结合Auto CAD 制作加热炉天圆地方的方法

孟令君

（大庆石化建设有限公司，黑龙江大庆 163000）

1 背景及现状

1.1 背景

天圆地方是加热炉组成的一部分，天圆地方又名方圆变径管，被广泛地应用于圆断面与矩形断面的风管与设备间的连接。在现在的化工装置中也经常用到，如炉子的烟囱与对流室的连接等。

图1 天圆地方示意

1.2 现状

传统的天圆地方制作过程要经过钢板的放样、分块、压制等工序才能完成。施工程序非常繁琐，既费时又费力。

在加热炉施工后期，其他专业的施工相继进入施工区域，各专业多工序，相互交叉作业，施工干扰大，相互制约因素较多。因此如何加快加热炉预制及整体安装的施工进度是本工程得以保证的节点工期的关键，不但要求施工进度快、质量高，还要及时做到工完料净。

根据施工工艺特点，如何有效缩短整体加热炉安装施工是一个主要因素（图2）。

2 天圆地方传统制作方法

2.1 传统制作方法存在的问题

天圆地方制作过程一般要经过钢板的放样、分块、压制等工序才能完成。施工程序非常繁琐，既费时又费力。在加热炉附件天圆地方的传统制作方法中，需要放样得到天圆地方在平面展开后的形式（图3）。受放样工序的制约，整体尺寸的累积误差非常大，再加上压制工序的成型不好，整体成型后会有很大的偏差。

图2 加热炉制造流程

2.2 施工方法

（1）先将上圆均分为若干等份，并将上圆各等分点与矩形角点依次相连，即将其分成若干各小三角形（图3）。

（2）利用直角三角形定理，先求出其在投影面上的长，再利用该值与天圆地方的高求出各连线的空间实长，同时求出圆上任意两个相邻点间的弧长。

（3）用上述求得的空间实长与圆上任意两个相邻点间的弧长作展开图。

（4）利用事先做好的压制胎具再结合千斤顶将得到的展开图进行压制焊接。

由上述步骤可知，传统的制作方法的确较为繁琐，还要使用压制胎具。并且，整体尺寸的累积误差非常大，整体成型后会有很大的偏差。

3 用Auto CAD 制作加热炉天圆地方

图3 天圆地方在平面展开后

图4 因果图

采用本方法前期工作主要是在电脑上进行Auto CAD 制图，这也是本方法的重点，无论多大尺寸的天圆地方，制图程序都是一样的而且省时、省力，确保了加热炉附件安装的工程质量。

充分应用数字化软件进行制作天圆地方，并合理地对其制作进行科学分析，对实物进行操作。主要对选用因果图，从人员、方法、材料、机械、环境五大因素进行了因果分析（图4）。

根据原因分析，确定要因为：天圆地方手工加工时间长，外观成型不规则，缺少熟练操作技术人员，机械设备老化，模具加工时偏差较大。

4 方案确定

（1）制作组成天圆地方的4 个等腰三角形。

（2）制作组成天圆地方的4 个弧板，主要通过Auto CAD 制图得出弧板应滚多大的半径。

（3）将天圆地方的弧板展开在平面上，并求出天圆地方所要求的半径弧线。

（4）将等腰三角形和弧板进行定位组对焊接，成形后以事先画好的弧线为准进行切割，就会得到想要的天圆地方。

5 方案实施

（1）根据天圆地方所给的条件，在计算机上利用Auto CAD 作出天圆地方的立体图（图5）。

图5 利用Auto CAD 作出天圆地方的立体

（2）根据立体几何三垂定理，在Auto CAD 上可得到组成天圆地方的三角形BCD 的平面展开图，共4 块（图6）。

图6 三角形BCD 的平面展开图

（3）弧板制作。弧板制作重点在于求得弧板的半径（图7）：首先通过Auto CAD 求得直线CE并延长交于天圆地方的中心线G，其次连接AB，再通过AB中心点H 做CG 的垂线并得到三角形AFB（图8）。

图7 弧板半径

图8 三角形AFB

（4）将三角形AFB 画到平面上，利用Auto CAD 可得到弧AFB 的长度及弧板的半径（图9）。

图9 弧AFB 的长度及弧板半径

（5）根据前面得到的弧AFB 的长度及天圆地方三角形的边长和边CE 的长度，可得到所求弧板的平面展开图（图10）。其中，弧AEB 就是天圆地方的弧线，并利用Auto CAD 可将其分割成任意等份。图11 是将其分割成三等份。

图10 所求弧板的平面展开

图11 三等份弧

（6）最后利用在Auto CAD 上得到的三角板、弧板的尺寸进行下料、滚圆、组对焊接、切割就可得到成形美观、尺寸精确的天圆地方。

（7）具体下料方法见图12，弧板滚半圆即可。

图12 下料方法

6 结论

加热炉附件安装利用Auto CAD 进行制图，后利用Auto CAD 的图纸在钢板上直接下料、滚圆后就可以完成，省去了下样板、在胎具上压制等一些繁琐的施工程序，因此减轻了工人的劳动强度，减少了大量的人力、物力，大大提高了劳动效率，并且这种方法成形好。与常规的方法相比，本方法进行天圆地方的制作3 d 的工作量可以1 d 完成，可以提高工作效率200豫，并节约用料28.6豫，所以本方法具有施工程序简单、成本投入低等优点。