CN110399666A - 一种基于nx软件进行管式空预器参数化方案设计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉设计领域，公开了一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法，包括以下过程：步骤1：计算管式空预器的外形几何尺寸；步骤2：建立并调用管式空预器参数化模型模板；步骤3：将管式空预器外形几何尺寸参数输入到模型模板中，生成方案模型；步骤4：通过方案模型正确性验证方案设计数据，若模型错误，返回步骤1；若模型正确,进入步骤5；步骤5：评审管式空预器设计方案是否符合锅炉项目技术要求，若不符合，则返回步骤1，反之进入步骤6；步骤6：方案确定,输出模型。本发明使锅炉管式空预器的方案设计由二维转向三维设计，填补了现有技术中缺乏通用化、参数化设计的空白，创新了设计验证方法，实现锅炉的精细化设计。

Description

一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法

技术领域

本发明涉及锅炉设计领域，特别涉及一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法。

背景技术

随着国家环保要求的提高，2014年国家能源局下发了对煤电节能减排升级的工作计划，使煤粉锅炉的结构设计在不断升级优化，气炉和生物质炉的市场需求在不断增多。总体来看，锅炉的结构设计越来越紧凑复杂，项目实施周期也越来越短。这便对锅炉设计的各专业组间配合和设计人员的设计能力提出了更高要求，项目建设过程中的现场消缺成本高、工期无法保证等问题也越来越凸显。在国内锅炉行业，锅炉设计普遍利用AutoCAD等二维设计软件，且设计流程中缺乏有效的结构设计验证过程及方法，设计质量只能靠人为控制，设计问题往往是到了现场安装阶段才得以反馈，给企业造成了较大的经济损失，同时也给用户留下了不好的印象，对品牌形象造成了不良的影响。

由于三维模型可直观展现设计意图，承载着产品的重要信息，使三维设计被广泛应用于模具设计、汽车制造、工程建设、航空航天等行业，为企业带来了巨大的经济价值。在锅炉行业，国内很多知名锅炉品牌企业、电力设计院也开始采用三维设计软件进行锅炉设计，如：哈尔滨锅炉厂有限责任公司使用了PDMS、Inventor；东方锅炉股份有限公司使用了Creo、SolidWorks、Inventor等；电力设计院使用了PDMS、SolidWorks等，主要用于锅炉结构碰撞检查和电厂整体布局设计。行业内，利用三维设计软件进行锅炉参数化设计还未有相关研究资料、学术论文或专著进行描述。西门子NX设计软件作为一款成熟的三维设计软件，拥有众多功能模块，能够满足大部分产品的设计需求，基于NX软件进行锅炉三维设计的工程技术与操作规范、专利实践等相关研究还处于探索阶段，对锅炉管式空预器进行参数化方案设计的研究资料、学术论文或专著，还属于空白领域。国内锅炉方案设计的设计验证方法，更多是通过专家按照二维图纸进行评审，评审内容往往很难对详细数据进行一一比对验算，且花费时间很长，对锅炉的方案设计缺少了利用计算机软件对设计数据进行分析验证。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法。

本发明采用的技术方案如下：一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法，具体包括以下过程：

步骤1：根据锅炉技术协议，进行结构计算和性能计算，计算管式空预器外形几何尺寸参数；

步骤2：利用NX软件的功能模块,建立并调用管式空预器参数化模型模板；

步骤3：利用NX软件的“编辑可重用组件”命令,将管式空预器外形几何尺寸参数代入到模型模板中，生成管式空预器的方案设计模型；

步骤4：通过判断方案模型的正确性来验证方案设计参数的正确性，若模型有错误产生，则说明空预器的方案设计参数有误，不符合设计标准，返回步骤1进行参数的检查与修正；若模型无错误产生，则说明空预器设计参数符合设计标准，进入步骤5；

