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火电厂锅炉钢架安装过程的动态仿真

文档作者：车德勇李延臣居玉雷王虎李少华文档来源：东北电力大学		点击数：	更新时间： 2021年06月04日
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2008年12月
第36卷 第6期(总第199期)
吉 林 电 力
Jilin Electric Power
Dec．2008
Vo1．36 No．6(Ser．No．199)
火电厂锅炉钢架安装过程的动态仿真
Installation Process Dynamic Simulation of Boiler Steel
Structure Installation Progress in Thermal Power Plant
车德勇，李延臣，居玉雷，王 虎，李少华
(东北电力大学，吉林 吉林 132012)
摘要：将仿真技术应用于火电厂锅炉钢架的安装过程，对锅炉钢架零部件建立模型，然后进入Solidworks软件的
装配体界面完成钢架的装配。用Solidworks自带的Animator插件来实现锅炉钢架安装过程的三维动态仿真，
Solidworks虚拟锅炉钢架的过程和施工场景增强了电建施工人员对锅炉钢架整个施工过程的感性认识，提升了人
员的培训效果，同时为管理者合理安排施工提供了决策依据。
关键词：锅炉钢架；安装过程；动态仿真
Abstract：Dynamic simulation technique is applied on installation process of boiler steel structure in thermal power
plant．The model of boiler steel structure parts is established and the steel structure is completed under the
installation interface of Solidworks．The three—dimensional dynamic simulation is realized by Animator plug—in
components build in Solidworks．The installation process and environment are simulated by Solidworks，which
could increase the perceptual knowledge of power construction staff on the entire steel structure construction，
improve the training effect and provide the basis of decision—making for the reasonable agreement by the manager at
the same time．
Keywords：boiler steel structure；installation process~dynamie simulation
中图分类号：TP391．9~TK226 文献标识码：A 文章编号：1009—5306(2008)06—0001—02
大型火电厂锅炉钢架属巨型承重结构，它是锅
炉系统的龙骨，主要用来支撑和悬吊汽鼓、联箱、受
热面管、炉墙、平台及扶梯等部件。在火电厂建设过
程中，钢架安装的主要依据是设计院的施工图纸，但
是由于钢架体积、质量大，质量控制点多，施工过程
复杂，施工人员需要花费大量时间反复查看图纸记
录、分析才能做出合理的施工方案。这种方式工作量
大，容易造成施工人员疲劳，影响施工质量。为改变
这种现状，本文利用Solidworks软件，以动画形式
虚拟火电厂锅炉钢架的施工过程，帮助施工技术管
理人员获得更全面系统的图纸信息，便于制定合理
的施工方案，形象直观地指导锅炉钢架的施工。
1 锅炉钢架零部件的建模
Solidworks用户界面人性化，便于操作，在
Solidwork的标准菜单中，包含了各种用于创建零
件特征和基准特征的命令。通过草图绘制、拉伸凸
台／基体和旋转凸台／基体等一系列命令操作完成零
部件的实体绘制，在基础实体特征上可添加圆角、倒
角、筋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆周阵列、镜
像等放置特征从而实现零部件细节的绘制 。对于
复杂的几何形状，还可以运用其他高级特征选项来
完成，主要包括扫描、放样凸台／基体及参考几何体
中基准轴、基准面等定位特征。
锅炉钢架由柱、梁、垂直或水平支撑及各层平
台、通道、扶梯等构成稳定的空间体系。每根柱底设
有柱底板，柱底板通过预埋地脚螺栓与基础相连。钢
构架主要以螺栓连接为主，少数为焊接 。其中立
柱、梁和垂直支撑主要为H型钢，水平支撑为角钢，
由于大板梁和吊杆梁是锅炉受热面的主要承重部
件，需要较大的强度，因此零部件采用了组合的形
式，即：大板梁由2块H型钢叠加组成，吊杆梁由2
块槽钢组成主体，然后在主体间焊接加固钢板。零部
收稿日期：2008—08—08
