工業爐CAD繪圖系統的設計與應用

吳 兵

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000）

CAD技術以其獨特優勢在很多設計行業備受青睞。工業爐CAD繪圖系統設計也不例外，將此技術應用到工業爐設計中，不僅可以提高設計效率與水平，在保證質量的基礎上，還能夠實現設計規范化建設。但是，因為工業爐設計并不具備既定標準，缺乏統一的、標準的設計規范，在設計的時候，存在較大的隨意性，再加上起步晚，發展緩慢，導致工業爐CAD繪圖系統設計難度增大，進而造成綜合水平相對偏低。然而，工業爐CAD繪圖系統設計主要突出在三維造型與實體著色等方面，其中，三維造型設計通過重現構思過程，進行簡化和創新設計。三維實體中的信息太過豐富多元化，能夠隨意進行剖析，以此明顯提升了設計水平和效率。通過對工業爐三維實體的用料與質量屬性進行詳細計算，能夠為工程預算和校核奠定良好基礎條件。同時，還可以詳細檢查工業爐空氣管道、鋼結構等空間性部位，以及時發現其中的碰撞痕跡，有效解決平面設計難題。而工業爐和環境著色則需要構建光照模型，將工業爐設計轉變成為色彩鮮艷的立體幻境，從而使得設計質量得到有效提升[1]。

1 工業爐CAD繪圖軟件系統設計思想與原則

1.1 設計思想

由于工業爐設計具有一定的復雜性，想要一次性完成工業爐CAD繪圖系統設計難度比較大。而且為了保證成果能夠實現高效應用，在進行系統設計時，應按照全面詳細規劃、階段性實施、逐漸彌補、不斷完善的流程開展，先針對普遍性圖形元素進行通用型軟件包設計，再進行專用型軟件包設計，以此形成不同類型軟件包。在進行軟件包設計時，構建圖形庫、數據庫以及函數庫等，逐漸健全，最后形成完整的工業爐CAD繪圖系統。因為工業爐是非標準設備，缺乏統一標準與規范，單純構建圖形庫根本無法滿足繪圖需求。所以，在設計軟件的時候，應基于LISP程序，構建函數庫。在繪圖的時候，從函數庫中調用圖形函數，輸入相關參數，以此繪制圖形。為了方便輸入漢字，以及直觀利用軟件，工業爐CAD繪圖系統在保留既有軟件包性能的同時，適當增加了工業爐專用軟件功能，這樣一來，使用起來將會更加便捷和靈活[2]。另外，在進行軟件設計時，應合理利用CAD菜單機制，科學組織下拉、屏幕、圖像等菜單，把專業軟件包中的圖形函數編成菜單文件，有機結合系統菜單，從而重構成全新的專業菜單，用戶只需要根據屏幕具體提示，依據相關內容，及時輸入參數，并完成操作即可。

1.2 設計原則

1.2.1 交互性

工業爐圖形都十分繁雜，在進行可以滿足多種工業爐類型新要求并一次性出圖的參數化軟件設計時，難度非常大。其中，推鋼式連續加熱爐主視圖的尺寸數據就有上百個，而且數據聯系并不緊密，無法提前一次性輸入，需要在繪圖時加以明確，所以，只能在繪圖時，利用交互對話的方式一一確定。而規范化構建則可以利用參數化方式加以繪制。

1.2.2 開放性

因為工業爐CAD繪圖系統設計是一項巨大的工程，各項工作太繁瑣，單獨完成任務是不可能的。而為了方便設計者使用，必須遵守開放性原則，公開所有相關文件信息，以助于后續設計人員加以修補與完善。

1.2.3 便捷性

在工業爐CAD繪圖系統設計中，還需要對設計人員的實際情況進行綜合考慮，確保操作流程簡單。設計人員不需要太過記憶，以便于可以通過鼠標，在下拉、屏幕、圖標等菜單上進行命令調用，以此熟練掌握利用此系統進行繪圖。

1.2.4 實用性

就連續式加熱爐的機構特性而言，對于規范性構件，可以通過設計繪圖程序與數據文件，實現動態性存儲。而不規范構件則應利用預先制圖塊，然后作為參考插入的方式進行主圖繪制。在工業爐CAD繪圖系統中，還需要適當添加一些必要的輔助程序，以保證系統的實用性，節約時間與成本，進一步滿足設計多元化需求[3]。

圖1 工業爐CAD系統總體設計

2 工業爐CAD繪圖系統與程序設計

工業爐CAD系統主要包含四大部分，數據庫、計算程序包、繪圖程序包、接口。其中，系統基于數據庫，通過接口支持應用程序包與繪圖程序包，并通過接口實現其他部分間的數據信息通信，促使CAD系統綜合數據庫、設計計算、自動繪圖實現一體化。此系統主要利用模塊化程序設計思路，各模塊以數據庫和統一管理的多層菜單系統為載體加以驅動[4]。工業爐CAD系統總體設計具體如圖1所示。