步骤5：进行方案评审，判断管式空预器方案设计模型是否符合锅炉项目技术要求，若不符合，则返回步骤1，若符合，则进入步骤6；

步骤6：方案确定，输出模型。

进一步的，所述步骤2中建立管式空预器参数化模型模板的具体过程为：步骤21：根据管式空预器的设计图纸，对其结构形式和设计参数进行统计整理；

步骤22：通过整理的结构形式和设计参数，确定管式空预器的单体通用结构一、单体通用结构二；步骤23：根据两种单体通用结构的管式空预器的设计参数，分别确定各单体通用结构相对应的控制参数，并制定控制参数在表达式中的命名规则；所述控制参数包括：主参数、次参数和定位参数；步骤24：通过NX软件的“实体建模”和“表达式”功能模块，完成单体通用结构的建立和模型的参数化；通过NX软件的“产品模板工作室”功能模块，对参数化模型设计人机交互操作界面；步骤25：管式空预器参数化模型模板的建立完成后，将模型模板保存到NX模型数据数据库中，供后续方案设计时调用。

进一步的，所述步骤22中，所述单体通用结构一为空预器管箱、护板、连通箱、连接烟道、膨胀节组成的块状模型；单体通用结构二为空预器管箱、护板、连通箱、连接烟道、膨胀节、中间风道组成的块状模型。

进一步的，所述步骤23中，所述主参数是由锅炉几何尺寸计算书中的计算参数、连通箱的深度和布置形状、连接烟道的高度组成，用于驱动模型外形尺寸变化，需手动输入。

进一步的，所述步骤23中，所述次参数是外形结构辅助参数，用于保证模型完整而设定的定值或依据主参数进行计算，不可手动更改。

进一步的，所述步骤23中，所述定位参数用于模型空间定位的参数，需手动输入。

进一步的，所述步骤24的具体过程为：(1)在NX软件环境下，建立空模型；(2)使用“表达式”功能模块，根据步骤23中制定的管式空预器单体通用结构的参数命名规则建立好相应的表达式；(3)在NX草图环境中，采用“草图”命令，通过步骤23中得到的控制参数绘制管式空预器单体通用结构外形二维平面图，使用实体建模命令生成模型的外形几何实体；(4)使用“表达式”命令，将模型和草图中的相关尺寸参数与建立好的表达式相关联；(5)使用“由表达式抑制”命令控制空预器立式与卧式、连通箱的布置形式、接口形式的变换；(6)在NX产品模板工作室环境下，编制管式空预器参数设计的人机交互界面，将步骤23中得到的控制参数进行分区并将其添加到相应区域；(7)验证输入方案设计参数后生成的模型正确性。

进一步的，所述验证模型模板正确性的具体方法为：在人机交互界面输入控制参数，若模型模板产生破面、几何尺寸错误、软件报错现象，则表示控制参数输入错误，重新进行此部位的参数关联设定；反之，则表示参数正确，保存参数化模型，人机交互界面自动内嵌于保存的模型模板中。

进一步的，所述步骤4中对验证方案设计参数的具体过程为：通过人工或软件识别管式空预器方案模型生成的正确性来验证方案设计参数的正确性；若模型有错误产生，说明空预器的方案设计数据有误，不符合设计标准，则返回步骤1进行锅炉结构和性能计算的检查与修正；若模型无错误产生，说明空预器设计参数符合设计标准，则进入步骤6。

进一步的，所述步骤5中对方案评审的具体过程包括：根据锅炉项目技术要求评审设计方案是否合格；若评审不合格，则返回步骤1，重新进行锅炉结构和性能计算，修改管式空预器的设计参数，调整模型进行设计验证并再次组评审；若评审通过，则输出该模型传递至下一设计阶段，用于指导设计。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：通过将锅炉管式空预器设计由二维设计转向三维设计，填补了现有锅炉管式空预器方案设计中缺乏通用化、参数化设计的空白，创新了锅炉方案设计的设计验证方法，逐步实现锅炉的精细化设计。

