是直观简单, 缺点是如果修改起点, 墙上洞口附件将会随着移动。

2. 打开Position->Extend Wall->Through, 通过选择墙体端点新位置所在平面来实现修改目的。

此种方法可以方便地修改墙体端部剪切角, 较适用于修剪墙体端部使其与其它构件紧密连接, 但和第一种方法一样, 如果修改起点, 墙上洞口附件将会随着移动。

3. 打开Position->Extend Wall->By, 直接输入长度数据对墙体端部进行延长或修剪。

使用这用方法修改墙体不会改变墙上附件的宏观位置。

三种方法各有优缺点, 建模时需要根据具体情况择优应用。

(五) 善用局部坐标。

在PDMS的design模块中, 创建FLOOR、GWALL、PANEL、NEATIVE EXTRUSION等元件时, 第一、第二点将决定该元件的局部坐标, 第一点为原点, 第一二点连线为Y轴, 以此形成该元件的局部坐标轴, 这个坐标轴不会因为元件形状后期修改而改变, 元件上所有的Ppoint都以此为基准定位。因而, 初始建模时选用适当的原点及描点顺序, 建立合适的局部坐标轴有助于模型元件的定位和形状修改。

(六) 善用PML命令。

PML是一种可编程语言, 与PDMS无缝连接, 可以实现PDMS里的大部分命令, 有时候使用起来更加简便直接。一般情况下选择要修改的元件, 在Command Window里输入命令, 就可以对元件进行修改。当需要批量修改时, 建立List, 选择合适的筛选方式选择元件, 然后在其命令行窗口输入修改命令, 可以对所在组的所有元件进行统一修改。在需要的时候还可以使用PML语言编写简单的小程序, 直接导入命令行驱使软件自行工作, 节约人力和时间。

三、结语

PDMS软件在工程设计中有很大优势, 依托其集成布置设计平台, 工业设计中最核心且最复杂的管道设备布置设计的过程将能够得到有效简化, 其设计难度大幅降低。在设计过程中, 作为基础平台的三维模型至关重要, 模型维护往往耗费大量人力物力, 使用适当技巧简化建模过程能够有效提高效率, 降低成本。

参考文献

[1]AVEVA Plant:PDMS Design Reference Manual

[2]AVEVA Plant:Structural Design Using VANTAGE PDMS

PDMS 篇5

当前, 在国内大型石油装备制造领域依旧是由二维平面设计占据绝对主导地位。但是随着全球化进程的加速, 三维技术无论是在大型成套设备制造的设计还是工艺当中的优势都愈发明显, 被越来越多的企业所接受。例如在宝鸡石油机械责任有限公司与韩国大宇造船海工株式会社签订的坐底式海洋钻井平台钻井系统的设计中, 就首次采用PDMS技术, 严格按照实际尺寸及技术参数建立起了全方位立体模型, 而且后期的采购、生产和组装都以该模型为指导, 严格按照国际通行标准进行。宝石机械责任有限公司在这个过程中积累了很多宝贵经验。

2 PDMS (工厂三维设计管理系统)

PDMS是著名公司AVEVA的核心产品, 它是以数据库为核心、以网络为支撑、以项目管理为主线, 集规划、设计和管理应用于一体的全专业集成布置设计软件, 目前, 占据世界高端工厂三维设计最高份额, 代表了全球三维工厂设计的主流和发展方向, 它具有以下几个方面的特点:

(1) 实体建模:全方位三维实体建模, 而且是以所见即所得的方式建模。

(2) 多专业协同:PDMS软件中各相关专业均在同一个平台上协同工作, 相互查阅对方资料的内容, 资源共享, 设计过程可以大大简化。如:专业布置图中管道接口亦可在模型上实现, 从而减少了各专业对接的接口不匹配问题。

(3) 碰撞检查:支持实时碰撞检查。同一项目、同一空间任何专业模型均参与碰撞分析, 可以自动校对三维模型中数据的完整性、一致性。如管道的连接关系、管件在管道上的顺序关系、管道等级、管径、仪表、阀门、放空以及管道的其它属性, 并且直观地显示在PDMS模型中, 可快速地定位出错的位置, 同时有文本的校验报告可供参考。

