基于虚拟仿真的高级孔板阀教学实训系统研究

马国光 何金蓬

摘 要 随着石油与天然气行业的快速发展，对高级孔板阀相关技术人员的需求不断上升。高级孔板阀仿真实训系统通过虚拟仿真技术，不仅直观地展示和讲解其内部结构、标准化操作流程、故障处理等内容，而且提供了错误操作后果演示功能，改善了技术人员的实际操作体验，为培养高质量的高级孔板阀技术人员奠定基础。

关键词 高级孔板阀；虚拟仿真；仿真实训系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）02-0035-03

Abstract With the development of oil and gas industry， the demands and the employment standard of the technicians of advanced orifice valve are increasing gradually. Intuitively displaying and describing the internal structure， the standard operating procedure and fault treatment and providing the function of demonstrating the conse-quence of error operation， the simulation and training system of ad-vanced orifice valve improves the practice operation experience of technicians and lays the foundation for the enterprise to cultivate the excellent technicians.

Key words advanced orifice valve； virtual simulation； simulation training system

1 前言

截至2015年底，我国天然气长输管道里程超过7×

104 km，干线管网已基本形成，区域管网和支线管道将成为未來建设的重点，而流量计量的准确性是确保天然气贸易公平，促进天然气行业有效发展的重要保障[1-2]。高级孔板阀由于无须停输即可进行检查、更换和维修，具有准确性高、操作灵活和密封可靠等特点，目前已被广泛应用于我国的天然气流量计量当中。

随着天然气行业的快速发展，企业对相关技术人员的需要急剧增加，“直接上岗”逐渐取代了传统“培训—学徒—考核—上岗”的模式[3]。因此，如何培养出符合企业用人标准、掌握标准化操作流程的高级孔板阀技术人员，是目前各石油院校教育改革的重要内容之一。

2 结合虚拟仿真的必要性

为确保高级孔板阀计量的准确性，需要技术人员按标准化操作流程对其进行定期维护。但由于操作步骤烦琐，操作风险较高，技术人员在实训中少有实际的操作体验，难以真正掌握高级孔板阀标准化操作流程。高级孔板阀仿真实训系统以高级孔板阀为原型，结合整体结构、工作原理和操作规范等内容，通过3D技术对实际操作环境进行模拟，集文字、动画和声音于一体，为技术人员创造了一个界面友好的、人机交互的开放式虚拟环境，具有良好的生动性、交互性和极强的感染力，能使技术人员快速熟练地掌握高级孔板阀的内部构造、工作原理及标准化操作流程，大大改善了实际操作体验，从而达到企业的用人标准。

3 高级孔板阀虚拟仿真系统

高级孔板阀仿真实训系统以Microsoft SQL Server 2008

作为数据库，利用Autodesk Maya进行建模，利用Unity 3D进行实体平台搭建，并通过C#语言对各模块行为进行控制。高级孔板阀仿真实训系统主要包括结构展示、标准化操作流程、故障处理和错误操作后果演示等功能模块。

结构展示 仿真实训系统可对高级孔板阀的内部结构进行动态展示，包括防雨保护罩、顶板、压板、齿轮轴、放空阀、滑阀、平衡阀、孔板部件、上阀体、下阀体、注油嘴和对焊法兰等。技术人员亦可详细查看某一部件，并进行放大、缩小及旋转的操作，实现全方位浏览，从而提高对高级孔板阀的认知度。高级孔板阀的内部结构如图1所示，部件详细展示如图2所示。

标准化操作流程 高级孔板阀标准化操作流程主要包括准备工作、取出孔板、清洗孔板、检查孔板和装入孔板并记录等子流程。此模块为高级孔板阀各部件定义了相关逻辑动作，技术人员通过鼠标点击即可完成控制操作。同时，当操作指令发出后，系统还会根据相关操作规范对此操作进行响应，对不规范操作进行警告，从而让技术人员掌握高级孔板阀的标准化操作流程。以装入孔板子流程为例，具体操作如下：

