智能设计系统

管壳式换热器自动化设计系统

随着现代工业的迅速发展,以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时,也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境,而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用,使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视,各种研究成果不断涌现。随着经济的发展,各种不同结构和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不

随着现代工业的迅速发展,以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时,也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境,而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用,使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视,各种研究成果不断涌现。随着经济的发展,各种不同结构和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。

从企业的设计角度出发,三维、信息、智能是提高设计效率,确保设计质量的必然选择,三维设计、工艺和制造一体化是现代制造技术的发展趋势。

由于越来越多的企业已经不仅仅满足简单使用三维设计软件,而是提出二次开发的要求以提高企业的竞争力。壳管式换热器快速设计系统就是利用Inventor API二次开发工具包,对Inventor功能进行扩展的一种程序设计。通过对Inventor软件的二次开发,可以使软件具备更高的实效性,提高企业产品开发效率,缩短设计周期。

1、管壳式换热器参数化设计流程     

1.1零部件分析    

管壳式换热器基本结构主要由两大类零部件构成,一类是标准化的通用零部件,另一类是换热器设备的常用零部件.对于标准化的通用零部件,其结构形式固定,只有特征尺寸不同,采用电子表格的方法建立参数化模型,如筒体、封头、法兰、螺纹紧固件、支座等.对于非标的常用零部件,有一些结构简单、形状固定的可以直接建立参数化模型,如换热管、定距管、拉杆等;而对于结构尺寸变化较大,但相互间有关联性的零件采用共同草图生成的方式进行建模,如管板、折流板,这样就使得设备的建模速度大大提高.     

1.2三维模型的建立方法    

参数化设计的目的就是按照产品的设计意图能够灵活的修改,所以它的易于修改性是至关重要的.根据构成管壳式换热器零部件的特点,不同的零部件采用不同的建模方法.换热器压力、温度等工艺操作条件是设计换热器结构尺寸的基本条件,由设计得到的结构参数确定了相应的零部件模型.因此,该设备的模型是基于设计准则的一个参数化模型.针对不同零件的特点,采用不同的模型建立方法,节约建模时间,为后续的分析和结构优化提供有效的模型基础,从而缩短整个产品的研发周期。                   

2、参数化零部件模型库的建立     

在管壳式换热器的建模过程中,充分利用Inventor软件的参数化功能,协调产品设计过程中的关联参数,建立基于设计意图的由变量驱动的零件及产品模型,以实现零件及产品的关联改变.     

2.1利用关系表达式建立参数化模型对于结构形式固定仅尺寸不同的零件,采用关系表达式建立零件的参数化模型,是一种方便快捷的建模方法,如管壳式换热器中的定距管(与换热管用同一模型,只需改变length参数)、拉杆、接管、封头、筒体等结构简单的零件均可采用此法建立模型.首先选取适当的参数建立一个模板零件,然后对其参数表达式进行命名和编辑,定距管的参数化表达式,最后将其输出为一个exp类型的文件.当调用该零件时,根据需要修改exp文件中的参数值,将该文件导入Inventor生成特定尺寸的零件.这种方法创建参数化模型容易,而且修改比较方便.    智能设计               

2.2利用Inventor电子表格建立参数化模型     

在建模应用里,Inventor电子表格被认为是一种高级的表达式编辑器.对于像设备中广泛应用的螺母、螺柱、法兰等标准件,可采用电子表格法建模,建立对应的三维零件库.首先,选取零件的适当参数在Inventor环境下用交互的方式创建一个具体零件作为模板,此零件具有该零件族所有零件个体的形状和结构特征,可以由其派生该零件族的任何一个零件.派生零件可以继承该模板零件的全部特征或部分特征.建模后将模板零件的信息抽取到电子表格(Excel表)里,对表格中的参数表达式进行命名和编辑,电子表格中一类是驱动参数,一类是计算参数,计算参数由驱动参数定义的表达式计算得到.以螺母为例建立模板零件模型,

2.3复杂零件的快速建模     

管壳式换热器中的管板、折流板结构较复杂,采用草图设计对其进行尺寸约束,此尺寸约束作为特征参数实现对模型几何形状的控制和参数化模型的建立,并利用管板和折流板管孔一一对应的关联性,可用同一草图生成不同的零件.管板、折流板的共同草图.通过拉伸草图的不同部分可分别控制左右管板和上下(或左右)折流板的生成,采用该法也符合管板、折流板加工管孔一次成型的工艺过程.                          

3、换热器的数字化装配     

完成各零件参数化模型的创建后,利用Inventor提供的Assembly模块进行换热器参数化模型的虚拟装配.利用装配约束先进行部件装配,组装成3个部件:左管箱、右管箱、管束部分,然后以筒体零件为母体,通过装配约束关系,完成换热器三维数字化样机模型的装配, 装配体的参数化建模实际上就是构成组件之间的配对关系,此过程可对各零部件间的匹配关系有一个直观的认识,有助于设计的完善与优化,而且这种模式可以建立非常庞大的产品结构体系,作为设计团队的共享资源,以完成一个复杂产品的全数字化装配模型的设计,并可利用该模型进行有限元分析、间隙检验、干涉检测、数控加工等.  

智能设计

快速设计系统的优势

1、结合当前产品设计痛点,通过对各个模块的功能开发,实现产品的快速设计;

2、将各个模块的耦合度降到最低,实现灵活配置;

3、集成 PDM 系统,使用 Top-Down 设计理念,优化设计方法;

4、全三维,高度的参数化关联,实现数据的快速更新变化;

5、高效的工具,极大的提升设计效率;

6、集成设计规范以及企业规范,极大的规范化新老员工的设计过程;

 

随着现代先进机械设计方法的快速发展,三维设计、工艺和制造一体化的发展趋势。我们可以看到,三维 CAD 与 PDM/PLM 系统的集成,使企业的设计资料能够有效的管理起来。与工艺系统集成了起来,使三维模型的应用不仅限于研发部门,而且深入到生产制造环境,使三维 CAD 的应用能够发挥更大的价值。而高尚科技帮助企业最短周期内,成功从以 2D 为主的研发模式,平稳向 MBD 全 3D 数字化研发先进模式转型,实现研制质量提升,研制效率提高,研制成本降低;使企业通过更符合自身的改造进一步的提升企业竞争力。


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