(4) 标准库:可以在可视条件下, 任意定义复杂元件, 并在单管图中正确表达标准库和三维模型为参考关系, 始终统一。

(5) 第三方软件接口:提供结构分析软件、电缆铺设软件、机械设计软件等一系列接口程序。

(6) 三维可视化漫游:作为三维设计软件, 它的漫游 (Review) 功能可以确保从不同角度观看设计模型, 更好地提高设计质量。

3 海洋石油钻井平台制造业未来发展方向

海洋钻井平台即海上钻井工作的场地, 分为固定式和移动式两种形式。它具有以下几个发展趋势。

3.1 设计模块化, 工艺人

性化

海上石油开采作业的费用十分昂贵, 施工作业的日费用约为30万元人民币。为了加快钻机在海上安装、移运速度, 以缩短海上施工时间, 要求钻井单元尽可能实现模块化, 以降低生产成本。海上钻井的场地不同于陆地, 它是固定式钻井平台或者移动式钻井平台 (船上作业) , 因而井场的面积和空间都很有限, 设计中, 要尽量给工作人员提供较宽裕的工作环境, 也是海上作业安全的需要。

3.2 机、电、液一体化

这里的一体化主要指用电、液来控制各种钻机设备的作业, 从而使钻机逐步实现电脑指挥下的全盘自动化。因为海上钻井的成本远高于陆地, 既要缩短作业时间, 又要快速优质地进行生产, 以降低成本, 所以海上钻井对钻机设备的机械化、自动化程度的要求更高。

3.3 尽量减少海风等自然因素的干扰

随着海上作业日益从浅海走进深海, 海洋钻井平台也从固定式向移动式发展。这里主要是指移动式海洋钻井平台。因为这类设备在海上作业时, 随着风浪会产生升沉、摇摆、漂移等运动。各类非固定件 (如游吊系统) 也会随之上下升沉运动, 轻则钻压不稳无法正常作业, 重则发生各类碰撞造成事故。如何降低外界各类自然因素的干扰, 保证作业的正常进行是亟待解决的问题。

3.4 成本控制精细化, 产品质量控制全面化

海洋石油钻井平台的工况十分苛刻, 无论是在施工过程中还是在服役期间, 都要经受来自海洋的风、波浪、海冰甚至地震、海啸等的载荷作用。这种海洋环境载荷有时能产生巨大的破坏力。所以其设计的要求和质量远高于陆地钻机设备, 如何在保证质量的前提下更好地控制成本成为每个制造商面临的问题。

4 PDMS在海洋钻井平台生产设计中的应用

4.1 优化设计提高效率

传统的二维设计中的纠错通常是在工程施工和使用过程中才被发现和纠正, 造成人力、材料的浪费和工期的延误, 也造成设计人员在空间布置上担心干涉问题而留有过多余量, 造成空间利用率的偏低。PDMS软件对碰撞的自动检查可以解决这一难题。同时它建模的过程就是制造、安装和运行过程的概要表达, “怎么施工, 就怎么建模”。利用PDMS全尺寸三维数字模型, 可以合理且紧密地布局, 减少设计人员因为空间布置问题而耗费的时间和不足, 为未来模块化的引入打下基础。例如该坐底式海洋钻井平台钻井系统的固控部分设计中, 由于是全比例模型使得设计人员在固控区进行硬管布置 (图2) 时游刃有余, 敢将固控部分管线和公共系统管线在空间上进行交错布置, 从而极大地提高了空间利用率。

4.2 改进工艺消除隐患

海洋钻井平台的工况受地面和空间限制, 对钻机布局提出很高要求。不仅要求从设计角度检查是否发生碰撞, 还要求布线的合理性。如有些管线上下层次是否分明、管线布置工艺是否满足人性化要求。传统的二维设计制图根本无法达到这么高的要求。PDMS自带的浏览模式就解决了这个问题。例如在该坐底式海洋钻井平台钻井系统的设计中, 当时在进行三维模型审阅中发现, 发电机房内部 (图3) , 发电机侧面凸出的控制面板距离房体外壳仅0.2m, 这个距离太窄根本无法保证操作人员的进出, 更不用谈对设备的操作了。而在传统的二维设计中, 这类问题根本无法被发现, 只能留到后期实际施工中去纠正, 对产品质量和生产周期产生影响。所以PDMS技术的应用无疑对企业本身的发展起到了很好的推动作用。

