基于仿真技術的石油集輸系統(tǒng)設備的設計與實現(xiàn)

張招

摘 要：石油集輸系統(tǒng)設備眾多且貴重復雜，設備工作原理仿真可以直觀地將設備工作過程表現(xiàn)出來，幫助集輸工更好的認識、操控、掌握集輸系統(tǒng)設備，提高了集輸工的培訓效率，降低了石油線路危險事故發(fā)生的概率。利用仿真技術，對設備進行三維建模、動畫仿真、渲染輸出，最終得到輸油系統(tǒng)設備工作原理的三維仿真動畫。

關鍵詞：石油集輸系統(tǒng)；仿真技術；三維建模；仿真動畫

中圖分類號：TE866 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0013-02

石油集輸系統(tǒng)的石油線路安全是首要關注的重點，是系統(tǒng)高效運作的保障，而且關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設備的工作原理，以保證設備的高效運作。特別是集輸系統(tǒng)具有設備多、系統(tǒng)雜、技術難等特點，學習把握起來具有相當?shù)碾y度，而且有些設備是從國外進口的，價值較高且工藝更加復雜，因此，掌握其技術工藝、工作原理就更加重要，但往往又較難實現(xiàn)，即使是理解更多得也是出于表面理論的簡單理解，對于內(nèi)部原理、故障維修等較難從實質(zhì)上掌握。為了便于石油線路工作人員能夠更好地維護設備、操作展示設備工作的內(nèi)部原理，有助于集輸工深入把握系統(tǒng)設備的工藝、技術，在出現(xiàn)問題的時候能及時解決處理，進而利于石油線路故障的發(fā)生，提高了石油線路的運作效率，最終提供石油生產(chǎn)效率。

1 仿真技術框架

1.1 系統(tǒng)技術概述

對設備工作原理進行仿真建立在對其結構科學認識、原理的細致剖析基礎之上，進而利用三維建模技術和動畫成像技術來實現(xiàn)仿真過程，主要的技術框架，如圖1表示。

1.1.1 建模技術

三維建模的仿真技術廣泛應用于機械設計方面，可以通過Solid works， Auto CAD，3Dmax等軟件來實現(xiàn)，也有應用特點。對于相關技術平臺的選擇要建立在資料的現(xiàn)實性、科學性和原始性分析基礎之上。通過閱讀相關的設備說明書、文獻資料等，結合對應的所屬設備的現(xiàn)場調(diào)研、取證與結構的特性，構造出符合實際的三維造型。

1.1.2 仿真技術

石油設備類型多、結構復雜，對不同類型的多種設備進行系統(tǒng)得學習，了解、熟悉并能熟練掌握其工作原理，才能進行正確的系統(tǒng)設計。其中對于集輸系統(tǒng)里面的各種泵、閥、計量器、過濾器等設備的原理仿真設計，同樣要對其原理深入把握、充分理解，以盡可能降低設計誤差。

1.2 石油集輸系統(tǒng)設備分析

1.2.1 原理分析

在進行設備系統(tǒng)進行仿真前，要對石油集輸系統(tǒng)主要設備的工作原理進行詳細分析，這是一個基礎。通過對蝶閥和水平中開多級離心泵設備來說明這一過程。

蝶閥是截止閥的一種，或者稱為翻板閥，可以作為低壓管道介質(zhì)的開關控制，結構比較簡單，屬于調(diào)節(jié)閥。蝶閥的關閉件的形狀為圓盤狀，通過閥軸的繞中心轉動來實現(xiàn)開啟、關閉動作?？梢宰鳛榭諝?、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)）、相應的氣體等的控制切斷和節(jié)流的閥門。作為蝶閥啟閉功能的圓盤狀碟版通過軸動來實現(xiàn)開啟、關閉、調(diào)節(jié)的作用。具體過程為通過手動來使手輪進行旋轉，使得閥桿旋轉起來，進而作用到了閥桿軸承，并帶動了閥芯，最后控制液體的導流。

水平中開多級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、工長或礦山給排水、農(nóng)田排灌與各種水利工程。水平中開多級離心泵啟動后，電動機通過聯(lián)軸器使泵葉轉動，使得通過的液體隨著葉輪的葉片共同轉動，產(chǎn)生的離心力將液體經(jīng)過葉片流道、蝸殼一直推動到打開出口閥門的排出管。葉輪的旋轉產(chǎn)生的機械能傳遞給液體，形成壓力能與動能，利用這些能量液體到達下一個位置。如圖2所示。

1.2.2 設計方案

熟悉了各個設備的工作原理，利于在方案設計時候能夠綜合考慮，以最大程度的減少運作過程中的操作誤差，防止返工與錯漏的發(fā)生。為了使得發(fā)揮出最大的工作效用，一般來說高效的設計方案要注意一些程序。

首先要對各種設備的構造原理、主要功能進行了解，通過各種期刊文獻的檢索把握相關文獻資料，其中網(wǎng)絡上的圖片、視頻等也是重要的參考資料。

其次，對設備的結構尺寸等數(shù)據(jù)進行CAD數(shù)據(jù)建立，并將數(shù)據(jù)導入到3Dmax中以建立起三維仿真模型；

第三，依據(jù)設備的工作機理，在上述模型上進行動畫制作；

第四，將上述動畫進一步設置實現(xiàn)視頻效果的輸出。

2 石油集輸系統(tǒng)設備三維仿真模型的構建

2.1 建模要點

模型建立是系統(tǒng)仿真過程的重點，也是保證仿真信度的基礎。一個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)設備的一些特點來優(yōu)化建模過程，如利用對稱性質(zhì)，通過一個面度的建立來實現(xiàn)具有對稱特點面度的構建。有些結構部件具有同一性，一個部件的建立好后，利用復制的方法實現(xiàn)其他部件的建模。這一點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，注意對部件進行合適的命名，一個合理的命名也可以減少不必要的麻煩，方便在眾多類型部件中的查找、檢索，減少不必要的時耗。

2.2 建模過程

通過蝶閥手輪的建模來說明設備建模的基本過程，運用的主要工具為CAD，3Dmax等。通過CAD來構建邊界輪廓，然后將具體尺寸輸出3Dmax中。在手輪線條修改界面中，點選“在視圖中啟用”和“在渲染中啟用”按鈕可以變動其厚度、變數(shù)等參數(shù)。在修改器中點選“擠出”選項來對中間軸盤心的段數(shù)進行更改設置，應用box對模型進行擴展，并通過不斷調(diào)整、美化等來細化，同時借鑒現(xiàn)實素材處理材質(zhì)貼圖。在反復修改、對比、借鑒的基礎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，也是類似的建模步驟，通過部件的整合最終得到蝶閥模型。水平中開多級離心泵的建模也是類似過程，雖然其結構較為復雜。具體的過程先兩邊動力軸，再外殼，再內(nèi)部，每形成一個部件就要形成相應的名字，為后續(xù)的檢索、修改打下基礎，節(jié)省建模時間，提高效率，通過不斷得修改完善建立起水平中開多級離心泵模型。