壓力容器參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究

詹有輝 顧凱 孫昊

新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司） 834000

AutoCAD作為一種優(yōu)秀的平臺(tái)軟件在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在壓力容器設(shè)計(jì)方面，使用AutoCAD進(jìn)行三維建模，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)還不常見，利用AutoCAD軟件進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)，使用三維建模技術(shù)能夠提高壓力容器的設(shè)計(jì)效率，獲得更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)。

一、基于AutoCAD的二次開發(fā)技術(shù)

VBA集成進(jìn)入AutoCAD之后工程設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)了這種編程語言強(qiáng)大的自定義功能，成為了非常流行的編程環(huán)境。AutoCAD能夠?qū)⒐こ虉D紙中屬性相同的管線點(diǎn)連接起來，繪制綜合管線圖，并且能夠用過VBA變成自動(dòng)執(zhí)行，能夠獲得更高的設(shè)計(jì)和繪圖任務(wù)效率。

國內(nèi)的壓力容器制造能力不斷提高，壓力容器自身逐漸向著更復(fù)雜結(jié)構(gòu)、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，并且分析設(shè)計(jì)得到了廣泛應(yīng)用，但是這種趨勢(shì)造成了巨大的計(jì)算量，手工計(jì)算難以實(shí)現(xiàn)，使得壓力容器設(shè)計(jì)不可避免的轉(zhuǎn)向開發(fā)軟件工具參與的設(shè)計(jì)形式。然而，當(dāng)前國內(nèi)很多壓力容器專家對(duì)開發(fā)軟件并不能熟練掌握開發(fā)軟件，很多功能強(qiáng)大的有限元分析軟件過于復(fù)雜，實(shí)用性不高，熟練掌握難度很大，而掌握專業(yè)軟件知識(shí)的人往往缺乏壓力容器設(shè)計(jì)制造的相關(guān)知識(shí)，因而壓力容器的參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)還比較困難。

二、壓力容器法蘭圖紙自動(dòng)繪制

1.法蘭圖形

長頸對(duì)焊法蘭平面圖形主要有外圍輪廓、輪廓線包圍剖面線、螺栓孔中心線三方面，編寫VBA圖形程序要將三種圖形設(shè)置不同線性并分別編寫。

（1）外輪廓

外輪廓需要定義20個(gè)點(diǎn)，包括19個(gè)直線折點(diǎn)和圓心，第一點(diǎn)需要設(shè)置為雙精度。甲型平焊法蘭需要在第5和第6點(diǎn)之間設(shè)置一1/4圓弧，添加圓弧之后就能夠進(jìn)行外輪廓的繪制，為了保證圖層層次性，需要將不同屬性線設(shè)置出不同的顏色。

（2）螺旋孔中心線

使用遍歷查找方式在大量圖元中進(jìn)行有效操作，并將螺栓孔中心線改成中心線，并且在每次運(yùn)行法蘭圖紙程序之前都將線性手動(dòng)加載到下拉菜單中，否則就會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)中斷。

（3）填充圖案

每一個(gè)填充圖案中都有一個(gè)PatternSpace屬性，可以用來修改填充圖案的線條比例，填充圖案需要將PatternSpace數(shù)值和外框線長度聯(lián)系起來，創(chuàng)建關(guān)聯(lián)Hatch對(duì)象和圖案填充外邊界，計(jì)算給定圖案填充、引線，并將對(duì)象屏幕坐標(biāo)和顯示精度進(jìn)行重新計(jì)算，縮放到當(dāng)前圖形界限。

（4）法蘭圖形尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求

尺寸標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值，表示對(duì)象之間的距離、角度或者自身形位值，或者表明當(dāng)前坐標(biāo)或者絕對(duì)坐標(biāo)值。AutoCAD中的基本標(biāo)準(zhǔn)有線性、半徑、角度三種。法蘭標(biāo)注逐點(diǎn)進(jìn)行，保證結(jié)構(gòu)清晰。

（5）比例縮放

通常情況下，為了避免圖形嚴(yán)重比例失衡，修改圖形為假尺寸，全部法蘭型號(hào)按照同一圖形繪制，但是標(biāo)注正確的數(shù)值，避免某些圖形尺寸過大。