附图说明

图1是本发明的锅炉管式空预器参数化方案设计流程。

图2是本发明的一实施例的单体通用结构一。

图3是本发明的一实施例的单体通用结构二。

附图标记：1.管箱，2.连接烟道，3.连通箱，4.膨胀节，5.护板，6.空气出口，7.管箱，8.连接烟道，9.连通箱，10.膨胀节，11.护板，12.中间风道，13.空气出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1，一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法，具体包括以下过程：步骤1：根据锅炉技术协议，进行结构计算和性能计算，计算管式空预器外形几何尺寸参数；步骤2：建立并调用管式空预器参数化模型模板；步骤3：通过NX软件的“编辑可重用组件”命令，打开人机交互界面，根据步骤1得出的锅炉管式空预器的外形几何尺寸计算数据，在人机交互操作界面中输入管式空预器几何尺寸参数，进行管式空预器的方案模型的生成。；步骤4：通过判断方案模型的正确性来验证参数的正确性，若模型有错误产生，则说明空预器的设计参数有误，不符合设计标准，返回步骤1进行参数的检查与修正；若模型无错误产生，则说明空预器设计数据符合设计标准，进入步骤5；步骤5：判断管式空预器方案模型是否符合锅炉项目技术要求，若不符合，则返回步骤1，若符合，则进入步骤6；步骤6：方案确定，输出模型。

作为优选，建立管式空预器参数化模型模板的具体过程为：步骤21：收集管式空预器在方案设计阶段的图纸资料，对其结构形式、管箱数量、管箱的布管宽度与深度、管箱间距、连通箱的形式、空预器区域钢板壁厚、型钢的大小等进行分类统计，分析其数据间的相似性和关联性；步骤22：通过整理的空预器结构形式和设计数据，确定管式空预器的单体通用结构为两种，分别为单体通用结构一(图3)、单体通用结构二(图3)，其简化结构为空预器管箱1、护板5、连通箱3、连接烟道2、膨胀节4的块状模型，不包含内部部件的详细结构。步骤23：根据两种单体通用结构的管式空预器的设计参数，分别计算出各单体通用结构所对应的控制参数，并制定控制参数在表达式中的命名规则；所述控制参数包括：主参数、次参数和定位参数；步骤24：在NX实体建模环境下，利用NX表达式功能模块完成单体通用结构的建立和模型的参数化；在NX产品模板工作室环境下，对参数化模型设计人机交互操作界面；步骤25：完成管式空预器参数化模型模板的建立，并将模型模板保存到NX模型数据数据库中，供后续方案设计时调用。

其中，所述单体通用结构一由上中下级管箱，各级间管箱间连接烟道、前后连通箱及膨胀节组成，冷、热风同侧，单侧进出。管箱由立管及护板组成，连通箱及连接烟道为护板结构。连通箱与连接烟道焊于管箱上，并由管箱管板支撑在构架梁上。空气流道为管外，烟气流道为管内。冷空气由下级管箱接口进入，经立管外流道进入连通箱，空气与烟气通过管箱立管壁面换热后，由多级连通箱降空气流道进行连接，最终由上级管箱接口流出。

所述单体通用结构二由上中下级管箱，各级间管箱间连接烟道、中间风道、前后连通箱及膨胀节组成，冷、热风同侧，双侧进出。管箱由立管及护板组成，连通箱、连接烟道及中间风道为护板结构。连通箱、连接烟道与中间风道焊于管箱上，并由管箱管板支撑在构架梁上。空气流道为管外，烟气流道为管内。冷空气由下级管箱两侧接口进入，空气与烟气通过管箱立管壁面换热后，空气在中间风道进行汇合并在上级管箱处分两侧进入管箱空气流道。按该流程，在各级管箱均重复该换热过程。由多级连通箱将各级空气流道进行连接，最终由上级管箱两侧接口流出。

