王奔奔

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海200090)

0 概況

集管和蛇形換熱管是蛇形管高壓加熱器(下簡稱“高加”)中的管程的重要組成部分，其安全性和性能的好壞直接決定了整臺(tái)設(shè)備的性能[1]。集管上面短接管數(shù)量眾多，給二維出圖造成了一定的難度，目前主要依靠由三維模型導(dǎo)出二維圖紙的方式出圖，因而有必要快速建立集管的三維模型，減少出圖所用的時(shí)間。同時(shí)，相比于U形管換熱器[2]，蛇形管換熱器的換熱管種類較多，目前已有UG程序，可以根據(jù)數(shù)據(jù)生成單根管子的三維模型，但是后續(xù)裝配需要很多時(shí)間。同時(shí)考慮到部門的實(shí)際情況，三維軟件以INVENTOR為主，因此有必要開發(fā)基于INVENTOR的三維建模程序，用于生成集管和換熱管的三維數(shù)字模型以及裝配模型。

VBA是VISUAL BASIC FOR APPLICATION的簡稱，它是開發(fā)語言VB的子集，同時(shí)是很多軟件的自帶的二次開發(fā)功能模塊，在使用的過程中不需要安裝額外的編程軟件，在日常工作中有著十分廣泛的應(yīng)用，尤其是對于一些規(guī)律性、重復(fù)性的工作，可以大大節(jié)約工作時(shí)間，提高工作效率。

本次對蛇形管高加集管和換熱管快速建模程序的開發(fā)，節(jié)省了大量建模時(shí)間，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，從而可以將時(shí)間及精力花在更有意義的工作上面。

1 建模

1.1 換熱管建模

換熱管的尺寸參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式由蛇管熱性能計(jì)算程序生成，鑒于換熱管形式及彎曲方向的多變性，單臺(tái)設(shè)備的換熱管的種類有40種以上，因此換熱管的建模沒有辦法采用模型驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行，只能采用程序自動(dòng)建模的方式進(jìn)行，換熱管的結(jié)構(gòu)形式見下圖1。

圖1 單根換熱管結(jié)構(gòu)示意圖

熱計(jì)算程序生成的換熱管的數(shù)據(jù)保存在EXCEL里面?？紤]到在EXCEL里面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和程序編寫比較方便，并且EXCEL可以通過加載宏的方式進(jìn)行移植安裝，不用安裝新的軟件，便于推廣使用，因此采用在EXCEL里面編寫程序，并做成加載宏面板工具按鈕。

蛇管熱計(jì)算程序生成的換熱管數(shù)據(jù)保存在EXCEL里面，但僅僅有單根管子的數(shù)據(jù)文件，沒有管子的數(shù)量文件。為了減少裝配的工作量，在生成單根管子的三維模型后，對其進(jìn)行陣列，從而生成單排管子的數(shù)據(jù)模型?？紤]到集管短接頭和換熱管的一一對應(yīng)關(guān)系，換熱管的數(shù)據(jù)文件中保存了每個(gè)短接頭的空間位置信息，可以Inventor.R6.VBA程序設(shè)計(jì)VBA代碼從集管的數(shù)據(jù)文件中提取換熱管的單根管子的數(shù)量及兩根管子之間的間距信息，并將其保存在EXCEL中。之后再在EXCEL中通過VBA程序調(diào)用INVENTOR程序生成單排換熱管的三維模型。

蛇管換熱管建模路徑如圖2所示。

圖2 換熱管建模路徑

單排管子建模介紹

在EXCEL中通過VBA程序調(diào)用INVENTOR后，首先根據(jù)初始位置參數(shù)建立基準(zhǔn)面，主要是為了基于同一個(gè)坐標(biāo)系建立管子的模型，這樣當(dāng)生成全部的管子之后，裝配時(shí)只需將所有的管子放在統(tǒng)一坐標(biāo)系固定即可，而不用添加裝配關(guān)系，減少了系統(tǒng)資源的占用，同時(shí)也節(jié)省了人力資源。建立基準(zhǔn)面之后，在基準(zhǔn)面上繪制單根管子的中心線，用作掃描路徑。相關(guān)數(shù)據(jù)由EXCEL中直接讀取，根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)，判斷換熱管的類型，根據(jù)換熱管的類型和管子數(shù)據(jù)，可以直接確定每個(gè)換熱管的彎曲處的彎曲方向，從而生成管子的中心線路徑草圖。生成路徑草圖之后，在路徑一段插入垂直于路徑的參考面，并在參考面上繪制截面草圖，之后進(jìn)行掃描生成單根管子，并對其進(jìn)行陣列。陣列的時(shí)候要特別注意陣列方向的準(zhǔn)確性，完成后利用程序?qū)⑵浔４鏋閱蝹€(gè)的零件，之后利用循環(huán)開始下一排管子的建模工作，直至生成全部的管子三維模型即可。