三、支撐式支座三維建模

典型支座由墊板、筋板、底板三部分組成，建模過程中我們更注重圖形建模方式。

底板形狀規(guī)則，使用布爾運(yùn)算能夠完成底板及其開孔的設(shè)計(jì)。近半外形輪廓非單純平面拉伸體，筋板輪廓需要和墊板形狀相配合，使用橢球弧完成建模，而墊板外形是橢球形實(shí)體，需要按照橢圓封頭設(shè)計(jì)方法選擇一定角度和橢球壁求交，就能夠獲得墊板三維形狀。

1.筋板建模

創(chuàng)建一個(gè)相似拉伸近半外形，創(chuàng)建同中心線、和墊板所在橢圓位置相同的橢球，和拉伸實(shí)體求交，獲得筋板。

2.墊板建模

繪制橢球，并在橢圓內(nèi)添加長軸短軸均小一個(gè)壁厚的橢圓，獲得面域差，一個(gè)橢圓形面域，和橢球中心軸第三第四象限矩形以及橢圓求交，得到四分之一橢圓環(huán)面域，旋轉(zhuǎn)一周獲得半球橢球殼，和封頭建模類似。

在設(shè)計(jì)過程中，我們發(fā)現(xiàn)不同組件國家標(biāo)準(zhǔn)給出的尺寸存在很多商榷之處，編制繪圖需要細(xì)致的計(jì)算，但是GB150中并沒有對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)之間的相互關(guān)系有一個(gè)明確的規(guī)定，需要利用數(shù)學(xué)關(guān)系確定關(guān)鍵點(diǎn)的位置。

3.整體裝配

整體裝配在近半繪制過程中就已經(jīng)開始進(jìn)行，單個(gè)筋板在橢圓正下方，需要添加一個(gè)偏移量使之移動(dòng)到實(shí)際位置，并將單個(gè)筋板通過橢圓短軸鏡像另一個(gè)筋板。確定筋板之后繪制橢球比。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，封頭和支座組成實(shí)際意義更大，和壓力容器整體更加貼近。

四、壓力容器管道建模設(shè)計(jì)

繪制壓力容器接管是比較繁瑣的，而接管在壓力容器中是十分常見的，可能需要將幾十根彎頭接管固定在封頭或者筒體上。使用AutoCADVBA能夠十分高效的完成這個(gè)工作，并對(duì)管路的連接情況有一個(gè)清晰認(rèn)識(shí)。

建立三維管道模型需要對(duì)不同接管設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮接管的走向，使用簡單的草圖就能夠表達(dá)出來，并根據(jù)設(shè)計(jì)中提供的方法選擇彎頭、直管。設(shè)計(jì)過程中首先確定管路的走向和組合連接，創(chuàng)建約束條件，并經(jīng)過用戶調(diào)整，結(jié)束建模。設(shè)計(jì)彎頭時(shí)需要對(duì)彎頭的插入形式加以考慮，每種彎頭的位置都有兩個(gè)插入點(diǎn)，用戶界面上只需選八個(gè)插入點(diǎn)中任意一個(gè)完成位置和插入點(diǎn)的選擇。

不同平面平行管連接形式是一種比較復(fù)雜的對(duì)接形式，管路受到閥門、電氣、儲(chǔ)罐等的影響，往往需要繞道，此時(shí)需要考慮管口的空間位置，設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮直管等長的情況。

結(jié)束語

壓力容器的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法是利用AutoCAD VBA開發(fā)語言編寫繪制程序完成壓力容器設(shè)計(jì)和自動(dòng)繪圖的一種技術(shù)方法，使用這種方法顯著的提升了壓力容器的設(shè)計(jì)效率，減少了壓力容器設(shè)計(jì)的工作量。

[1]符裕紅,張代杰.基于AutoCAD VBA二次開發(fā)的壓力管道設(shè)計(jì)[J].節(jié)水灌溉,2011,25(8)：32-33.

[2]王志剛,吳術(shù)路.基于AutoCAD VBA實(shí)體模型參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011,30(8):10-12.

[3]黃玉芹,張北計(jì).AutoCAD的二次開發(fā)在壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].化工裝備.2008,11:19-23.

[4]張小發(fā),由宏新,丁信偉.爆破片裝置CAD參數(shù)化繪圖系統(tǒng)的開發(fā)[J].化工裝備技術(shù),2001,(5)：45～-48.