根据空预器方案设计与设计院管道设计特点、系统间的空间占位配合，利用上述两种管式空预器单体通用结构进行结构组合设计，能够满足不同的管式空预器设计需求。

所述主参数为驱动模型外形尺寸变化，是需要手动输入的参数，主要由锅炉几何尺寸计算书中的计算参数、连通箱的深度和布置形式、连接烟道的高度组成。

所述次参数为外形结构参数，保证模型完整而设定的定值或依据主参数进行计算，是不可手动更改的参数。

所述定位参数用于模型空间定位的参数，是需要手动输入的参数。

作为优选，所述单体通用结构建立、模型参数化及设计人机交互界面的具体过程为：(1) 打开NX软件，建立空模型；(2)利用NX软件的表达式功能模块中的“表达式”命令，根据制定的管式空预器单体通用结构的参数命名规则提前建立好相应的表达式；(3)利用NX软件的“草图”命令，在NX草图环境中，绘制管式空预器单体通用结构外形二维平面图，二维图中的尺寸参数确定的控制参数控制；(4)利用NX软件的拉伸、旋转等实体建模命令，生成单体通用结构的外形几何实体；(5)利用“表达式”命令，将模型和草图中的相关尺寸参数与建立好的表达式相关联；(6)利用NX软件的编辑功能模块中的“由表达式抑制”命令控制空预器立式与卧式、连通箱的布置形式、接口形式的变换；(7)进入PTS模块环境，编制管式空预器参数设计的人机交互界面，界面按模型控制参数进行分区并将其添加到相应区域，其中主参数、定位参数为输入参数，次参数设为仅可见或者不添加到该人机交互界面；(8)在人机交互界面输入设计参数验证数据关联的正确性，若不正确，模型产生破面、几何尺寸错误、软件报错等现象，则需要重新进行此部分参数的关联设定，若正确，则保存参数化模型，人机交互界面自动内嵌于保存的模型中。

作为优选，所述步骤4中对验证方案设计数据参数的具体过程为：通过人工或软件识别管式空预器方案模型生成的正确性来验证方案设计参数的正确性，包括：方案模型几何尺寸是否正确、模型是否出现破面、软件是否报错等；若模型有错误产生，说明空预器的方案设计数据有误，不符合设计标准，则返回步骤1进行锅炉结构和性能计算的检查与修正；若模型无错误产生，说明空预器设计参数符合设计标准，则进入步骤6。

所述方案设计参数包括管式空预器的几何参数及与锅炉其他模块连接处的设计参数。

作为优选，对方案评审的具体过程包括：根据锅炉项目技术要求评审设计方案是否合格；若评审不合格，则返回步骤1，重新进行锅炉结构和性能计算，修改管式空预器的设计参数，调整模型进行设计验证并再次组评审；若评审通过，则输出该模型传递至下一设计阶段，用于指导设计。

本发明给锅炉设计带来的价值：通过将锅炉管式空预器设计由二维设计转向三维设计，填补了现有锅炉管式空预器方案设计中缺乏通用化、参数化设计的空白，创新了锅炉方案设计的设计验证方法，逐步实现锅炉的精细化设计。

本发明给企业带来的经济价值：1)能快速生成锅炉管式空预器的三维方案设计，并能将方案设计数据有效准确地传递到下一个设计阶段，提高了设计效率和设计能力，进而提高了产品的市场竞争力；2)用参数化模型模板验证管式空预器方案设计数据，创新了锅炉方案设计的设计验证方法，提高了设计质量，从而提升了品牌形象；3)可提供锅炉管式空预器三维模型给锅炉其它系统进行三维方案设计，完成部件间配合设计，进行锅炉方案设计优化，减少设计更改给企业造成经济损失。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种基于NX软件进行管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤1：根据锅炉技术协议，进行结构计算和性能计算，计算管式空预器外形几何尺寸参数；

步骤2：利用NX软件的功能模块,建立并调用管式空预器参数化模型模板；

步骤3：利用NX软件的“编辑可重用组件”命令,将管式空预器外形几何尺寸参数代入到模型模板中，生成管式空预器的方案模型；

步骤4：通过判断方案模型的正确性来验证方案设计参数的正确性，若模型有错误产生，则说明空预器的方案设计参数有误，不符合设计标准，返回步骤1进行参数的检查与修正；若模型无错误产生，则说明空预器设计参数符合设计标准，进入步骤5；

