SolidWorks Routing在水下管汇液压管线设计中的应用

姬兴达，何鑫，陈斌，李斌，张皓

（1 北京高泰深海技术有限公司天津分公司，天津 300456）（2 海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

引言

水下管汇是用于汇集生产流体，分配、控制及监控流体流动的水下设施。承压和功能部件通过外部结构框架进行保护，底部通过吸力锚、防沉板等基础进行支撑。水下管汇常集成各类工艺管道、液压管道和药剂管道，并包含水下球阀、闸阀、药剂阀等开关设备以及控制系统设备、连接设备等[1]。

液压管线设计使用Routing插件进行。Routing插件是SolidWorks Premium 软件中的一个插件。用户可以使用Routing生成特殊类型的子装配体，以在零部件之间创建管道、管筒、电力电缆或管线的路径[2]。

使用SolidWorks的Routing插件进行水下复杂液压管线三维设计，相较于常规工艺管线“零部件装配”的三维建模方式优势明显。通过草图驱动即可调整管线路径，用户也无需进行繁琐零部件装配，节省了大量的三维建模时间；同时充分利用三维设计软件清晰、直观、整齐的“交互式”用户界面，大大降低了液压管线设计难度，液压管线三维建模效率提升明显。

本文以锦州31-1气田开发项目详细设计为例，介绍了基于SolidWorks的Routing插件的水下管汇液压管线的三维设计方法和步骤，为水下管汇液压管线的三维设计提供基本思路和解决方案。

1 水下管汇液压管线三维设计的步骤

液压管线设计一般在水下管汇设计的末期进行，在UTH、逻辑帽、SCM、液飞线等设备明确接口尺寸和接口位置布局之后，再进行液压管线的布置。布置过程中，要充分考虑各个设备间的布局，根据布局确定液压管线在管汇空间内部的走向。这也需要在布置这些水下设备时，就充分考虑之后液压管线的布置，为液压管线布置预留出恰当的空间。

使用SolidWorks的Routing插件进行水下管汇液压管线的三维设计可按照以下四个步骤进行：1.确定相关零件的尺寸规格；2.新建步路零件库或者在已有步路零件的设计表中添加新规格；3.液压管线路由设计及布置；4.工程图绘制[3][4][5]。

2 确定相关零件的尺寸规格

一条典型的液压管线主要包括各种规格的管道、弯头、三通、变径、阀门等零件。明确这些零件的选型规格和各个接口的位置布局是开展液压管线设计的前提条件。为了尽量减少设计变更导致的液压管线三维设计更改，液压管线设计应在各种设计参数都锁定后再开展。需要锁定的设计参数主要包括下图五点：

图1 需要锁定的液压管线设计参数

3 新建步路库零件或者在已有步路零件的设计表中添加新规格

SolidWorks自带多种默认的步路库零件，有多种尺寸规格可供选择。但由于每个项目设计参数和供应商的差异，默认的步路库零件中提供的零件不一定能满足设计要求，这时就需要设计者按照实际设计参数自行构建新的步路库零件。

很多线路所需的零部件都可以通过Routing LibraryManager中的Routing零部件向导来创建。根据向导中的提示选择线路类型、零部件类型，在零部件中设置必要的步路功能点（连接点、步路点）、步路几何体和配合参考等，来完成步路零件的创建。

通常创建新步路零部件的最佳方法是复制相似的现有步路零部件并对其进行编辑以满足使用要求。复制相似的现有步路零部件到指定位置，打开零件配置中的设计表，在设计表中添加本项目需要的零件参数，并删除多余的零件参数。保存设计表即可完成对零件规格参数的添加和修改。

图2 Routing LibraryManager界面

图3 零件设计表

4 液压管线路由设计及布置

在规模较大的管汇中布置液压管线，由于相关设备的排布复杂，液压管线数量众多，液压管线排布及后期修改的难度都将成倍数增加。在液压管线设计布置之初就进行相关设置，确保后期的修改调整便捷高效，显得尤为重要。液压管线路由的设计及布置可以从以下三个方面开展。

(1) 起始点布置：考虑到设计的液压管线之后需要重新装配到更新后的总体模型中，如果起始点直接选择在原来模型的接口平面上，则会导致重新装配后液压管线装配体的参考丢失报错。为了方便总体模型更新后的重新装配，可以新建液压管线之前，以总体的基准面为参考，新建参考基准面，该基准面与总基准面的距离由接口平面决定，以保证该基准面与接口平面重合。然后以该基准面起始于点新建管道装配体，保证后期修改时不会出现丢失参考的情况。

(2) 根据预设的管道路由进行管排的限位：在液压管线设计中，同一路由上的管道大体上沿着同一竖直平面或者同一水平面排布。在管道众多时，为了快速把管道约束在同一水平面，或者快速修改同一路由下的管道位置，也可采用新建参考基准面的方法。根据液压管线支撑的位置新建基准面，绘制管道路由时，将属于该平面的管道段的草图添加几何关系“在平面上”，使该段路由约束在该平面上。后期小幅度修改路由位置时，只需要修改该参考基准面的位置，即可修改该段路由上所有管道的位置。

图4 液压管线平面布置图

图5 液压管线三维模型

(3) 管间距、两折弯间的直管段长度：由于管道焊接完成后需要使用射线机拍片检验焊缝，所以在设计管道时需要设置足够的管间距保证拍片能完成。由于现场弯管设备和弯管工艺的限制，在液压管线两折弯之间需要保留足够的直管段长度，保证液压管线能顺利弯制。

在液压管线的起终点、路由路径、管间距、两折弯间的直管段长度都预设好后，即可利用SolidWorks中的routing插件进行具体的液压管线建模。通过routing模块的新建管道、绘制3D草图线、插入步路零部件等步骤完成液压管线模型的创建。通过修改3D草图线、更改管路直径、更改管路折弯半径等操作完成液压管线模型的修改。

5 工程图绘制

在液压管线模型设计修改完成后，根据出图需要，将液压管线分类生成工程图。选取便于清晰观察的视角，对工程图中的液压管线进行尺寸标注，并统计管道零件数量及规格。也可以利用工程图自带的功能，自动生成管道的尺寸及零部件料单。

图6 液压管线工程图

6 总结及展望

在管汇的详细设计阶段，液压管线的设计布置一般在整个管汇设计的末期进行。随着液压管线连接设备和接口数量的增加，液压管线设计的工作量和复杂度也将成倍上升。提前考虑连接设备和液压管线接口的空间布局，将有助于改善液压管线设计的便捷性。运用SolidWorks软件中的Routing插件进行液压管线的三维设计，也将极大的提升液压管线设计的直观性、准确性和设计效率。在今后水下生产系统的三维设计中应继续扩大routing插件的使用范围，将routing插件应用到水下生产系统管汇电缆的设计中。