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火電廠鍋爐鋼架安裝過程的動態(tài)仿真

文檔作者：車德勇李延臣居玉雷王虎李少華文檔來源：東北電力大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月04日
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2008年12月
第36卷 第6期(總第199期)
吉 林 電 力
Jilin Electric Power
Dec．2008
Vo1．36 No．6(Ser．No．199)
火電廠鍋爐鋼架安裝過程的動態(tài)仿真
Installation Process Dynamic Simulation of Boiler Steel
Structure Installation Progress in Thermal Power Plant
車德勇，李延臣，居玉雷，王 虎，李少華
(東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012)
摘要：將仿真技術(shù)應(yīng)用于火電廠鍋爐鋼架的安裝過程，對鍋爐鋼架零部件建立模型，然后進入Solidworks軟件的
裝配體界面完成鋼架的裝配。用Solidworks自帶的Animator插件來實現(xiàn)鍋爐鋼架安裝過程的三維動態(tài)仿真，
Solidworks虛擬鍋爐鋼架的過程和施工場景增強了電建施工人員對鍋爐鋼架整個施工過程的感性認(rèn)識，提升了人
員的培訓(xùn)效果，同時為管理者合理安排施工提供了決策依據(jù)。
關(guān)鍵詞：鍋爐鋼架；安裝過程；動態(tài)仿真
Abstract：Dynamic simulation technique is applied on installation process of boiler steel structure in thermal power
plant．The model of boiler steel structure parts is established and the steel structure is completed under the
installation interface of Solidworks．The three—dimensional dynamic simulation is realized by Animator plug—in
components build in Solidworks．The installation process and environment are simulated by Solidworks，which
could increase the perceptual knowledge of power construction staff on the entire steel structure construction，
improve the training effect and provide the basis of decision—making for the reasonable agreement by the manager at
the same time．
Keywords：boiler steel structure；installation process~dynamie simulation
中圖分類號：TP391．9~TK226 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009—5306(2008)06—0001—02
大型火電廠鍋爐鋼架屬巨型承重結(jié)構(gòu)，它是鍋
爐系統(tǒng)的龍骨，主要用來支撐和懸吊汽鼓、聯(lián)箱、受
熱面管、爐墻、平臺及扶梯等部件。在火電廠建設(shè)過
程中，鋼架安裝的主要依據(jù)是設(shè)計院的施工圖紙，但
是由于鋼架體積、質(zhì)量大，質(zhì)量控制點多，施工過程
復(fù)雜，施工人員需要花費大量時間反復(fù)查看圖紙記
錄、分析才能做出合理的施工方案。這種方式工作量
大，容易造成施工人員疲勞，影響施工質(zhì)量。為改變
這種現(xiàn)狀，本文利用Solidworks軟件，以動畫形式
虛擬火電廠鍋爐鋼架的施工過程，幫助施工技術(shù)管
理人員獲得更全面系統(tǒng)的圖紙信息，便于制定合理
的施工方案，形象直觀地指導(dǎo)鍋爐鋼架的施工。
1 鍋爐鋼架零部件的建模
Solidworks用戶界面人性化，便于操作，在
Solidwork的標(biāo)準(zhǔn)菜單中，包含了各種用于創(chuàng)建零
件特征和基準(zhǔn)特征的命令。通過草圖繪制、拉伸凸
臺／基體和旋轉(zhuǎn)凸臺／基體等一系列命令操作完成零
部件的實體繪制，在基礎(chǔ)實體特征上可添加圓角、倒
角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓周陣列、鏡
像等放置特征從而實現(xiàn)零部件細(xì)節(jié)的繪制 。對于
復(fù)雜的幾何形狀，還可以運用其他高級特征選項來
完成，主要包括掃描、放樣凸臺／基體及參考幾何體
中基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面等定位特征。
鍋爐鋼架由柱、梁、垂直或水平支撐及各層平
臺、通道、扶梯等構(gòu)成穩(wěn)定的空間體系。每根柱底設(shè)
有柱底板，柱底板通過預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)相連。鋼
構(gòu)架主要以螺栓連接為主，少數(shù)為焊接 。其中立
柱、梁和垂直支撐主要為H型鋼，水平支撐為角鋼，
由于大板梁和吊桿梁是鍋爐受熱面的主要承重部
件，需要較大的強度，因此零部件采用了組合的形
