張招

摘 要：石油集輸系統(tǒng)設(shè)備眾多且貴重復(fù)雜，設(shè)備工作原理仿真可以直觀地將設(shè)備工作過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，幫助集輸工更好的認(rèn)識(shí)、操控、掌握集輸系統(tǒng)設(shè)備，提高了集輸工的培訓(xùn)效率，降低了石油線路危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率。利用仿真技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行三維建模、動(dòng)畫(huà)仿真、渲染輸出，最終得到輸油系統(tǒng)設(shè)備工作原理的三維仿真動(dòng)畫(huà)。

關(guān)鍵詞：石油集輸系統(tǒng)；仿真技術(shù)；三維建模；仿真動(dòng)畫(huà)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE866 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0013-02

石油集輸系統(tǒng)的石油線路安全是首要關(guān)注的重點(diǎn)，是系統(tǒng)高效運(yùn)作的保障，而且關(guān)乎石油線路工作人員的生命安全。因此，需要集輸工深入把握相關(guān)設(shè)備的工作原理，以保證設(shè)備的高效運(yùn)作。特別是集輸系統(tǒng)具有設(shè)備多、系統(tǒng)雜、技術(shù)難等特點(diǎn)，學(xué)習(xí)把握起來(lái)具有相當(dāng)?shù)碾y度，而且有些設(shè)備是從國(guó)外進(jìn)口的，價(jià)值較高且工藝更加復(fù)雜，因此，掌握其技術(shù)工藝、工作原理就更加重要，但往往又較難實(shí)現(xiàn)，即使是理解更多得也是出于表面理論的簡(jiǎn)單理解，對(duì)于內(nèi)部原理、故障維修等較難從實(shí)質(zhì)上掌握。為了便于石油線路工作人員能夠更好地維護(hù)設(shè)備、操作展示設(shè)備工作的內(nèi)部原理，有助于集輸工深入把握系統(tǒng)設(shè)備的工藝、技術(shù)，在出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能及時(shí)解決處理，進(jìn)而利于石油線路故障的發(fā)生，提高了石油線路的運(yùn)作效率，最終提供石油生產(chǎn)效率。

1 仿真技術(shù)框架

1.1 系統(tǒng)技術(shù)概述

對(duì)設(shè)備工作原理進(jìn)行仿真建立在對(duì)其結(jié)構(gòu)科學(xué)認(rèn)識(shí)、原理的細(xì)致剖析基礎(chǔ)之上，進(jìn)而利用三維建模技術(shù)和動(dòng)畫(huà)成像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程，主要的技術(shù)框架，如圖1表示。

1.1.1 建模技術(shù)

三維建模的仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)方面，可以通過(guò)Solid works， Auto CAD，3Dmax等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也有應(yīng)用特點(diǎn)。對(duì)于相關(guān)技術(shù)平臺(tái)的選擇要建立在資料的現(xiàn)實(shí)性、科學(xué)性和原始性分析基礎(chǔ)之上。通過(guò)閱讀相關(guān)的設(shè)備說(shuō)明書(shū)、文獻(xiàn)資料等，結(jié)合對(duì)應(yīng)的所屬設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、取證與結(jié)構(gòu)的特性，構(gòu)造出符合實(shí)際的三維造型。

1.1.2 仿真技術(shù)

石油設(shè)備類(lèi)型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)不同類(lèi)型的多種設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)得學(xué)習(xí)，了解、熟悉并能熟練掌握其工作原理，才能進(jìn)行正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中對(duì)于集輸系統(tǒng)里面的各種泵、閥、計(jì)量器、過(guò)濾器等設(shè)備的原理仿真設(shè)計(jì)，同樣要對(duì)其原理深入把握、充分理解，以盡可能降低設(shè)計(jì)誤差。

1.2 石油集輸系統(tǒng)設(shè)備分析

1.2.1 原理分析

在進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行仿真前，要對(duì)石油集輸系統(tǒng)主要設(shè)備的工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，這是一個(gè)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)蝶閥和水平中開(kāi)多級(jí)離心泵設(shè)備來(lái)說(shuō)明這一過(guò)程。

蝶閥是截止閥的一種，或者稱(chēng)為翻板閥，可以作為低壓管道介質(zhì)的開(kāi)關(guān)控制，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，屬于調(diào)節(jié)閥。蝶閥的關(guān)閉件的形狀為圓盤(pán)狀，通過(guò)閥軸的繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、關(guān)閉動(dòng)作。可以作為空氣、各種液體（包括腐蝕性介質(zhì)、油品、液體金屬、帶放射性物質(zhì)）、相應(yīng)的氣體等的控制切斷和節(jié)流的閥門(mén)。作為蝶閥啟閉功能的圓盤(pán)狀碟版通過(guò)軸動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、關(guān)閉、調(diào)節(jié)的作用。具體過(guò)程為通過(guò)手動(dòng)來(lái)使手輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得閥桿旋轉(zhuǎn)起來(lái)，進(jìn)而作用到了閥桿軸承，并帶動(dòng)了閥芯，最后控制液體的導(dǎo)流。

