凝汽器三維模型與二維圖紙的參數化設計

高曉亮，米 沛，顏 強

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000)

0 概 述

在發電機組中，凝汽器是1種零件繁多、結構復雜、尺寸龐大的熱交換器，有各種管道及儀表與之相連。在機組建設中，凝汽器的交貨期制約著整個電廠的建造進度，隨著電廠建設周期的不斷壓縮，對凝汽器的采購和制造周期，提出了更嚴苛的要求。因此，傳統的二維軟件設計已不適應快節奏的要求，制約了制造廠家報價的及時性和準確性，也影響了產品的交貨期。現利用Inventor三維設計平臺，通過實踐和摸索，提出了參數化的三維設計方法，從根本上解決了二維設計時的諸多問題。

1 三維軟件及結構設計

利用Inventor三維繪圖軟件，將凝汽器的結構設計與三維建模相結合，在建模前，將凝汽器的結構數據直接導入三維軟件，從而可直接得到相應的三維模型及二維圖紙。此種方法不僅能快速得到三維模型及二維圖紙，還能保證各個零件尺寸的準確性，同時，可確定各零件相互之間的裝配關系。

2 參數化設計

2.1 預設輸入參數

利用參數建模的方法，是讓平面參數與三維模型的參數建立聯系，僅更改參數表中的結構參數，便能得到所需三維模型。Inventor軟件具有參數化設計功能，可先建excel表格，預設所需的各項參數，并將凝汽器的設計參數分為定型參數和定位參數。定型參數是用于調整零件模型的大小，定位參數是用于調整零件之間的裝配關系。凝汽器的定型參數，主要是管板的外形尺寸、管板厚度尺寸、凝汽器換熱管的有效長度以及隔板間的跨距等。部分零件的定型參數，可根據其他零件參數值，再通過計算后間接得出。隔板的長度和寬度參數，可通過管板的長寬計算得出。其他結構參數，如換熱管有效長度等，也可根據需要在后續計算中添加。已輸入凝汽器參數的參數表，如圖1所示。

圖1 凝汽器的參數表

在參數表中，可用不同顏色區分定型參數、定位參數、關鍵參數等，此外，通過有效長度的計算，可得到邊跨距、中間跨距及隔板數。根據計算得到結果，再進行凝汽器的結構計算，并對跨距進行校核，以確定最終的跨距長度。

2.2 零件參數與建模

圖2 插入參數表的界面

將參數導入后，再建立零件的模型。首先根據管板的長寬數值，建立管板草圖，如圖3所示。然后將長、寬及厚度尺寸關聯為excel參數，如圖4所示。

圖3 建立管板幾何尺寸

圖4 參數關聯管板尺寸

按照軟件界面的操作要求，依次將管板的長、寬、高等參數設為關聯，然后保存零件草圖。如此設定后，僅需改變excel表格內的參數，就可得到不同管板的外形尺寸。操作時，應先更改excel表格內的參數，保存之后進行零件更新，零件模型的尺寸就會隨之改變。

2.3 零件裝配與三維建模

將單個零件的三維模型全部建成之后，就可進行模型組件的裝配。首先，要明確各零件的裝配關系參數，確定之后，將各參數在excel表中列出。現以隔板與管板的裝配為例，對組件的裝配方法進行說明。在Inventor中新建裝配視圖，同樣，需導入預設參數的excel表格。在裝配視圖中插入參數表的界面，如圖5所示。

圖5 在裝配視圖中插入參數表的界面

圖6 約束關聯參數

插入參數后，分別導入管板、隔板的零件模型。裝配約束時，選擇需執行的約束參數，分別進行約束操作。隔板與管板的間距，即為界面中顯示的“邊跨距”、“中間隔板上邊緣與管板上邊緣距離”、“中間隔板外側邊緣與管板外側邊緣距離”等，如圖6所示。按此方法，完成所有零件的參數化約束裝配。由于整個凝汽器的零件數量較多，需要進行大量的參數輸入，對于部分不是很重要的參數(如管板接頸的長度等)，可以先給定值，在后期設計中，還可根據需要調整參數。

2.4 三維模型參數的控制

當裝配視圖完成后，再根據設計需要，在excel參數表中設置好定型零件和定位零件等參數之間的函數關系，隨后就可通過輸入不同的參數，得到不同的凝汽器三維模型。通過改變excel表格中的參數，得到了不同的管板長寬尺寸及換熱管有效長度的三維模，如圖7、圖8所示。當改變換熱管有效長度、管板尺寸等參數時，參數表中隔板的尺寸、跨距、數量等相應參數， 將根據預設的函數關系發生相應變化，與此同時，凝汽器的三維模型也會發生相應的變化。

圖7 有效長度9 500 mm三維模型

圖8 有效長度18 000 mm三維模型

3 投影生成二維圖紙

在Inventor軟件中，可將三維模型投影產生二維視圖，當三維模型修改后，二維視圖也隨之變化。首先，在Inventor軟件中新建idw工程圖紙，將建立完成的三維模型，在工程圖紙中投影出所需視圖，然后根據需要，建立不同的關聯視圖，如半剖、全剖或局部視圖等，如圖9所示。在建立剖視圖時，應將剖面符號的位置與視圖進行固定，防止視圖在變化過程中改變剖切位置。

圖9 投影產生的二維視圖

二維視圖完成后，需對圖紙添加尺寸標注、零件序號、焊接符號、加工符號等。在添加零件序號時，可利用Inventor軟件中自動添加零件序號的功能，根據需求，再調整符號的位置。Inventor軟件還提供了自動生成明細表的功能。在明細表中，已自動匯總了零件序號、數量、材料、重量等信息。匯總后的視圖明細表，如圖10所示。另外，插入明細表時，可根據需要對明細表的表頭進行編輯，選擇所需的表頭名稱。

圖10 視圖明細表

4 結 語

在設計前，利用Inventor軟件中的參數化功能，建立產品信息數據庫，在后期，只需更改部分參數，就可得到不同的三維模型及二維圖紙。參數化設計與傳統設計方式相比，能夠大大縮短設計周期，尤其在項目投標階段，能快速地計算投標設備的重量，幫助營銷人員精確測算投標報價，從而有效地提高了產品在市場上的競爭力。