CN116227124A - 一种换热器设计中快速建模及制图的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热器设计中快速建模及制图的方法，将换热器设计计算模型与solidworks软件的库函数调用命令、宏指令结合，通过二次开发的后台代码驱动，实现快速建模；将solidworks软件的制图命令与人工参数修改进行结合，实现更人性化的接口操作，降低了设计人员对solidworks软件的专业要求和交互工作量；将复杂的换热器热工和力学设计计算过程以及solidworks软件建模、制图操作整合于后台运行，用户前台设计更专注于换热器设计的专业内容，如相关参数和需求，从而可有效提高换热器设计效率。

Description

一种换热器设计中快速建模及制图的方法
技术领域
本发明属于换热器设计技术领域，具体涉及一种换热器设计中快速建模及制图的方法。
背景技术
换热器作为能量交换、传递的主要设备，是工业领域特别是化工、轻工、机械、食品、制药、冶炼行业的常用设备，是节能环保的重要环节。换热器一般需要根据应用场景进行专门设计，其中，最基本的步骤就是要根据壳体尺寸、布管中心距来寻求最多的布管数量，常见做法是先根据经验估算，再通过试算或绘图确定，费时费力，容易出错。当前，虽然计算机辅助设计技术已较为成熟，如用于三维设计的solidworks软件，但这是一款通用型软件，使用时需要一定的门槛，具备一定基础知识，且该软件重点专注于尺寸参数设计、修改以及通用性能仿真，设计参数需要另行计算，如换热面积，换热管长度等；模型完成后其特殊的力学性能需要另行仿真验证，包括应力计算、强度计算等。整体而言当前换热器设计中零部件设计过程、组装过程、应力仿真计算、热交换仿真计算均较为繁琐，不同客户、不同场景的换热器设计需要做很多相同且重复工作，效率较低。
发明内容
针对以上问题，本发明为实现换热器设计提质增效，针对现有的设计软件solidworks，做一定的二次开发，设计了一种换热器设计中快速建模及制图的方法，可以显著降低设计人员对solidworks软件熟悉程度的要求和设计仿真调试工作量，明显提高设计效率。
本发明设计的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，将换热器设计计算模型与solidworks软件的库函数调用命令、宏指令结合，通过二次开发的后台代码驱动，实现快速建模，所述换热器设计计算模型涉及尺寸参数、热工参数、力学参数等，具体步骤包括：
S1：输入换热器类型、热工参数、力学参数、材料类型或型号、尺寸限制参数等中的至少一类参数；所述换热器类型包括按结构组成方式分类的类型，如管壳式换热器、板式换热器等，管壳式换热器还区分为固定管板式、“U”型管式和浮头式等；所述材料类型或型号一般是指零部件所采用的材料类型或型号，软件可根据材料类型或型号从数据库中获得其力学、腐蚀、热传导计算用的材料参数；所述尺寸限制参数一般是指零部件、组件以及总装成品设备的设计边界尺寸，如最大尺寸、最小尺寸等；所述参数的输入包括人机接口界面手动输入和/或从参数文件导入等方式；
S2：根据热工原理计算换热器设计数据并确认，所述换热器设计数据包括模型结构尺寸、零部件结构尺寸等；所述设计数据确认的方法包括人工或自动判断获取的设计数据明显不符合预期时，则返回步骤S1，修改输入参数重新设计；
S3：根据零部件结构尺寸生成三维零部件；
S4：调用solidworks命令，将零部件装配成组件；
S5：检查组件干涉情况，如存在干涉，返回步骤S2修改零部件尺寸，或返回步骤S1修改输入参数，直至所有零部件不存在干涉；所述零部件干涉指本应保持适当间距的零件相互接触或阻挡，造成无法正常安装或活动；
S6：根据换热器类型，调用solidworks命令将组件总装成换热器。
进一步的，所述后台代码驱动包括调用Solidworks和二次开发平台库，声明SldWorks.Sldworks找到solidworks文件、创建新变量、新建零部件，调用草图绘制，调用拉伸、旋转、切除命令中的任意项等过程，完成模型特征变化并生成模型。
进一步的，所述步骤S4中将零部件装配成组件包括调用solidworks新建装配图，确认原点坐标及三个基准面，利用零件之间的位置关系进行装配，如面与面重合，零件基准面平行等装配关系，再生成完整模型。
进一步的，所述换热器设计计算模型包括壳程筒体的设计与计算模型、管箱筒体的设计与计算模型、封头的设计与计算模型、管板的设计与计算模型、换热管的设计与计算模型、开孔补强设计与计算模型、折流板设计与计算模型。
进一步的，所述力学参数包含壳程设计压力、管程设计压力、壳程腐蚀余量、管程腐蚀余量、壳程试验压力、管程试验压力等；所述热工参数包含壳程设计温度、管程设计温度、迎风面换热管横排数、换热管有效长度、换热管纵排数、管程数、换热管外径等。