1）准备工作，装入孔板操作流程需要准备密封脂、密封环、密封垫、手套、毛巾、扳手、螺丝刀、文件夹和笔等，技术人员在仿真实训系统中依次点选以上工具材料，从而完成准备工作；

2）点击黄油，选择“涂抹”，并选择“孔板”，在孔板密封环四周少许抹一层黄油；点击上阀体导板提升轴，选择“转动”，将孔板端正、平齐地放入上阀腔；并将其向下摇至碰到滑板为止；

3）用鼠标拖拽的方式依次装入密封垫片、压板、顶板，点击顶板上的螺钉，选择“拧紧”，并用鼠标拖拽的方式盖好防雨保护罩；

4）点击平衡阀，选择“打开”，平衡上、下阀腔压力；

5）点击滑阀操作轴，选择“顺时针转动”，全开滑阀；

6）点击转动下阀体导板提升轴，选择“转动”，将孔板摇至下阀腔工作位置；

7）点击滑阀，选择“关闭”；

8）点击密封脂盒盖，选择“旋转”，缓慢注入密封脂；

9）点击平衡阀，选择“关闭”；

10）点击放空阀，选择“打开”，排除上阀腔内气体；

11）点击放空阀，选择“关闭”，操作完成。

准备工作及待装入孔板如图3所示，部分操作步骤如图4所示。

故障处理 高级孔板阀在运行过程中可能出现故障，需要技术人员对其进行正确处理，否则极易引发安全事故。高级孔板阀仿真实训系统为技术人员提供滑阀内漏、滑阀和提升孔板跳齿、提升孔板卡滞、注油嘴和其他部位渗漏、计量数据误差较大等故障处理方法的“Step By Step”教学。技术人员依据系统提示，按步骤操作，即可完成对故障的处理，从而熟练地掌握故障規范的处理方法，保证高级孔板阀稳定运行。

以开关滑阀跳齿故障处理为例，按照系统提示，依次进行操作：

1）点击平衡阀，选择“打开”，保持上下腔压力平衡；

2）点击齿轮轴，并按住鼠标左键缓慢拖动，以正反向旋转齿轮轴，直至齿轮啮合正常。

操作完成，如图5所示。

错误操作后果演示 在此模块中，高级孔板阀仿真实训系统通过对错误操作所可能引起的严重后果进行演示，从而给实训人员以警示，达到安全生产的目的。高级孔板阀仿真实训系统可对以下错误操作做出后果演示：

1）滑阀未关闭，直接拆卸顶丝致压板；

2）关闭滑阀，未关平衡阀，未放空拆卸顶丝；

3）滑阀泄漏，放空阀堵塞，拆卸顶丝；

4）顶板、压板、垫片已正常拆除，专用摇臂套筒挂在滑阀轴上，操作人员正对设备移动；

5）操作人员正对上阀腔槽口、上齿轮轴、下齿轮轴和滑阀轴；

6）操作场所堆放有杂物，地面有易滑倒的液体，无畅通的安全通道；

7）未开平衡阀就开滑阀；

8）完成顶丝紧固检查、放空阀关闭确认、平衡上下阀腔压力后，未开滑阀就逆时针旋转下齿轮轴；

9）完成相关部件清洗检查后，将导板组件整体装入上阀腔时迅速下摇上齿轮轴；

10）拆卸和装入孔板时，手指伸入孔板小孔。

关闭滑阀，未关平衡阀，未放空拆卸顶丝的错误操作后果如图6所示。

4 结语

高级孔板阀仿真实训系统的应用，实现了对技术人员的批量培训，具有很好的经济性。同时，技术人员在虚拟场景中进行操作，避免了现实操作过程中的安全隐患，提高了对高级孔板阀理论知识和标准化操作流程的掌握程度，为企业培养高质量的技术人员奠定基础。

参考文献

[1]单蕾，孙慧，艾勇，等.我国天然气储运设施现状及发展趋势[J].石油规划设计，2016，27（5）：1-5.

[2]张强.浅析天然气计量中存在的问题及对策[J].工业，2016（1）：00209.

[3]陈墨.化工专业人才培养改革的实践与探讨[J].职业，2017（1）：41-42.