4.3 系统优化沟通顺畅

随着海洋石油钻井平台机、电、液一体化程度的提高, 多专业交叉带来的碰撞问题日益突出。最终影响到产品的设计质量和制造水平。而传统设计的多人、多专业的串行设计是通过大量的资料交换来保证上下道工序之间的衔接, 工作繁琐、环节多、信息交换延时。信息的传递是点对点进行。这种沟通无法做到各专业人员在同一设计平台上进行有效沟通和衔接, 使得产品之间衔接、接口匹配等问题十分突出。而一旦在设计阶段存在的问题未能很好地解决, 就会造成后期很多不合理且无法更改的尴尬, 或因必须更改而造成重大损失。PDMS能确保各专业人员在同一平台、统一数据库内进行三维设计, 可以实时观察本专业与其他专业空间位置和相关数据;标准库的建立使产品的用料得到统一。设计人员可以合理布置专业模型、优化设计、消除不足。这个现象在该海洋平台坐底式驳船项目设计中体现得尤为明显, 当时按照管路、工艺、设备等划分若干专职人员。由于是在同一平台上进行设计, 就使得他们在进行各自部分的设计中很容易发现存在互相之间的对接问题, 以问题为突破口进行有针对性的沟通对设计效率的提升是成倍的;同时, 我们发现用三维模型与各配套厂家进行沟通也十分顺畅。过去在二维图纸上的很多问题需要设计人员凭空想象三维实体效果, 受环境的制约导致配套厂家和设计人员在产品配套接口问题上需要多次信息交流才能完成, 甚至有时需要将设计人员拉到实物旁边亲眼目睹才能解决问题, 极大地浪费了人力物力。而在这次进行的海洋平台坐底式驳船项目设计中, 由于是全比例模型, 使得配套厂家可以和设计人员在电脑前完成各个产品结构的拆分重组。例如, 在排污管布置设计中 (图4) , 根据具体使用环境和产品工作特点完成了管道走向的改进, 将部分排污管由撬外改为撬内, 既节约了场地也使得管线的排布更加人性化。这一改进得到当时所有人员的一致认可, 同时也是对PDMS技术应用的一种肯定。

5 PDMS对石油装备制造企业发展的推进作用

5.1 建立海洋石油钻井平台数据库

PDMS本身有着庞大的数据库支持, 制造海洋石油钻井平台的所有资料都可以新建数据库, 这些资料可以直接从数据库中提取出来制成表格, 满足统计需求。数据库中的资料包括材料尺寸、描述、重量、弹性模量等各种参数。当前它内置的标准 (如图5) 含有北美、日本等国制定的各类标准类型, 给我们提供了构建自身标准数据库的参考。石油钻机制造行业在工艺发展上有一定的相关性和延续性, 通用元件和设备较多, 设计制造有一定的方向和规律, 项目复用性很强, 这就为用户建立专门的数据库和管理模式提供了可能性和必要性。而相关符合国家标准的各类零件数据库建立也为后期使用提供极大便利。例如, 采购者可以提取准确的设备材料目录制作采购清单, 施工人员可以抽取设备定位图、管道ISO图, 准确定位设备布局、管道走向, 以及直观地掌握施工最佳流程进度, 用户可以方便地通过三维模型和数据进行平台的运行、管理和检修维护。从而使数据库的作用得到最大限度的发挥。

5.2 帮助企业加快转型升级使设计和管理一体化

当前, 大多数石油设备制造行业面临着转型升级, 它的项目管理从粗放被动型向精细主动型转变。目前石油钻机制造业采用的是两类相互独立的管理模式 (工程设计管理和工程造价管理) , 对后者采取的是粗放式管理, 造价是用料成本基础上乘以一个估算系数, 没有细化到具体每一个部件每一道工序。致使概算超估算, 预算超概算, 结算超预算的现象频繁发生, 其原因归根结底是因为当前二维设计软件无法完成相关成本的细化统计, 比如油漆耗用量、焊缝数量控制等等, 无法做到对所设计产品后期使用中的管理。这不仅增加产品成本而且造成部门冗余增加产品生产周期。而PDMS内置了相关程序, 已经做到了设计和管理同步进行。据统计三维实体模型设计方式与传统二维方式相比, 在设计阶段可节约时间和资金达50%, 实体模型完成后, 其部分工程也相应确定, 可同时产生各类元件、设备、材料的统计报告, 直接为确定工程量清单提供明确依据。同时, 它的开放性使有可能通过网络技术将工程建设各参与方有机联系起来, 共同对项目造价进行有效控制, 并在此基础上形成和应用动态造价信息系统。使设备成本可以细化到每一个元件乃至每一颗螺栓。在这次海洋平台坐底式驳船项目设计中, 该软件可以即时生成50多吨4种规格9种用途的公共管路所有材料统计报告, 而在过去用人力完成同样工作量至少需要2天时间。所以它的优势是显而易见的。

