凝汽器三维模型与二维图纸的参数化设计

高晓亮，米 沛，颜 强

(东方汽轮机有限公司，四川 德阳 618000)

0 概 述

在发电机组中，凝汽器是1种零件繁多、结构复杂、尺寸庞大的热交换器，有各种管道及仪表与之相连。在机组建设中，凝汽器的交货期制约着整个电厂的建造进度，随着电厂建设周期的不断压缩，对凝汽器的采购和制造周期，提出了更严苛的要求。因此，传统的二维软件设计已不适应快节奏的要求，制约了制造厂家报价的及时性和准确性，也影响了产品的交货期。现利用Inventor三维设计平台，通过实践和摸索，提出了参数化的三维设计方法，从根本上解决了二维设计时的诸多问题。

1 三维软件及结构设计

利用Inventor三维绘图软件，将凝汽器的结构设计与三维建模相结合，在建模前，将凝汽器的结构数据直接导入三维软件，从而可直接得到相应的三维模型及二维图纸。此种方法不仅能快速得到三维模型及二维图纸，还能保证各个零件尺寸的准确性，同时，可确定各零件相互之间的装配关系。

2 参数化设计

2.1 预设输入参数

利用参数建模的方法，是让平面参数与三维模型的参数建立联系，仅更改参数表中的结构参数，便能得到所需三维模型。Inventor软件具有参数化设计功能，可先建excel表格，预设所需的各项参数，并将凝汽器的设计参数分为定型参数和定位参数。定型参数是用于调整零件模型的大小，定位参数是用于调整零件之间的装配关系。凝汽器的定型参数，主要是管板的外形尺寸、管板厚度尺寸、凝汽器换热管的有效长度以及隔板间的跨距等。部分零件的定型参数，可根据其他零件参数值，再通过计算后间接得出。隔板的长度和宽度参数，可通过管板的长宽计算得出。其他结构参数，如换热管有效长度等，也可根据需要在后续计算中添加。已输入凝汽器参数的参数表，如图1所示。

图1 凝汽器的参数表

在参数表中，可用不同颜色区分定型参数、定位参数、关键参数等，此外，通过有效长度的计算，可得到边跨距、中间跨距及隔板数。根据计算得到结果，再进行凝汽器的结构计算，并对跨距进行校核，以确定最终的跨距长度。

2.2 零件参数与建模

图2 插入参数表的界面

将参数导入后，再建立零件的模型。首先根据管板的长宽数值，建立管板草图，如图3所示。然后将长、宽及厚度尺寸关联为excel参数，如图4所示。

图3 建立管板几何尺寸

图4 参数关联管板尺寸

按照软件界面的操作要求，依次将管板的长、宽、高等参数设为关联，然后保存零件草图。如此设定后，仅需改变excel表格内的参数，就可得到不同管板的外形尺寸。操作时，应先更改excel表格内的参数，保存之后进行零件更新，零件模型的尺寸就会随之改变。

2.3 零件装配与三维建模

将单个零件的三维模型全部建成之后，就可进行模型组件的装配。首先，要明确各零件的装配关系参数，确定之后，将各参数在excel表中列出。现以隔板与管板的装配为例，对组件的装配方法进行说明。在Inventor中新建装配视图，同样，需导入预设参数的excel表格。在装配视图中插入参数表的界面，如图5所示。

图5 在装配视图中插入参数表的界面

图6 约束关联参数

插入参数后，分别导入管板、隔板的零件模型。装配约束时，选择需执行的约束参数，分别进行约束操作。隔板与管板的间距，即为界面中显示的“边跨距”、“中间隔板上边缘与管板上边缘距离”、“中间隔板外侧边缘与管板外侧边缘距离”等，如图6所示。按此方法，完成所有零件的参数化约束装配。由于整个凝汽器的零件数量较多，需要进行大量的参数输入，对于部分不是很重要的参数(如管板接颈的长度等)，可以先给定值，在后期设计中，还可根据需要调整参数。

2.4 三维模型参数的控制

当装配视图完成后，再根据设计需要，在excel参数表中设置好定型零件和定位零件等参数之间的函数关系，随后就可通过输入不同的参数，得到不同的凝汽器三维模型。通过改变excel表格中的参数，得到了不同的管板长宽尺寸及换热管有效长度的三维模，如图7、图8所示。当改变换热管有效长度、管板尺寸等参数时，参数表中隔板的尺寸、跨距、数量等相应参数， 将根据预设的函数关系发生相应变化，与此同时，凝汽器的三维模型也会发生相应的变化。

图7 有效长度9 500 mm三维模型

图8 有效长度18 000 mm三维模型

3 投影生成二维图纸

在Inventor软件中，可将三维模型投影产生二维视图，当三维模型修改后，二维视图也随之变化。首先，在Inventor软件中新建idw工程图纸，将建立完成的三维模型，在工程图纸中投影出所需视图，然后根据需要，建立不同的关联视图，如半剖、全剖或局部视图等，如图9所示。在建立剖视图时，应将剖面符号的位置与视图进行固定，防止视图在变化过程中改变剖切位置。

图9 投影产生的二维视图

二维视图完成后，需对图纸添加尺寸标注、零件序号、焊接符号、加工符号等。在添加零件序号时，可利用Inventor软件中自动添加零件序号的功能，根据需求，再调整符号的位置。Inventor软件还提供了自动生成明细表的功能。在明细表中，已自动汇总了零件序号、数量、材料、重量等信息。汇总后的视图明细表，如图10所示。另外，插入明细表时，可根据需要对明细表的表头进行编辑，选择所需的表头名称。

图10 视图明细表

4 结 语

在设计前，利用Inventor软件中的参数化功能，建立产品信息数据库，在后期，只需更改部分参数，就可得到不同的三维模型及二维图纸。参数化设计与传统设计方式相比，能够大大缩短设计周期，尤其在项目投标阶段，能快速地计算投标设备的重量，帮助营销人员精确测算投标报价，从而有效地提高了产品在市场上的竞争力。