进一步的，还包括人机接口设计界面，所述设计界面包括参数输入窗口和预览窗口，所述预览窗口实现零部件、组件、总装件的设计预览。
进一步的，所述换热器包括管壳式换热器，所述管壳式换热器包括管束部分和壳体部分，所述管束部分包含管束组件、前管箱组件、后管箱组件、轮子组件以及支撑板组件；所述壳体部分包括接管组件、滑动支座组件、筒体组件等。
进一步的，所述具体步骤还包括：
S7：总装后力学性能仿真测试和/或热工性能仿真测试，若测试不满足要求，则根据具体不符合项或用户自由选择返回步骤S1或步骤S2重新顺序执行，所述力学性能仿真测试包括根据总装后的换热器实际参数、流体压力和材料力学特性，计算换热器各节点受力特性，判断是否满足要求；由于热工性能参数是前面通过仿真模型直接得到的，一般不需要再次进行测试，但也可以进行确认性质的热工性能仿真测试，所述热工性能仿真测试包括根据总装后的换热器实际参数和热工原理，调用CFD求解器，如solidworks的flowsimulation求解器，计算其热交换量和效率，判断是否满足要求；一般情况下经过步骤S1-S6多次参数确认且初始设计参数是根据总的需求、热工性能和力学性能要求进行的，至步骤S6的设计结果是可用的；但如果在设计过程中需进一步优化需求或者初始设计参数并不完善需在迭代过程中改进，增加本步骤S7可以更好的实现该目的。
另一方面，一种换热器设计中快速制图方法，其特征在于，实现以上任意一种换热器设计中快速建模方法，完成建模后进行制图，包括如下步骤：
S8：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成零部件二维图；
本实施例相关命令包括：
bRet＝swModel.SetUserPreferenceToggle(swDisplayOrigins,False)
bRet＝swDraw.CreateFlatPatternViewFormModelView2(swModel.GetPathName,””,PaperWidth/2，PaperHeight/2,0#,true)
retval＝DrawingDoc.GetFirstView()。
S9：零部件图检查确认，如果存在错误或遗漏，返回步骤S8进行修改，所述零部件图包括焊接节点图和/或局部放大图等；所述错误或遗漏包括焊接点错误或遗漏、视图错误或遗漏、剖面图错误或遗漏等中的任意项；
S10：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成二维组件图和/或总装图；
本实施例相关命令包括：
etval＝DrawingDoc.GetFirstView()
Set swBOM＝swView.InsertBomTable(BOMtemplate,vPickPt(0),vPickPt(1),nErrors)。
S11：组件图和/或总装图检查确认，如存在错误或遗漏，返回步骤S10进行修改，所述组件图包括组件组装图、组件剖面图、组件分解图(或爆炸图)、明细表等中的任意项；所述错误或遗漏包括组件明细表中零部件名称、数量，材料名称、重量、数量等的错误或遗漏；所述总装图包括总装各向视图、剖视图、分解图；
S12：根据用户需求，调用solidworks命令导出二维图纸，可批量导出或单图导出。
本实施例相关命令包括：
sPathName＝swModel.GetPathName
sPathName＝Left(sPathName,Len(sPathName)-6)
sPathName＝sPathName+”dxf”
Debug.Print”DxfMapping＝”+Str(swap.GetUserPreferenceTo ggle(swDxfMapping))。
进一步的，所述生成零部件、组件、总装二维图包括调用solidworks新建图纸，按照零件层级选择A1/A3/A4图纸模板，按照比例将零件及组件大小缩放比例放入图纸，调用不同模板生成尺寸标注等过程，所述标注包括零件信息以及焊接图等。
本发明的优点和有益效果在于：本发明所设计的一种换热器设计中快速建模及制图的方法，将复杂的换热器热工和力学设计计算过程以及solidworks软件建模、制图操作整合于后台运行，用户前台设计更专注于换热器设计的专业内容，如相关参数和需求，从而可有效提高换热器设计效率；将solidworks软件的制图命令与人工参数修改进行结合，实现更人性化的接口操作，降低了设计人员对solidworks软件的专业要求和交互工作量。
附图说明