5.3 加快和国际先进技术接轨提升企业的国际竞争力

国外大型工程公司大都通过计算机网络进行多专业的并行设计、工程管理和多功能信息处理。三维设计技术主要用于优化布置、与用户交流, 并指导施工。设备供货商及分包商均能以电子文件方式进行数据交换, 各专业设计人员均能在同一三维设计环境共同设计。对比国外的现状, 我们当前计算机技术在设计和管理中的应用尚停留在国外先进国家1990年代初、中期的水平。我们虽然已经建成了计算机网络, 但协同设计并没有开展, 目前使用的协同设计软件, 也仅是在文件层次的传递与共享水平上, 与真正意义的数据库层次的协同设计相去甚远。所以通过参考国外先进技术和管理经验实现国内企业的跨越式发展, 是每个企业发展必由之路。

5.4 在海洋钻井平台上采用PDMS技术的其他因素

PDMS软件成本昂贵, AVEVA公司采取的是出租含有使用期限节点的方式进行经营 (一个节点限一台电脑, 到使用期限后必须重新购买才能继续使用) , 不提供一步到位的出售, 因此对于已经运行成熟的陆地钻机产品, 没有必要专门引入该软件来增加成本。但是对于海洋石油钻机应考虑使用该软件, 主要原因是: (1) 产品特性。海洋石油钻井平台不同于陆地钻机, 它在海上作业的日成本十分昂贵。在海上作业, 它的检修、补给和作业环境, 都完全不同于陆地钻机, 它的设计又属于多专业一体化集成设计。这就对其设计提出了很高要求, 要求在设计阶段就要消除各种隐患, 避免多专业交叉带来的各类冲突问题。传统二维软件无法满足这么高的要求。对于设计失误造成的损失相比, PDMS的费用问题就微不足道了; (2) 接口问题。目前我国在海洋钻井平台 (特别是移动式钻井平台上) 很多产品还无法做到国产化, 比如:海洋作业使用的天车补偿装置、整体集成控制等。这就决定了我们要购买国外成熟产品, 这就带来了一个前期的设计接口问题, 所以作为已经被国际广为接受并且广泛使用的PDMS软件就成为我们制造海洋石油钻井平台的首选。

6 结语

引入PDMS的目的, 不仅仅是提升我们石油装备制造业的设计水平和国际接轨, 也是为了引入国外的设计理念和管理模式。当前我国装备制造业的优势是成本低廉, 但是我们在沉醉“世界工厂”的同时也要清楚地看到, 外国同行没有在价格上和我们竞争, 他们在全方位提升自己的产业格局, 不仅仅是传统意义上的产品质量和性能, 同时依托信息产业的优势开始打造“设计-生产-成本控制-产品革新-售后服务”一体化平台, 将原本分散的几个环节作为一个全方位的整体统筹考虑, 通过信息技术的广泛应用带动和改造庞大的制造业, 从而形成新的高附加值型经济增长点。这一平台的完成和应用, 我们和国外同行的差距将不是某个环节或者某项技术的差距, 而是传统制造业和先进信息技术上的差距, 因为传统制造业是通过降低成本提高劳动生产率的方式实现利润的量化增长, 而先进信息技术是通过高新技术尤其是信息技术在传统制造业中广泛应用, 使传统制造业完成了转型升级和创新, 使资本密集型产业转变为技术密集型产业。逐渐着力于产品研发和品牌营销, 形成技术领先、附加值高的知识技术密集型信息制造业, 使得企业完成质的飞跃。所以PDMS技术的引入对我国而言不是提高当前企业水平而是开创企业未来发展的新起点。

参考文献

PDMS 篇6

1 两大工程软件的应用比较

1.1 Auto CAD与PDMS在管道设计中的比较

Auto CAD具有绘图速度快, 精度高等特点, 在管道设计过程可简便快速完成相关设计要求, 并且非计算机专业人员也能很快掌握使用, 使其在管道设计中得到了普遍应用。但目前采用Auto CAD绘制的设计图基本为二维效果, 对于复杂的管道设计, 则无法展现良好的可视性, 为设计过程带来一定的难度;另外, 对于一些设计细节, 如尺寸标注, 只能通过人工标注来完成。

