火电厂锅炉钢架安装过程的动态仿真.pdf

2 0 0 8年 1 2月 第 3 6卷 第 6 期 总第 1 9 9 期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 20 0 8 Vo 1 ． 3 6 No ． 6 S e r ． No ． 1 9 9 火 电厂锅炉钢架安装过程 的动态仿真 I ns t a l l a t i o n Pr o c e s s Dy na mi c Si mu l a t i o n o f Boi l e r St e e l S t r u c t u r e I n s t a l l a t i o n Pr o gr e s s i n Th e r ma l Po we r Pl a nt 车德 勇， 李延 臣， 居 玉雷 ， 王 虎 ， 李少华 东北 电力 大 学， 吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 摘要 将仿 真技术应用于火电厂锅炉钢架 的安装过程 ， 对锅炉钢架零部件建立模 型 ， 然后进 入 S o l i d wo r k s软件 的 装 配体 界面完 成钢架 的装 配 。用 S o l i d wo r k s自带 的 An i ma t o r 插 件来 实现锅 炉钢 架安 装过 程的 三维 动态仿 真 ， S o l i d wo r k s 虚拟锅炉 钢架 的过 程和施工场景增 强了电建施工人 员对锅炉钢架整 个施工过程 的感 性认识 ， 提升 了人 员的培训效果 ， 同时为管理者合理安排施工提供 了决策依据 。 关键词 锅炉钢架 ； 安装过程 ； 动态仿真 Ab s t r a c t Dy n a mi c s i mu l a t i o n t e c h n i q u e i s a p p l i e d o n i n s t a l l a t i o n p r o c e s s o f b o i l e r s t e e l s t r u c t u r e i n t h e r ma l p o we r p l a n t ． Th e mo d e l o f b o i l e r s t e e l s t r u c t u r e p a r t s i s e s t a b l i s h e d a n d t h e s t e e l s t r u c t u r e i s c o mp l e t e d u n d e r t h e i n s t a l l a t i o n i n t e r f a c e o f S o l i d wo r k s ． Th e t h r e e d i me n s i o n a l d y n a mi c s i mu l a t i o n i s r e a l i z e d b y An i ma t o r p l u g i n c o mp o n e n t s b u i l d i n S o l i d wo r k s ．Th e i n s t a l l a t i o n p r o c e s s a n d e n v i r o n me n t a r e s i mu l a t e d b y S o l i d wo r k s ，wh i c h c o u l d i n c r e a s e t h e p e r c e p t u a l k n o wl e d g e o f p o we r c o n s t r u c t i o n s t a f f o n t h e e n t i r e s t e e l s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n， i mp r o v e t h e t r a i n i n g e f f e c t a n d p r o v i d e t h e b a s i s o f d e c i s i o n ma k i n g f o r t h e r e a s o n a b l e a g r e e me n t b y t h e ma n a g e r a t t h e s a me t i me ． Ke y wo r d s b o i l e r s t e e l s t r u c t u r e ； i n s t a l l a t i o n p r o c e s s d y n a mi e s i mu l a t i o n 中图分 类号 TP 3 9 1 ． 