步骤5：进行方案评审，判断管式空预器方案设计模型是否符合锅炉项目技术要求，若不符合，则返回步骤1，若符合，则进入步骤6；

步骤6：方案确定，输出模型。

2.根据权利要求1所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤2中建立管式空预器参数化模型模板的具体过程为：

步骤21：根据管式空预器的设计图纸，对其结构形式和设计参数进行统计整理；

步骤22：通过整理的结构形式和设计参数，确定管式空预器的单体通用结构一、单体通用结构二；

步骤23：根据两种单体通用结构的管式空预器的设计参数，分别确定各单体通用结构相对应的控制参数，并制定控制参数在表达式中的命名规则；所述控制参数包括：主参数、次参数和定位参数；

步骤24：通过NX软件的“实体建模”和“表达式”功能模块，完成两种单体通用结构的建立和模型的参数化；通过NX软件的“产品模板工作室”功能模块，对参数化模型设计人机交互操作界面；

步骤25：完成管式空预器参数化模型模板的建立，将两种模型模板保存到NX模型数据数据库中，供后续方案设计时调用。

3.根据权利要求2所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤22中，所述单体通用结构一为空预器管箱、护板、连通箱、连接烟道、膨胀节焊接而成的块状结构，单侧设有空气出口；所述单体通用结构二为空预器管箱、护板、连通箱、连接烟道、膨胀节、中间风道焊接而成的块状结构，两侧设有空气出口。

4.根据权利要求3所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤23中，所述主参数是由锅炉几何尺寸计算书中的计算参数、连通箱的深度和布置形状、连接烟道的高度组成，用于驱动模型外形尺寸变化，需手动输入。

5.根据权利要求4所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤23中，所述次参数是外形结构辅助参数，用于保证模型完整而设定的定值或依据主参数进行计算，不可手动更改。

6.根据权利要求5所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤23中，所述定位参数用于模型空间定位的参数，需手动输入。

7.根据权利要求2所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤24的具体过程为：(1)在NX软件环境下，建立空模型；(2)使用“表达式”功能模块，根据步骤23中制定的管式空预器单体通用结构的参数命名规则建立好相应的表达式；(3)在NX草图环境中，采用“草图”命令，通过步骤23中得到的控制参数绘制管式空预器单体通用结构外形二维平面图，使用实体建模命令生成模型的外形几何实体；(4)使用“表达式”命令，将模型和草图中的相关尺寸参数与建立好的表达式相关联；(5)使用“由表达式抑制”命令控制空预器立式与卧式、连通箱的布置形式、接口形式的变换；(6)在NX产品模板工作室环境下，编制管式空预器参数设计的人机交互界面，将步骤23中得到的控制参数进行分区并将其添加到相应区域；(7)验证参数关联的正确性。

8.根据权利要求7所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述验证参数关联正确性的具体方法为：在人机交互界面输入控制参数，若模型模板产生破面、几何尺寸错误、软件报错现象，则表示控制参数输入错误，重新进行此部位的参数关联设定；反之，则表示参数正确，保存参数化模型，人机交互界面自动内嵌于保存的模型模板中。

9.根据权利要求1所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤4中对验证方案设计参数的具体过程为：通过人工或软件识别管式空预器方案模型生成的正确性来验证方案设计参数的正确性；若模型有错误产生，说明空预器的方案设计数据有误，不符合设计标准，则返回步骤1进行锅炉结构和性能计算的检查与修正；若模型无错误产生，说明空预器设计参数符合设计标准，则进入步骤6。

10.根据权利要求1所述的管式空预器参数化方案设计的方法，其特征在于，所述步骤5中对方案模型的评审具体过程包括：根据锅炉项目技术要求评审设计方案是否合格；若评审不合格，则返回步骤1，重新进行锅炉结构和性能计算，修改管式空预器的设计参数，调整模型进行设计验证并再次组评审；若评审通过，则输出该模型传递至下一设计阶段，用于指导设计。