图1是一种换热器设计中快速建模及制图的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本计算机程序采用visualstudio平台VB.Net语言进行软件编程，编制带有交互界面的软件，在软件交互界面中输入换热器的热工参数及重要结构尺寸，并通过后台调用Solidworks软件，实现Solidworks快速建模、装配及制图功能。
实施例1：
如图1所示，本发明设计的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，将换热器设计计算模型与solidworks软件的库函数调用命令、宏指令结合，通过二次开发的后台代码驱动，实现快速建模，所述换热器设计计算模型涉及尺寸参数、热工参数、力学参数等，具体步骤包括：
S1：输入换热器类型、热工参数、力学参数、材料类型或型号、尺寸限制参数等中的至少一类参数；本实施例用类型参数表征，用A、B分别表示管壳式换热器、板式换热器，A1、A2、A3分别表示固定管板式、“U”型管式、浮头式管壳换热器；建立与材料类型或型号对应的力学、腐蚀、热传导数据库，供查询调用；所述尺寸限制参数如最大尺寸、最小尺寸等为可选输入项，未选中时程序不执行该限制条件，选中时。提示输入具体限制值，并执行该限制条件；所述参数的输入包括人机接口界面手动输入、从参数文件导入两种方式可选用；
S2：根据热工原理计算换热器设计数据并确认，所述换热器设计数据包括模型结构尺寸、零部件结构尺寸等；所述设计数据确认的方法包括人工或自动判断获取的设计数据明显不符合预期时，则返回步骤S1，修改输入参数重新设计；
S3：根据零部件结构尺寸生成三维零部件；
本实施例相关命令包括：
Sketchmer.InsertSketch(True)
Sketchmer.CreateCenterRectangle(0,0,0,x1/2,y1/2,0)
Cir1＝Sketchmer.CreateCircleByRadius(xx1/2,yy1/2,0,r5/2)
Cir1.Select4(False,Nothing)
Sketchmer.CreateLinearSketchStepAndRepeat(n3,n4,xx2,yy2,Pi,3*Pi/2,"",True,False,False,True,True)
Sketchmer.InsertSketch(True)；
S4：调用solidworks命令，将零部件装配成组件；
本实施例相关命令包括：
Figure BDA0003982842990000071
S5：检查组件干涉情况，如存在干涉，返回步骤S2修改零部件尺寸，或返回步骤S1修改输入参数，直至所有零部件不存在干涉；
S6：根据换热器类型，调用solidworks命令将组件总装成换热器。
本实施例相关命令包括：
Figure BDA0003982842990000072
优选的，所述后台代码驱动包括调用Solidworks和二次开发平台库，声明SldWorks.Sldworks找到solidworks文件、创建新变量、新建零部件，调用草图绘制，调用拉伸、旋转、切除命令中的任意项等过程，完成模型特征变化并生成模型。所述草图绘制包括绘制圆、矩形、直线等生成草图，由于本实施例方法实现计算机程序采用visualstudio平台VB.Net语言进行软件编程，所述调用Solidworks和二次开发平台库包括Visual studioVB.net引用SldWorks以及SwConst库。
本实施例初始化相关命令包括：
Dim swApp As SldWorks.SldWorks'//找到solidworks文件
swApp＝CreateObject("sldworks.application")//创建新变量swApp.NewDocument("C:\ProgramData\Solidworks\SOLIDWORKS2020\templates\gb_part.prtdot",0,0,0)'//新建零部件
Dim Part As SldWorks.ModelDoc2'//找到要建模的文件Part＝swApp.ActiveDoc。
优选的，所述步骤S4中将零部件装配成组件包括调用solidworks新建装配图，确认原点坐标及三个基准面，利用零件之间的位置关系进行装配，如面与面重合，零件基准面平行等装配关系，再生成完整模型，软件根据用户选择在预览窗口展示各零部件、组件总装结果。
优选的，所述换热器设计计算模型包括壳程筒体的设计与计算模型、管箱筒体的设计与计算模型、封头的设计与计算模型、管板的设计与计算模型、换热管的设计与计算模型、开孔补强设计与计算模型、折流板设计与计算模型，以及其他部件如分程隔板、防冲板、拉杆、定距管、法兰、垫片、紧固件、支座等设计与计算模型，以上均为热工和材料力学的通用模型，有成熟技术和方法可供使用。