作者简介：车德勇(1975 )，女，副教授，主要从事热能与动力工程专业的教学与研究工作。
2008年12月
第36卷 第6期(总第199期)
Dec．2008
Voi．36 No．6(Ser．No．199)
件参照电建施工图纸按照1：1的比例绘制，主要零 部件模型图见图1。
a．吊杆粱模型图
c．钢架基fijf：摸型图
2 锅炉钢架零部件的装配
b．大板梁模型图
d．立柱模型罔 e．斜撑模型图
图1 锅炉主要零部件模型图
的装配体见图2。
完成零部件的建模以后，进入Solidworks的装
配体界面完成钢架的装配。由于锅炉钢架系统庞大，
涉及零部件数量多，如果把所有零部件逐个安装，不
但要求电脑有较高配置而且很多零部件的安装过程
是重复的。本文结合工程实际，先对每层钢架建立子
装配体，然后再完成整体钢架的装配，以避免安装过
程的重复并保证系统轻化。
Solidworks所包括的装配体模块与传统的
CAD创建装配体的过程相比，不仅可以在装配体环
境下修改零部件，而且还可以添加新的零件。装配体
环境下的智能装配功能，可以使在修改了其中一个
零件后其他零件自动适应其修改后的尺寸，自动调
整到相应的大小和位置 。这样可节约时间，提高精
度，从而大大提高设计的灵活性，减少工作量。
在建立装配体的过程中，第一个零件是非常重
要的，是建立整个装配体的基础，其他的零件是以它
为参照物来确定其准确的安装位置。首先在界面中
确定第一个零件合适的位置，通常Solidworks默认
第一个零件为非移动物，然后转换不同的视角插入
其他零件，通过配合菜单下提供的重合、平行、垂直、
相切、同轴心、距离和角度7种标准配合以及凸轮推
杆配合、齿轮配合、限制配合、对称配合及宽度配合
等4种高级配合，精确地装配其他零件 。整个钢架
· 9 。
图2 锅炉钢架装配体
3 锅炉钢架安装过程的动态仿真
利用Solidworks自带的Animator插件来实现
安装过程的三维动态仿真。Animator是一个与
Solidworks无缝集成的动画制作软件插件，它能将
Solidworks的三维模型实现动态的可视化，并且实
时录制构件设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程和
构件的模拟运行过程，将设计者的意图更好地传递
给客户 。
钢架安装过程的动态仿真方法：将制作好的钢
(下转第33页)
2008年12月
第36卷 第6期(总第199期)
Dec．2008
Vo1．36 No．6(Ser．No．199)
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图3 2008年1月1日至1月31日珲春老厂220 kV Ⅱ段母线电压情况
查，开展了珲春厂1、2号关停后各种运行方式的研 关停后，延边电网一直保持安全稳定运行，达到了预
究，制定了小机组关停后的基本运行方案。实际运行 期效果。
结果表明，该运行方案是正确、可行的，有利地保证
了珲春厂小机组顺利关停，体现了仿真计算分析结 (编辑 田淑华)
果指导实际运行的重要意义。同时珲春厂小机组
(上接第2页)
架装配体在爆炸视图中对零部件进行爆炸(即拆
卸)，通过Animator插件，添加动画向导中的解除
爆炸实现钢架的安装过程(安装过程按照爆炸的相
反程序进行)。动画通过关键帧来进行控制，每个零
件对应有3个子帧，分别是动作、透明度及颜色。通
过对关键帧的拖动操作调整零件安装时间长度，显
示程度和变色的效果。另外Animator中有专门的
视角关键帧控制区，可在动画中不断转换视角，最终
利用各关键帧的控制完成动画仿真。
4 安装过程的语音及文字说明
为提升培训人员培训效果，在动画播放的同时，
以语音的方式说明动画界面上显示的零部件的名
称、安装过程、安装位置及安装过程中的注意事项
等，并与动画播放同步；此外，零部件安装过程的施
工周期、所需能力及人员、安全措施、施工风险控制
等均配有文字说明，以便于管理者事先对工程施工
的运行发展过程和施工中各项活动的协调关系等状
况进行预测和评价，对工程进度进行准确的分析，为
施工组织计划的正确决策提供可靠的依据。
将仿真技术应用于火电站建设过程，以动画形
式再现锅炉钢架各零部件的吊装过程，再加上视角
的转换，观看者可以随意选择观看的地点和角度，身
临其境地对施工现场进行全方位的浏览。锅炉钢架
系统庞大，施工现场情况多变，不确定因素多，电建
施工人员在钢架施工前通过该仿真动画可形象直观
地了解钢架整个安装过程和安装细节，减少施工过
程的事故率，提高施工效率，从而保证工程质量。
参考文献：
[1] 刘国良．Solidworks2007完全学习宝典[M]．北京：电
子工业出版社，2007．
[2] 朱宝山．锅炉安装手册[M]．北京：中国电力出版社，
2004．
[3] 李云，杨丰．虚拟装配技术的研究与发展[J]．高新
技术，2008，(05)：9．
[4] 苏建等．基于Solidworks平台的四轮定位仪检定装置
三维动画仿真[J]．机械设计与制造，2007，(05)：72—
73．
C5D 陈敏，沈耀仁．三维建模与三维动画仿真技术的应用
[J]．机械设计与制造，2005，(O8)：143—144．
(编辑郝竹筠)
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