9 TK2 2 6 文 献标 识码 A 文章编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 0 8 0 6 0 0 0 1 0 2 大 型火 电厂 锅 炉 钢架 属 巨 型 承重 结 构 ， 它 是锅 炉 系统 的龙 骨 ， 主要 用 来 支撑 和悬 吊汽鼓 、 联箱 、 受 热面管 、 炉墙、 平台及扶梯等部件 。在火电厂建设过 程中， 钢架安装 的主要依据是设计 院的施工 图纸， 但 是 由于钢架体积、 质量大， 质量控制点多， 施工过程 复杂 ， 施 工 人员 需要 花 费大 量时 间反 复查 看 图纸 记 录、 分析才能做出合理的施工方案 。 这种方式工作量 大 ， 容 易造 成施 工人 员疲 劳 ， 影 响施 工质 量 。为改 变 这种现状 ， 本 文利用 S o l i d wo r k s软件 ， 以动画形式 虚拟 火 电厂 锅 炉 钢架 的施 工 过 程 ， 帮 助 施 工技 术 管 理人员获得更全 面系统的图纸信息 ， 便于制定合理 的施工 方案 ， 形象 直观 地指 导锅 炉钢 架 的施工 。 1 锅 炉钢架零部件 的建模 S o l i d wo r k s用 户 界 面 人 性 化 ， 便 于 操 作 ， 在 S o l i d wo r k的标准 菜单 中， 包含 了各种用 于创建零 件特征和基准特征的命令。通过草图绘制 、 拉伸凸 台／ 基体和旋转凸台／ 基体等一系列命令操作完成零 部件的实体绘制 ， 在基础实体特征上可添加圆角、 倒 角、 筋 、 抽壳、 拔模及异型孔 、 线性阵列、 圆周阵列、 镜 像等放置特征从而实现零部件细节 的绘制 。对于 复杂 的几何形状 ， 还可以运用其他高级特征选项来 完成 ， 主要包括扫描、 放样 凸台／ 基体及参考几何体 中基准轴、 基准面等定位特征 。 锅 炉 钢 架 由柱 、 梁 、 垂 直 或 水 平 支 撑 及 各 层 平 台、 通道、 扶梯等构成稳定的空间体系。每根柱底设 有 柱底 板 ， 柱底 板通 过预 埋地 脚螺 栓 与基础 相连 。 钢 构架主要以螺栓连接为主 ， 少数为焊接 。其 中立 柱 、 梁 和垂 直支 撑 主要 为 H 型 钢 ， 水 平 支 撑 为角 钢 ， 由于大板梁和 吊杆梁是锅炉受热 面的主要承重部 件 ， 需要较大 的强度 ， 因此零部件采用 了组合 的形 式 ， 即 大板 梁 由 2块 H 型 钢 叠加 组 成 ， 吊杆 梁 由 2 块槽钢组成主体 ， 然后在主体间焊接加固钢板 。 零部 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 0 8 作者简介 车德 勇 1 9 7 5 ， 女 ， 副教授 ， 主要从事热能与动 力工程 专业的教 学与研 究工作 。 2 0 0 8年 1 2月 第 3 6 卷 第 6 期 总第 1 9 9期 De c ． 2 0 08 Vo i ． 3 6 No ． 6 S e r ． No ． 1 9 9 件参照电建施工图纸按照 1 1的比例绘制 ， 主要零 部件模型图见图 1 。 a ．吊杆粱模型图 c ．钢架基f ij f 摸型图 2 锅炉钢架零部件 的装 配 b．大板梁模型图 d．立柱模型罔 e．斜撑模型 图 图 1 锅炉主要零部件模型 图 的装 配 体见 图 2 。 完 成零 部件 的建模 以后 ， 进入 S o l i d wo r k s的装 配体界面完成钢架的装配。 由于锅炉钢架系统庞大， 涉及零部件数量多 ， 如果把所有零部件逐个安装 ， 不 但要求电脑有较高配置而且很多零部件的安装过程 是重复的。 本文结合工程实际 ， 先对每层钢架建立子 装配体 ， 然后再完成整体钢架的装配 ， 以避免安装过 程的重复并保证系统轻化 。 S o l i d wo r k s所 包 括 的装 配体 模 块 与 传 统 的 C AD创建装配体的过程相比， 不仅可以在装配体环 境下修改零部件 ， 而且还可以添加新 的零件。 装配体 环境下的智能装配功能 ， 可 以使在修改了其 中一个 零件后其他零件 自动适应其修改后的尺寸 ， 自动调 整到相应的大小和位置 。 这样可节约时间， 提高精 度 ， 从而大大提高设计的灵活性， 减少工作量。 在建立装配体 的过程 中， 第 一个零件是非常重 要的， 是建立整个装配体 的基础 ， 其他的零件是以它 为参照物来确定其准确的安装位置 。首先在界面中 确定第一个零件合适的位置 ， 通常 S o l i d wo r k s默认 第一个零件为非移动物， 然后转换不 同的视角插入 其他零件 ， 通过配合菜单下提供的重合、 平行、 垂直 、 相切、 同轴心 、 距离和角度 7种标准配合以及凸轮推 杆配合 、 齿轮配合 、 限制配合、 对称配合及宽度配合 等 4种高级配合 ， 精确地装 配其他零件 。 