式，即：大板梁由2塊H型鋼疊加組成，吊桿梁由2
塊槽鋼組成主體，然后在主體間焊接加固鋼板。零部
收稿日期：2008—08—08
作者簡介：車德勇(1975 )，女，副教授，主要從事熱能與動力工程專業(yè)的教學(xué)與研究工作。
2008年12月
第36卷 第6期(總第199期)
Dec．2008
Voi．36 No．6(Ser．No．199)
件參照電建施工圖紙按照1：1的比例繪制，主要零 部件模型圖見圖1。
a．吊桿粱模型圖
c．鋼架基fijf：摸型圖
2 鍋爐鋼架零部件的裝配
b．大板梁模型圖
d．立柱模型罔 e．斜撐模型圖
圖1 鍋爐主要零部件模型圖
的裝配體見圖2。
完成零部件的建模以后，進入Solidworks的裝
配體界面完成鋼架的裝配。由于鍋爐鋼架系統(tǒng)龐大，
涉及零部件數(shù)量多，如果把所有零部件逐個安裝，不
但要求電腦有較高配置而且很多零部件的安裝過程
是重復(fù)的。本文結(jié)合工程實際，先對每層鋼架建立子
裝配體，然后再完成整體鋼架的裝配，以避免安裝過
程的重復(fù)并保證系統(tǒng)輕化。
Solidworks所包括的裝配體模塊與傳統(tǒng)的
CAD創(chuàng)建裝配體的過程相比，不僅可以在裝配體環(huán)
境下修改零部件，而且還可以添加新的零件。裝配體
環(huán)境下的智能裝配功能，可以使在修改了其中一個
零件后其他零件自動適應(yīng)其修改后的尺寸，自動調(diào)
整到相應(yīng)的大小和位置 。這樣可節(jié)約時間，提高精
度，從而大大提高設(shè)計的靈活性，減少工作量。
在建立裝配體的過程中，第一個零件是非常重
要的，是建立整個裝配體的基礎(chǔ)，其他的零件是以它
為參照物來確定其準(zhǔn)確的安裝位置。首先在界面中
確定第一個零件合適的位置，通常Solidworks默認(rèn)
第一個零件為非移動物，然后轉(zhuǎn)換不同的視角插入
其他零件，通過配合菜單下提供的重合、平行、垂直、
相切、同軸心、距離和角度7種標(biāo)準(zhǔn)配合以及凸輪推
桿配合、齒輪配合、限制配合、對稱配合及寬度配合
等4種高級配合，精確地裝配其他零件 。整個鋼架
· 9 。
圖2 鍋爐鋼架裝配體
3 鍋爐鋼架安裝過程的動態(tài)仿真
利用Solidworks自帶的Animator插件來實現(xiàn)
安裝過程的三維動態(tài)仿真。Animator是一個與
Solidworks無縫集成的動畫制作軟件插件，它能將
Solidworks的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，并且實
時錄制構(gòu)件設(shè)計的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和
構(gòu)件的模擬運行過程，將設(shè)計者的意圖更好地傳遞
給客戶 。
鋼架安裝過程的動態(tài)仿真方法：將制作好的鋼
(下轉(zhuǎn)第33頁)
2008年12月
第36卷 第6期(總第199期)
Dec．2008
Vo1．36 No．6(Ser．No．199)
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圖3 2008年1月1日至1月31日琿春老廠220 kV Ⅱ段母線電壓情況
查，開展了琿春廠1、2號關(guān)停后各種運行方式的研 關(guān)停后，延邊電網(wǎng)一直保持安全穩(wěn)定運行，達(dá)到了預(yù)
究，制定了小機組關(guān)停后的基本運行方案。實際運行 期效果。
結(jié)果表明，該運行方案是正確、可行的，有利地保證
了琿春廠小機組順利關(guān)停，體現(xiàn)了仿真計算分析結(jié) (編輯 田淑華)
果指導(dǎo)實際運行的重要意義。同時琿春廠小機組
(上接第2頁)
架裝配體在爆炸視圖中對零部件進行爆炸(即拆
卸)，通過Animator插件，添加動畫向?qū)е械慕獬?
爆炸實現(xiàn)鋼架的安裝過程(安裝過程按照爆炸的相
反程序進行)。動畫通過關(guān)鍵幀來進行控制，每個零
件對應(yīng)有3個子幀，分別是動作、透明度及顏色。通
過對關(guān)鍵幀的拖動操作調(diào)整零件安裝時間長度，顯
示程度和變色的效果。另外Animator中有專門的
視角關(guān)鍵幀控制區(qū)，可在動畫中不斷轉(zhuǎn)換視角，最終
利用各關(guān)鍵幀的控制完成動畫仿真。
4 安裝過程的語音及文字說明
為提升培訓(xùn)人員培訓(xùn)效果，在動畫播放的同時，
以語音的方式說明動畫界面上顯示的零部件的名
稱、安裝過程、安裝位置及安裝過程中的注意事項
等，并與動畫播放同步；此外，零部件安裝過程的施
工周期、所需能力及人員、安全措施、施工風(fēng)險控制
等均配有文字說明，以便于管理者事先對工程施工
的運行發(fā)展過程和施工中各項活動的協(xié)調(diào)關(guān)系等狀
況進行預(yù)測和評價，對工程進度進行準(zhǔn)確的分析，為
施工組織計劃的正確決策提供可靠的依據(jù)。
將仿真技術(shù)應(yīng)用于火電站建設(shè)過程，以動畫形
式再現(xiàn)鍋爐鋼架各零部件的吊裝過程，再加上視角
的轉(zhuǎn)換，觀看者可以隨意選擇觀看的地點和角度，身
臨其境地對施工現(xiàn)場進行全方位的瀏覽。鍋爐鋼架
系統(tǒng)龐大，施工現(xiàn)場情況多變，不確定因素多，電建
施工人員在鋼架施工前通過該仿真動畫可形象直觀
地了解鋼架整個安裝過程和安裝細(xì)節(jié)，減少施工過
程的事故率，提高施工效率，從而保證工程質(zhì)量。
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[J]．機械設(shè)計與制造，2005，(O8)：143—144．
(編輯郝竹筠)
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