优选的，所述力学参数包含壳程设计压力、管程设计压力、壳程腐蚀余量、管程腐蚀余量、壳程试验压力、管程试验压力等；所述热工参数包含壳程设计温度、管程设计温度、迎风面换热管横排数、换热管有效长度、换热管纵排数、管程数、换热管外径等。
优选的，还包括人机接口设计界面，所述设计界面包括参数输入窗口和预览窗口，所述预览窗口实现零部件、组件、总装件的设计预览。
优选的，所述换热器包括管壳式换热器，所述管壳式换热器包括管束部分和壳体部分，所述管束部分包含管束组件、前管箱组件、后管箱组件、轮子组件以及支撑板组件；所述壳体部分包括接管组件、滑动支座组件、筒体组件等。
本实施例重点以管壳式换热器的管束组件的建模为例。
实施例2：
与实施例1的差别在于，所述具体步骤还包括：
S7：总装后力学性能仿真测试，若测试不满足要求，则根据具体不符合项或用户自由选择返回步骤S1或步骤S2重新顺序执行。
实施例3：
如图1所示，一种换热器设计中快速制图方法，其特征在于，实现以上任意一种换热器设计中快速建模方法，完成建模后进行制图，还包括如下步骤：
S8：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成零部件二维图；
本实施例相关命令包括：
bRet＝swModel.SetUserPreferenceToggle(swDisplayOrigins,False)
bRet＝swDraw.CreateFlatPatternViewFormModelView2(swModel.GetPathName,””,PaperWidth/2，PaperHeight/2,0#,true)
retval＝DrawingDoc.GetFirstView()。
S9：零部件图检查确认，如果存在错误或遗漏，返回步骤S8进行修改，所述零部件图包括焊接节点图和/或局部放大图等；所述错误或遗漏包括焊接点错误或遗漏、视图错误或遗漏、剖面图错误或遗漏等中的任意项；
S10：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成二维组件图和/或总装图；
本实施例相关命令包括：
etval＝DrawingDoc.GetFirstView()
Set swBOM＝swView.InsertBomTable(BOMtemplate,vPickPt(0),vPickPt(1),nErrors)。
S11：组件图和/或总装图检查确认，如存在错误或遗漏，返回步骤S10进行修改，所述组件图包括组件组装图、组件剖面图、组件分解图(或爆炸图)、明细表等中的任意项；所述错误或遗漏包括组件明细表中零部件名称、数量，材料名称、重量、数量等的错误或遗漏；所述总装图包括总装各向视图、剖视图、分解图；
S12：根据用户需求，调用solidworks命令导出二维图纸，可批量导出或单图导出。
本实施例相关命令包括：
sPathName＝swModel.GetPathName
sPathName＝Left(sPathName,Len(sPathName)-6)
sPathName＝sPathName+”dxf”
Debug.Print”DxfMapping＝”+Str(swap.GetUserPreferenceTo ggle(swDxfMapping))。
优选的，所述生成零部件、组件、总装二维图包括调用solidworks新建图纸，按照零件层级选择A1/A3/A4图纸模板，按照比例将零件及组件大小缩放比例放入图纸，调用不同模板生成尺寸标注等过程，所述标注包括零件信息以及焊接图等。
本发明的基本原理是：将复杂的换热器热工和力学设计计算过程以及solidworks软件建模、制图操作整合于后台运行，用户前台设计更专注于换热器设计的专业内容，即根据设计经验以及热工应力计算结果，得出设计所需的基本设计尺寸等参数，按照设计需求迭代修改部分参数后，得到最终的设计数据，并加以确认；软件运行通过代码驱动，后台调用Solidworks软件，将设计数据转化成三维实体模型，预留窗口预览三维模型；各零部件生成后，进行组装，软件检查装配干涉情况，若有冲突，需要重新修改设计参数，并更新三维模型；待组件装配体装配无误后，进行总体装配(总装)。
完成装配并预览正常后，即可一键生成零件二维图纸，图纸信息包含零件的尺寸以及焊接节点信息等，按照需求进行图纸修改并确认；零件图纸完成后即可生成组件及总装二维图纸，确认修改完成后即可一键批量导出或按需导出相应的二维图纸。
以上所述仅是本发明的一个较为系统全面的一种换热器设计中快速建模及制图方法的实施例，事实上可以根据设计成熟度，省略部分参数修改确认的过程，从而生成新的实施例，或者根据设计对象特点增加或删除部分特征设计，这些组合也应视为本发明的保护范围，这里不再一一列举。

Claims (10)