整个钢架 9 。 图 2锅炉 钢架装配体 3 锅炉钢架安装过程 的动态仿真 利 用 S o l i d w o r k s自带 的 An i ma t o r 插 件 来实 现 安装 过程 的三维 动态仿 真。An i ma t o r是一 个 与 S o l i d wo r k s 无缝集成的动画制作软件插件 ， 它能将 S o l i d wo r k s的三维模型实现动态的可视化 ， 并且实 时录制构件设计的模拟装配过程 、 模拟拆卸过程和 构件 的模拟运行过程 ， 将设计者的意图更好地传递 给 客户 。 钢架安装过程的动态仿真方法 将制作好 的钢 下 转第 3 3页 2 0 0 8年 1 2月 第 3 6 卷 第 6 期 总第 1 9 9期 De c ． 20 0 8 Vo 1 ． 3 6 No ． 6 S e r ． No ． 1 9 9 堇 蛸 对 0 3 6 9 1 2 l 5 1 8 时间 ， d 图 3 2 0 0 8年 1月 1日至 1月 3 1日珲春老厂 2 2 0 k V Ⅱ 段 母线电压情况 查 ， 开展了珲春厂 1 、 2号关停后各种运行方式的研 关停后 ， 延边 电网一直保持安全稳定运行 ， 达到了预 究 ， 制定 了小机组关停后的基本运行方案 。 实际运行 期效果 。 结果表 明， 该运行方案是正确、 可行 的， 有利地保证 了珲春厂小机组顺利关停 ， 体现 了仿真计算分析结 编辑 田淑华 果指 导 实 际 运 行 的 重 要 意 义 。 同 时 珲 春 厂 小 机 组 上接 第 2页 架 装配体在 爆炸视 图中对零部 件进行爆 炸 即拆 卸 ， 通过 An i ma t o r插件 ， 添加动 画向导 中的解除 爆炸 实 现钢 架 的 安装 过程 安装 过 程 按 照 爆 炸 的相 反程序进行 。动画通过关键帧来进行控制 ， 每个零 件对应有 3个子帧 ， 分别是动作 、 透明度及颜色。通 过对关键帧的拖动操作调整零件安装 时间长度 ， 显 示程度和变色的效果 。另外 An i ma t o r中有专 门的 视角关键帧控制区， 可在动画中不断转换视角， 最终 利用各关键帧的控制完成动画仿真 。 4 安装过程 的语音及文 字说明 为提升培训人员培训效果 ， 在动画播放的同时 ， 以语 音 的方 式 说 明 动 画 界 面 上 显 示 的零 部 件 的 名 称 、 安 装 过 程 、 安 装 位 置 及 安 装 过 程 中 的注 意 事 项 等 ， 并与动画播放同步 ； 此外 ， 零部件安装过程的施 工周 期 、 所 需 能力 及 人 员 、 安 全措 施 、 施 工 风 险控 制 等 均配 有文 字 说 明 ， 以便 于管 理者 事 先 对 工程 施 工 的运行发展过程和施工中各项活动的协调关系等状 况进行预测和评价 ， 对工程进度进行准确的分析 ， 为 施工组织计划的正确决策提供可靠 的依据 。 将仿真技术应用于火电站建设过程 ， 以动 画形 式再现锅炉钢架各零部件 的吊装过程 ， 再加上视角 的转换 ， 观看者可以随意选择观看的地点和角度 ， 身 临其境地对施工现场进行全方位 的浏览。锅炉钢架 系统庞大 ， 施工现场情况多变， 不确定 因素多， 电建 施工人员在钢架施工前通过该仿真动画可形象直观 地 了解 钢架 整 个 安装 过 程 和 安装 细节 ， 减 少 施 工过 程 的事故率 ， 提高施工效率 ， 从而保证工程质量 。 参 考文献 [ 1 ] 刘 国良． S o l i d w o r k s 2 0 0 7完全学 习宝典 [ M] ．北 京 电 子工业出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 朱 宝山． 锅炉安 装手册 [ M] ．北京 中国 电力 出版社 ， 20 04 ． [ 3 ] 李云 ， 杨丰． 虚拟装配 技术 的研究与 发展 [ J ] ． 高新 技术 ， 2 0 0 8 ， 0 5 9 ． [ 4 ] 苏建等． 基于 S o l i d wo r k s平 台的四轮定位仪检定 装置 三 维动 画仿 真 [ J ] ． 机 械设 计 与制 造 ， 2 0 0 7 ， 0 5 7 2 7 3． C 5 D 陈敏 ， 沈耀仁． 三维建模与三维动画仿真技 术的应用 [ J ] ． 机械设计 与制造 ， 2 0 0 5 ， O 8 1 4 3 1 4 4 ． 编辑郝 竹 筠 3 3 l O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 烈 渤 拼 勉