壓力容器參數(shù)化設(shè)計方法研究

詹有輝 顧凱 孫昊

新疆石油勘察設(shè)計研究院（有限公司） 834000

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

一、基于AutoCAD的二次開發(fā)技術(shù)

VBA集成進入AutoCAD之后工程設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)了這種編程語言強大的自定義功能，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連接起來，繪制綜合管線圖，并且能夠用過VBA變成自動執(zhí)行，能夠獲得更高的設(shè)計和繪圖任務(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)濟的方向發(fā)展，并且分析設(shè)計得到了廣泛應(yīng)用，但是這種趨勢造成了巨大的計算量，手工計算難以實現(xiàn)，使得壓力容器設(shè)計不可避免的轉(zhuǎn)向開發(fā)軟件工具參與的設(shè)計形式。然而，當前國內(nèi)很多壓力容器專家對開發(fā)軟件并不能熟練掌握開發(fā)軟件，很多功能強大的有限元分析軟件過于復(fù)雜，實用性不高，熟練掌握難度很大，而掌握專業(yè)軟件知識的人往往缺乏壓力容器設(shè)計制造的相關(guān)知識，因而壓力容器的參數(shù)設(shè)計實現(xiàn)還比較困難。

二、壓力容器法蘭圖紙自動繪制

1.法蘭圖形

長頸對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個點，包括19個直線折點和圓心，第一點需要設(shè)置為雙精度。甲型平焊法蘭需要在第5和第6點之間設(shè)置一1/4圓弧，添加圓弧之后就能夠進行外輪廓的繪制，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行有效操作，并將螺栓孔中心線改成中心線，并且在每次運行法蘭圖紙程序之前都將線性手動加載到下拉菜單中，否則就會出現(xiàn)報錯中斷。

（3）填充圖案

每一個填充圖案中都有一個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對象和圖案填充外邊界，計算給定圖案填充、引線，并將對象屏幕坐標和顯示精度進行重新計算，縮放到當前圖形界限。

（4）法蘭圖形尺寸標注、技術(shù)要求

尺寸標準標準測量值，表示對象之間的距離、角度或者自身形位值，或者表明當前坐標或者絕對坐標值。AutoCAD中的基本標準有線性、半徑、角度三種。法蘭標注逐點進行，保證結(jié)構(gòu)清晰。

（5）比例縮放

通常情況下，為了避免圖形嚴重比例失衡，修改圖形為假尺寸，全部法蘭型號按照同一圖形繪制，但是標注正確的數(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，使用布爾運算能夠完成底板及其開孔的設(shè)計。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體，需要按照橢圓封頭設(shè)計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壁厚的橢圓，獲得面域差，一個橢圓形面域，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)計過程中，我們發(fā)現(xiàn)不同組件國家標準給出的尺寸存在很多商榷之處，編制繪圖需要細致的計算，但是GB150中并沒有對關(guān)鍵點之間的相互關(guān)系有一個明確的規(guī)定，需要利用數(shù)學(xué)關(guān)系確定關(guān)鍵點的位置。

3.整體裝配

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

四、壓力容器管道建模設(shè)計

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工作，并對管路的連接情況有一個清晰認識。

建立三維管道模型需要對不同接管設(shè)計進行研究，設(shè)計過程中需要重點考慮接管的走向，使用簡單的草圖就能夠表達出來，并根據(jù)設(shè)計中提供的方法選擇彎頭、直管。設(shè)計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)計彎頭時需要對彎頭的插入形式加以考慮，每種彎頭的位置都有兩個插入點，用戶界面上只需選八個插入點中任意一個完成位置和插入點的選擇。

不同平面平行管連接形式是一種比較復(fù)雜的對接形式，管路受到閥門、電氣、儲罐等的影響，往往需要繞道，此時需要考慮管口的空間位置，設(shè)計中優(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)計和自動繪圖的一種技術(shù)方法，使用這種方法顯著的提升了壓力容器的設(shè)計效率，減少了壓力容器設(shè)計的工作量。

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