繪圖程序包設計主要是利用模塊化組合模式，應用程序包進一步確定設計方案，并基于數據庫數據，進行水管系統圖自動化繪制，然后校核。利用人機對話系統，能夠提高設計方案與結構的便捷性。以水管系統圖為依據，利用人機交互方式與模塊互組合方式實現總圖的繪制。通過軟件包進行繪圖，可以大大提高設計效率與水平，還可以保證設計的準確性與生動性，進而保障設計方案的靈活性和可靠性，有效減少設計人員的工作強度，確保設計更健全，是設計人員工作的最佳輔助工具。首先，水管系統圖通過Auto lisp語言實現了參數化程度設計。計算程序包進一步明確數據自動化生產系統圖，滿足要求則繼續，不滿足則準確修改相關參數，然后再計算，直到滿足要求。在此過程中，不需直接接觸CAD圖形編輯器，這就為不了解和不熟悉CAD的設計人員提供了方便。而參數化所繪制的圖也可以稱之為動態塊。就工業爐專業繪圖需求為依據，進行靜態塊繪制，即工業爐本體標準元件，例如人、手孔裝置、爐門、爐排、閥門等等，實現了大多數繪圖的靜態塊與動態塊相結合。同時，還需將靜態塊納入菜單中去，借助既有繪圖軟件CAD，對工業爐外圍結構，構建符號庫與圖形，實現積木式繪圖，以此節約時間與成本，提高效率與質量。

根據具體情況修改CAD菜單，促使其全部利用漢字界面，其中各項依據繪圖需求適當增加或減少，完全利用專業術語。將Auto lisp編碼添加到菜單中，這主要是由于Auto lisp語言具有一定的解釋性，程序在讀取的同時執行，這樣一來，能夠減少程序裝入時間，提高程序運行效率和速度。實現Auto lisp語言和計算程序包其他語言的接口，有機聯系計算與繪圖，從而為進一步實現人工智能奠定堅實的基礎。通過高級語言進行詳細分析與計算，以數據庫為載體存儲并管理數據信息，基于圖形編輯軟件CAD生成、顯示、輸出圖形，通過Auto lisp語言進行交互式和特殊圖形處理，以此充分發揮自身優勢，組合成功能性強大的綜合CAD系統[5]。

3 工業爐CAD繪圖系統的實現

工業爐CAD繪圖系統的實現，即CAD繪圖系統在工業爐中的有效應用具體如圖2所示[6]。

圖2 CAD工業爐實現流程

3.1 爐排設計

一般情況，爐排主要選用鑄鐵作為材料，在加工的時候，無法確保排面的平直性，很容易發生彎曲，也不能保障質量，所以利用兩個鑄鐵爐排，中間進行強化密封。兩大爐排主要采用一套驅動裝置，以使得爐排燃燒工況始終同步且穩定，而且控制難度較小，從而保證工業爐效率與質量。在工業爐CAD繪圖系統中，進行爐排繪制比較方便，只需要20s便可以快速完成。

3.2 爐排配風

工業爐并未利用導流均風裝置，而是通過引進多年運行實踐經驗，通過適當降低進風動壓，并縮小爐排之間的縫隙，擴大風室靜壓壓力等方式，有效解決了爐排橫向配風設計問題。這樣一來，動壓與靜壓的比值縮小，在很大程度上降低了動壓對橫向配風不均勻的影響[7]。

3.3 爐膛設計

為了保證工業爐運行的穩定性和經濟性，合理布置爐膛結構具有十分重要的現實意義。爐膛出口的排煙溫度直接影響著燃燒的穩定性，因此，在進行爐膛設計時，應先適當提升爐膛出口排煙溫度，以保證火焰均溫的提高，使得大量揮發酚能夠快速燃燒殆盡，強化爐拱對新煤的輻射作用。為了促使煙氣能夠充分燃燒，以及爐膛始終處于高溫狀態，在爐膛后布置燃盡室，以此延長燃料的燃燒時間，這樣一來就能夠促使燃料充分燃燒，實現熱量的最大程度釋放[8]。

3.4 爐拱設計

爐拱布置的科學性與合理性關鍵在于前后拱之間的配合是否可以組織良好的空氣動力工況。工業爐的前拱與后拱之間的積極配合，直接強化了工業爐對不同煤種的適應，而且基于兩者喉口，實現了工業爐內部煙氣的擾動混合，減少了配風不恰當所導致的損失與飛灰相互分離。

3.5 省煤器設計

工業爐省煤器設計主要目的是避免尾部受熱面發生腐蝕。由于工業爐運行過程中，停爐之后一旦啟用，回水溫度大約在20～30℃，供水溫度難以在短期內回升，以此導致省煤器水管壁面溫度相對較低，一般會明顯比煙氣水蒸氣露點低，這時水蒸氣則會凝結成為水滴，煙氣中三氧化硫與水滴相結合，演變成硫酸。這時必須安裝省煤器，否則硫酸依附在對流管束低溫段，會直接腐蝕管壁，對管束壽命造成影響。而安裝省煤器不僅可以避免對流管束壁溫比煙氣水蒸氣露點溫度高時，造成管壁腐蝕，還會在一定程度延長工業爐的使用壽命。省煤器繪制利用工業爐CAD繪圖系統的繪制功能，既便捷快速，又有效，能夠很好地實現功能預期目標，以此節約時間與成本[9-10]。

4 結論

總之，工業爐CAD系統設計主要包括兩部分，即計算與繪圖，這兩部分的工作量都比較大，設計周期長。長時間以來，工業爐設計人員都期待基于計算機的輔助，以在提高設計效率和水平的基礎上，縮短工作周期，保證設計質量。而CAD技術具有高效、準確性高等特性，利用此技術進行工業爐設計，不僅可以保證設計方案的科學合理性，還可以保證工業爐的整體質量。因此，CAD繪圖技術在工業爐設計中的應用越來越廣泛，在很大程度上適應了工業爐設計的節能環保要求。本文通過構建工業爐CAD繪圖系統與實踐應用，結果表明此系統的實用價值十分突出，具有良好的發展前景。