压力容器参数化设计方法研究

詹有辉 顾凯 孙昊

新疆石油勘察设计研究院（有限公司） 834000

AutoCAD作为一种优秀的平台软件在工业设计领域得到了广泛的应用，在压力容器设计方面，使用AutoCAD进行三维建模，进行参数化设计还不常见，利用AutoCAD软件进行压力容器设计，使用三维建模技术能够提高压力容器的设计效率，获得更准确的设计参数。

一、基于AutoCAD的二次开发技术

VBA集成进入AutoCAD之后工程设计人员发现了这种编程语言强大的自定义功能，成为了非常流行的编程环境。AutoCAD能够将工程图纸中属性相同的管线点连接起来，绘制综合管线图，并且能够用过VBA变成自动执行，能够获得更高的设计和绘图任务效率。

国内的压力容器制造能力不断提高，压力容器自身逐渐向着更复杂结构、更经济的方向发展，并且分析设计得到了广泛应用，但是这种趋势造成了巨大的计算量，手工计算难以实现，使得压力容器设计不可避免的转向开发软件工具参与的设计形式。然而，当前国内很多压力容器专家对开发软件并不能熟练掌握开发软件，很多功能强大的有限元分析软件过于复杂，实用性不高，熟练掌握难度很大，而掌握专业软件知识的人往往缺乏压力容器设计制造的相关知识，因而压力容器的参数设计实现还比较困难。

二、压力容器法兰图纸自动绘制

1.法兰图形

长颈对焊法兰平面图形主要有外围轮廓、轮廓线包围剖面线、螺栓孔中心线三方面，编写VBA图形程序要将三种图形设置不同线性并分别编写。

（1）外轮廓

外轮廓需要定义20个点，包括19个直线折点和圆心，第一点需要设置为双精度。甲型平焊法兰需要在第5和第6点之间设置一1/4圆弧，添加圆弧之后就能够进行外轮廓的绘制，为了保证图层层次性，需要将不同属性线设置出不同的颜色。

（2）螺旋孔中心线

使用遍历查找方式在大量图元中进行有效操作，并将螺栓孔中心线改成中心线，并且在每次运行法兰图纸程序之前都将线性手动加载到下拉菜单中，否则就会出现报错中断。

（3）填充图案

每一个填充图案中都有一个PatternSpace属性，可以用来修改填充图案的线条比例，填充图案需要将PatternSpace数值和外框线长度联系起来，创建关联Hatch对象和图案填充外边界，计算给定图案填充、引线，并将对象屏幕坐标和显示精度进行重新计算，缩放到当前图形界限。

（4）法兰图形尺寸标注、技术要求

尺寸标准标准测量值，表示对象之间的距离、角度或者自身形位值，或者表明当前坐标或者绝对坐标值。AutoCAD中的基本标准有线性、半径、角度三种。法兰标注逐点进行，保证结构清晰。

（5）比例缩放

通常情况下，为了避免图形严重比例失衡，修改图形为假尺寸，全部法兰型号按照同一图形绘制，但是标注正确的数值，避免某些图形尺寸过大。

三、支撑式支座三维建模

典型支座由垫板、筋板、底板三部分组成，建模过程中我们更注重图形建模方式。

底板形状规则，使用布尔运算能够完成底板及其开孔的设计。近半外形轮廓非单纯平面拉伸体，筋板轮廓需要和垫板形状相配合，使用椭球弧完成建模，而垫板外形是椭球形实体，需要按照椭圆封头设计方法选择一定角度和椭球壁求交，就能够获得垫板三维形状。

1.筋板建模

创建一个相似拉伸近半外形，创建同中心线、和垫板所在椭圆位置相同的椭球，和拉伸实体求交，获得筋板。

2.垫板建模

绘制椭球，并在椭圆内添加长轴短轴均小一个壁厚的椭圆，获得面域差，一个椭圆形面域，和椭球中心轴第三第四象限矩形以及椭圆求交，得到四分之一椭圆环面域，旋转一周获得半球椭球壳，和封头建模类似。

在设计过程中，我们发现不同组件国家标准给出的尺寸存在很多商榷之处，编制绘图需要细致的计算，但是GB150中并没有对关键点之间的相互关系有一个明确的规定，需要利用数学关系确定关键点的位置。

3.整体装配

整体装配在近半绘制过程中就已经开始进行，单个筋板在椭圆正下方，需要添加一个偏移量使之移动到实际位置，并将单个筋板通过椭圆短轴镜像另一个筋板。确定筋板之后绘制椭球比。实际设计过程中，封头和支座组成实际意义更大，和压力容器整体更加贴近。

四、压力容器管道建模设计

绘制压力容器接管是比较繁琐的，而接管在压力容器中是十分常见的，可能需要将几十根弯头接管固定在封头或者筒体上。使用AutoCADVBA能够十分高效的完成这个工作，并对管路的连接情况有一个清晰认识。

建立三维管道模型需要对不同接管设计进行研究，设计过程中需要重点考虑接管的走向，使用简单的草图就能够表达出来，并根据设计中提供的方法选择弯头、直管。设计过程中首先确定管路的走向和组合连接，创建约束条件，并经过用户调整，结束建模。设计弯头时需要对弯头的插入形式加以考虑，每种弯头的位置都有两个插入点，用户界面上只需选八个插入点中任意一个完成位置和插入点的选择。

不同平面平行管连接形式是一种比较复杂的对接形式，管路受到阀门、电气、储罐等的影响，往往需要绕道，此时需要考虑管口的空间位置，设计中优先考虑直管等长的情况。

结束语

压力容器的参数化设计方法是利用AutoCAD VBA开发语言编写绘制程序完成压力容器设计和自动绘图的一种技术方法，使用这种方法显著的提升了压力容器的设计效率，减少了压力容器设计的工作量。

[1]符裕红,张代杰.基于AutoCAD VBA二次开发的压力管道设计[J].节水灌溉,2011,25(8)：32-33.

[2]王志刚,吴术路.基于AutoCAD VBA实体模型参数化设计[J].青海大学学报（自然科学版），2011,30(8):10-12.

[3]黄玉芹,张北计.AutoCAD的二次开发在压力容器设计中的应用[J].化工装备.2008,11:19-23.

[4]张小发,由宏新,丁信伟.爆破片装置CAD参数化绘图系统的开发[J].化工装备技术,2001,(5)：45～-48.