最終生成的單排換熱管的三維模型如圖3所示。

圖3 單排換熱管模型

1.2 集管建模

集管與換熱管接口一一對應(yīng)，也是接口眾多，某高加設(shè)備的集管二維圖如圖4所示。

圖4 集管二維圖

可見最好的方法就是利用三維模型導(dǎo)圖的方式生成集管的二維圖紙，集管相比于換熱管結(jié)構(gòu)上相對很規(guī)律，因此可以采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的方式生成集管的三維模型。

具體實(shí)施路徑如圖5所示。

圖5 集管建模路徑

手動(dòng)建立基礎(chǔ)模型，并對一些關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行重命名，做到見名知意，同時(shí)也是為了在做程序驅(qū)動(dòng)時(shí)對參數(shù)名稱進(jìn)行識別。在熱計(jì)算程序中，在沿集管軸線方向上的投影上，相鄰的兩個(gè)短接頭的夾角為特定的范圍，假設(shè)為N°，由于接頭沿著圓周方向夾角不變，因此圓周方向最多有360/N個(gè)短接頭。建立集管的輪廓模型并建立360/N個(gè)短接頭的陣列特征，除了集管的輪廓尺寸外，對于單排短接頭有以下參數(shù)需要控制：起始位置、外徑、開孔大小、陣列個(gè)數(shù)、陣列間距。

數(shù)據(jù)處理。蛇形管熱計(jì)算程序輸出的集管的信息中，除了必要的外形參數(shù)信息，就是每個(gè)集管上短接管的三維空間坐標(biāo)。利用VBA程序?qū)@些信息進(jìn)行讀取，并對所有的三維空間坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為包含單排短接頭的起始位置、陣列間距、陣列個(gè)數(shù)、起始角度的二維數(shù)組，并將其存在內(nèi)存中，以備使用。

生成模型。用程序選擇建立的集管模板，根據(jù)內(nèi)存中集管的參數(shù)信息對打開的集管模型中的參數(shù)進(jìn)行更改，更新，并將多余的短接頭陣列特征進(jìn)行刪除，從而得到所需要的集管的三維模型，將得到的三維模型進(jìn)行另存，命名，避免對基礎(chǔ)模型的更改。最終生成的集管三維模型如圖6所示。

圖6 集管數(shù)字模型

根據(jù)得到的集管三維模型，將其進(jìn)行投影，并標(biāo)注尺寸，從而得到集管的二維加工圖紙。

2 裝配

通常，在做裝配體的時(shí)候都是一個(gè)零件一個(gè)零件地進(jìn)行裝配，裝配耗時(shí)長，并且需要添加的約束關(guān)系多，當(dāng)零件較多時(shí)，會(huì)造成軟件負(fù)荷大、卡頓等現(xiàn)象，極大地影響了工作效率。本次蛇管的建模及裝配過程中，采用了一種新的裝配方法，即基于坐標(biāo)系的裝配方法。在前期的建模過程中充分考慮了后期的裝配問題，所有的蛇管換熱管和進(jìn)口集管是基于同一個(gè)坐標(biāo)系建模的，在裝配的過程中不用去添加約束，只需要直接與坐標(biāo)系對齊，在放入零件的時(shí)候選擇對齊到原點(diǎn)即可。在整個(gè)集管與換熱管的裝配過程中只需要增加出口集管的約束。換句話說，只需要在裝配體里面約束出口集管一個(gè)零件。

3 小 結(jié)

本次蛇形高加集管和換熱管快速建模，采用了VBA程序作為輔助工具，快速建立了集管和蛇形換熱管的三維模型，并采用了基于坐標(biāo)系的建模及裝配辦法，極大地提高了建模及裝配速度和效率，解決了部門內(nèi)軟件三維軟件不統(tǒng)一帶來的阻礙；同時(shí)，也在程序輔助建模方面做了探索，為今后蛇形管高加項(xiàng)目的集管和換熱管的快速建模奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且提高了設(shè)計(jì)工作效率。