1.一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，将换热器设计计算模型与solidworks软件的库函数调用命令、宏指令结合，通过二次开发的后台代码驱动，实现快速建模，具体步骤包括：
S1：输入换热器类型、热工参数、力学参数、材料类型或型号中的至少一类参数；
S2：根据热工原理计算换热器设计数据并确认，所述换热器设计数据包括模型结构尺寸、零部件结构尺寸；所述设计数据确认的方法包括人工或自动判断获取的设计数据明显不符合预期时，则返回步骤S1，修改输入参数重新设计；
S3：根据零部件结构尺寸生成三维零部件；
S4：调用solidworks命令，将零部件装配成组件；
S5：检查组件干涉情况，如存在干涉，返回步骤S2修改零部件尺寸，或返回步骤S1修改输入参数，直至所有零部件不存在干涉；
S6：根据换热器类型，调用solidworks命令将组件总装成换热器。
2.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述后台代码驱动包括调用Solidworks和二次开发平台库，声明SldWorks.Sldworks找到solidworks文件、创建新变量、新建零部件过程，调用草图绘制，调用拉伸、旋转、切除命令中的任意项，完成模型特征变化并生成模型。
3.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述步骤S4中将零部件装配成组件包括调用solidworks新建装配图，确认原点坐标及三个基准面，利用零件之间的位置关系进行装配，再生成完整模型。
4.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述换热器设计计算模型包括壳程筒体的设计与计算模型、管箱筒体的设计与计算模型、封头的设计与计算模型、管板的设计与计算模型、换热管的设计与计算模型、开孔补强设计与计算模型、折流板设计与计算模型。
5.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述力学参数包含壳程设计压力、管程设计压力、壳程腐蚀余量、管程腐蚀余量、壳程试验压力、管程试验压力；所述热工参数包含壳程设计温度、管程设计温度、迎风面换热管横排数、换热管有效长度、换热管纵排数、管程数、换热管外径。
6.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，还包括人机接口设计界面，所述设计界面包括参数输入窗口和预览窗口，所述预览窗口实现零部件、组件、总装件的设计预览。
7.根据权利要求1所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述换热器包括管壳式换热器，所述管壳式换热器包括管束部分和壳体部分；所述管束部分包含管束组件、前管箱组件、后管箱组件、轮子组件以及支撑板组件；所述壳体部分包括接管组件、滑动支座组件、筒体组件。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种换热器设计中快速建模方法，其特征在于，所述具体步骤还包括：
S7：总装后力学性能仿真测试，若测试不满足要求，则根据具体不符合项返回步骤S1或步骤S2重新顺序执行。
9.一种换热器设计中快速制图方法，其特征在于，实现权利要求1至8中任意一项所述的换热器设计中快速建模方法，完成建模后进行制图，包括如下步骤：
S8：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成零部件二维图；
S9：零部件图检查确认，如果存在错误或遗漏，返回步骤S8进行修改，所述零部件图包括焊接节点图和/或局部放大图；所述错误或遗漏包括焊接点错误或遗漏、视图错误或遗漏、剖面图错误或遗漏中的任意项；
S10：根据确认后的总装换热器，调用solidworks命令生成二维组件图和/或总装图；
S11：组件图和/或总装图检查确认，如存在错误或遗漏，返回步骤S10进行修改，所述组件图包括组件组装图、组件剖面图、组件分解图、明细表中的任意项；所述错误或遗漏包括组件明细表中零部件名称、数量，材料名称、重量、数量的错误或遗漏；所述总装图包括总装各向视图、剖视图、分解图；
S12：根据用户需求，调用solidworks命令导出二维图纸。
10.根据权利要求9所述的一种换热器设计中快速制图方法，其特征在于，所述生成零部件、组件、总装二维图包括调用solidworks新建图纸，按照零件层级选择A1/A3/A4图纸模板，按照比例将零件及组件大小缩放比例放入图纸，调用不同模板生成尺寸标注，所述标注包括零件信息以及焊接图。
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