与Auto CAD相比, PDMS作为三维模型软件, 一方面设、校、审人员可同时从不同的方度查看设计的模型, 对复杂的管道设计可做到一目了然, 大大提高设计的精确性[2];另一方面, PDMS可实现模型实时碰撞检查并自动报错, 可有效避免设计过程中管道碰撞等问题。另外, PDMS可自动生成管道平面布置图并进行自动标注, 且模型修改时, 布置图及模型均可自动更新, 可显著减少人工修改带来的麻烦与错误。

PDMS在管道设计过程中体现出众多优点, 但也存在不足之处, 如:①PDMS在建模前需耗费大量人工时来建立管道元件库和管道等级;②当某个设计条件发生变化, 模型无法集中选中修改, 只能逐个单独进行修改, 过程烦琐;③PDMS管道布置图中自动生成图的标注样式、线型等较难达到施工图的要求, 需要人工再次修改。

1.2 Auto CAD与PDMS在材料统计上的比较

由于Auto CAD不具备材料数据库, 对设计所需的材料如弯头、阀门等元件只能通过人工统计, 可能存在某些元件统计数不足等风险, 对后期的施工等工作开展带来影响。例如, 某些进口的仪表阀, 需要提前半年预定, 若统计数量不准确, 致使采购的数量无法满足施工的要求, 进而造成工期延缓等麻烦。

与Atuo CAD比较, PDMS拥有其独立的数据库结构, 数据库中含各类管道建模所需的元件及等级。材料统计时, PDMS会根据模型中所采用的元件及等级自动且准确地生成综合材料表, 材料表中含有元件名称、数量及等级等各类信息;另外, 当模型发生修改时, PDMS亦可自动生成新的材料表, 避免了人为统计、人工修改带来的麻烦与错误[3], 这充分体现了三维设计软件在材料统计应用上的优势。

1.3 Auto CAD与PDMS在应用项目上的比较

目前, Auto CAD主要应用在小型项目上。这主要是由于采用Auto CAD进行设计, 可在较短的时间内高效完成设计项目, 很好地满足小项目设计“短、平、快”的要求;另一方面, Auto CAD虽无法自动生成管道单线轴测图 (ISO图) , 但小项目在施工时也不需要ISO图。因此, 在能达到设计要求的情况, 小型项目基本采用制图周期短的Auto CAD。

与Auto CAD不同, PDMS则主要应用于大中型项目。大中型项目管道设备等交错复杂, 采用PDMS可以直观、有效地检查模型结构, 及时发现并解决问题;且PDMS可自动抽出ISO图及材料表格, 满足项目设计文件等要求见表1。

2 结语

通过比较, 可发现Auto CAD与PDMS在化工设计应用上各有优劣 (如表1) 。Auto CAD虽具有制图速度快、完成项目周期短等特点, 但设计图纸多为二维效果, 且无法自动生成管道轴测图及统计材料, 限制了其在各类型项目中的广泛应用;PDMS作为三维设计软件, 具有良好的可视性、模型碰撞检查及自动统计材料等功能, 可有效应对大型项目中所出现的各种问题与麻烦, 但需耗费大量人工时来建模与完善数据库, 很难达到小项目的设计要求。总之, 需根据项目的实际情况来选用工程设计软件, 以保障项目的设计进度和设计质量。

摘要：对化工设计中广泛应用的两大工程设计软件Auto CAD与PDMS进行了比较, 论述了两者在管道设计、材料统计及项目应用上的异同。

关键词：AutoCAD,PDMS,化工设计,比较

参考文献

[1]宋岢岢.压力管道设计及工程实例[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[2]方桂欣.PDMS在化工管道设计中的应用[J].城市建设理论研究, 2015, 5 (14) .