水平中開(kāi)多級(jí)離心泵起到排送各種污水、具有腐蝕性的液體或是清水，經(jīng)常被用在城市的供水、電站排水、工長(zhǎng)或礦山給排水、農(nóng)田排灌與各種水利工程。水平中開(kāi)多級(jí)離心泵啟動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器使泵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，使得通過(guò)的液體隨著葉輪的葉片共同轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的離心力將液體經(jīng)過(guò)葉片流道、蝸殼一直推動(dòng)到打開(kāi)出口閥門(mén)的排出管。葉輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械能傳遞給液體，形成壓力能與動(dòng)能，利用這些能量液體到達(dá)下一個(gè)位置。如圖2所示。

1.2.2 設(shè)計(jì)方案

熟悉了各個(gè)設(shè)備的工作原理，利于在方案設(shè)計(jì)時(shí)候能夠綜合考慮，以最大程度的減少運(yùn)作過(guò)程中的操作誤差，防止返工與錯(cuò)漏的發(fā)生。為了使得發(fā)揮出最大的工作效用，一般來(lái)說(shuō)高效的設(shè)計(jì)方案要注意一些程序。

首先要對(duì)各種設(shè)備的構(gòu)造原理、主要功能進(jìn)行了解，通過(guò)各種期刊文獻(xiàn)的檢索把握相關(guān)文獻(xiàn)資料，其中網(wǎng)絡(luò)上的圖片、視頻等也是重要的參考資料。

其次，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸等數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)建立，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3Dmax中以建立起三維仿真模型；

第三，依據(jù)設(shè)備的工作機(jī)理，在上述模型上進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作；

第四，將上述動(dòng)畫(huà)進(jìn)一步設(shè)置實(shí)現(xiàn)視頻效果的輸出。

2 石油集輸系統(tǒng)設(shè)備三維仿真模型的構(gòu)建

2.1 建模要點(diǎn)

模型建立是系統(tǒng)仿真過(guò)程的重點(diǎn)，也是保證仿真信度的基礎(chǔ)。一個(gè)高效的模型要盡量使模型面數(shù)減少，防止多余面片的出現(xiàn)?？梢岳檬拖到y(tǒng)設(shè)備的一些特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化建模過(guò)程，如利用對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，通過(guò)一個(gè)面度的建立來(lái)實(shí)現(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)面度的構(gòu)建。有些結(jié)構(gòu)部件具有同一性，一個(gè)部件的建立好后，利用復(fù)制的方法實(shí)現(xiàn)其他部件的建模。這一點(diǎn)在眾多的螺絲和螺母中較為突出，可以減少相同工作的工作量。同時(shí)，注意對(duì)部件進(jìn)行合適的命名，一個(gè)合理的命名也可以減少不必要的麻煩，方便在眾多類(lèi)型部件中的查找、檢索，減少不必要的時(shí)耗。

2.2 建模過(guò)程

通過(guò)蝶閥手輪的建模來(lái)說(shuō)明設(shè)備建模的基本過(guò)程，運(yùn)用的主要工具為CAD，3Dmax等。通過(guò)CAD來(lái)構(gòu)建邊界輪廓，然后將具體尺寸輸出3Dmax中。在手輪線條修改界面中，點(diǎn)選“在視圖中啟用”和“在渲染中啟用”按鈕可以變動(dòng)其厚度、變數(shù)等參數(shù)。在修改器中點(diǎn)選“擠出”選項(xiàng)來(lái)對(duì)中間軸盤(pán)心的段數(shù)進(jìn)行更改設(shè)置，應(yīng)用box對(duì)模型進(jìn)行擴(kuò)展，并通過(guò)不斷調(diào)整、美化等來(lái)細(xì)化，同時(shí)借鑒現(xiàn)實(shí)素材處理材質(zhì)貼圖。在反復(fù)修改、對(duì)比、借鑒的基礎(chǔ)上得到需要的手輪成品模型。蝶閥中的其他部件，如蝶閥切入式閥座、閥芯等，也是類(lèi)似的建模步驟，通過(guò)部件的整合最終得到蝶閥模型。水平中開(kāi)多級(jí)離心泵的建模也是類(lèi)似過(guò)程，雖然其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。具體的過(guò)程先兩邊動(dòng)力軸，再外殼，再內(nèi)部，每形成一個(gè)部件就要形成相應(yīng)的名字，為后續(xù)的檢索、修改打下基礎(chǔ)，節(jié)省建模時(shí)間，提高效率，通過(guò)不斷得修改完善建立起水平中開(kāi)多級(jí)離心泵模型。