PDMS 篇7

1 PSI应用发现的问题

在使用过程中,如直接将管道模型导入到CAESARⅡ中,会发现管道的很多参数并未导入,具体见表1。

2 解决方法

对表1 所发现的问题,有些可以在PSI模块下对管道的PSI属性进行设置,达到输出的目的。但有些问题PSI中没有设置相应的属性,笔者经过对多个管道模型进行测试后,提出相应问题的解决方法。

2. 1 管道温度及压力

管道温度及压力在PSI设计模块下Branch层的TEMP属性及PRES属性处设置。在设置压力属性前,需要在PSI defaults处对压力单位进行设置,以保证数值导入到CAESARⅡ中准确无误[2]。

2. 2 管道材质

管道材质需要在PDMS元件库中定义,具体操作: 在PDMS元件库中对管道及管件元件的等级( Spco) 的材料参照Matxt - SMTE属性进行设置,将MATNUM属性设置为CAESARⅡ材料库中对应的材料编号。

2. 3 管道壁厚

管道壁厚参数在PDMS元件库中管道直段填充段的特性库参照- TUBD处设置,TUBD的TWALL属性为元件CAESAR Ⅱ 管道壁厚记录属性。但是对于管道元件,暂不能找到相应的属性,当弯头壁厚与管道壁厚不同时,需要设计人员手动修改弯头壁厚参数[3]。

2. 4 保温材质

保温材质密度参数的设置在保温等级的材料参照Matref的Density属性进行。保温材质的Matref为材料参照,其参照对象为特性库MATW下的SOLI型元素,SOLI的子元素从属关系为SDEN→TDEN→SOLI,其中SDEN具有Density属性,该属性表示材质密度。

1. 5 刚性件重量

PSI中刚性件模型的PSIweight属性为刚性件的元件质量,填入数值应为元件的质量,单位为kg。导入CAESARⅡ后,软件会将该属性的数值自动乘以重力加速度g从而得到刚性件的重量。

1.6支吊架类型

支吊架类型的不正确对CAESARⅡ的计算影响较大,虽然在PSI中管道支吊点也就是ATTA中的属性NODETYPE代表约束型式,其数值与CAESARⅡ中RESTRAINTS类型表中的序号相对应,但在火电厂管道设计中,高温高压管道多数支吊架类型是弹簧支吊架,而PSI中没有与弹簧支吊架相对应的属性,只能手动修改,这样就会造成操作的繁琐。虽然无法正常导入,但是可以想办法减少修改方面的步骤,经多次测试之后发现在使用PDMS中的支吊架工具集设计支吊架后,支吊点即ATTA中PHSRest Code属性代表所使用的支吊架类型,在PSI中将模型所有ATTA的这个属性以及对应的节点以报表形式报出,在CAESARⅡ中对应报表对导入的模型进行修改,就会减少操作步骤。以某工程一段抽气管道为例,报出ATTA的PHSRest Code属性及节点,如表2 所示。这样避免了在PSI中修改NODETYPE的同时又要在CAESARⅡ里修改支吊类型。

1. 7 三通类型及应力系数

在Catref的CATE层对应属性Rating输入三通元件类型对应的数字编号,三通应力增强系数经测试需要手动在CAESARⅡ中添加。

1. 8 管道初始端热位移

管道初始热位移需要设计人员手动在CAESARⅡ中添加。

另外,如果管道在PDMS中反向布置,导入CAESAR2 中节点也为反向设置,这对管道应力分析来说是极为不方便,而且当管道末端为大小头的情况,会造成大小头进出口方向相反,发生错误[4]。

除此之外还有几个错误影响CAESARⅡ计算的结果。

1) PDMS中管道选用带有直段的弯头,在导入CAESARⅡ后,直段长度会自动加到弯头的弯曲半径中;

2) 从PDMS导入CAESAR Ⅱ 的所有管道默认的环境温度均为70℃,而非20℃,这点需要注意,会对计算结果影响较大;

3) 从PDMS导入CAESAR Ⅱ 的保温密度单位为kg. cu. cm是错误的,应为kg /( cu·cm) 。

3 总结

近年来,PDMS三维设计软件和CAESARⅡ应用范围越来越广泛,而PSI作为PDMS与CAESARⅡ的应力分析接口应用也随之越来越多,目前PSI的主要功能是将CAESARⅡ软件计算的不同工况下的位移值带回PDMS中从而辅助检查碰撞,而导入率无法达到100% ,需要手动添加或修改一些参数,这与使用者所需求的功能还有所差距。笔者在文中所总结的问题不一定涵盖全面,所提出的解决问题的方式也不是唯一的,但希望能为使用PSI的工程设计人员提供一定的参考,对提高工作效率有一定的帮助。

参考文献

[1]高峰.CAESARⅡ在管道应力分析中的应用[J].辽宁化工,2014,(9):1200-1202,1206.

[2]AVEVA.Pipe Sress Interface User Guide.

[3]AVEVA.Pipe Sress Interface Administration Guide.