工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的設計與應用

吳 兵

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西咸陽712000）

CAD技術以其獨特優(yōu)勢在很多設計行業(yè)備受青睞。工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計也不例外，將此技術應用到工業(yè)爐設計中，不僅可以提高設計效率與水平，在保證質(zhì)量的基礎上，還能夠?qū)崿F(xiàn)設計規(guī)范化建設。但是，因為工業(yè)爐設計并不具備既定標準，缺乏統(tǒng)一的、標準的設計規(guī)范，在設計的時候，存在較大的隨意性，再加上起步晚，發(fā)展緩慢，導致工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計難度增大，進而造成綜合水平相對偏低。然而，工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計主要突出在三維造型與實體著色等方面，其中，三維造型設計通過重現(xiàn)構(gòu)思過程，進行簡化和創(chuàng)新設計。三維實體中的信息太過豐富多元化，能夠隨意進行剖析，以此明顯提升了設計水平和效率。通過對工業(yè)爐三維實體的用料與質(zhì)量屬性進行詳細計算，能夠為工程預算和校核奠定良好基礎條件。同時，還可以詳細檢查工業(yè)爐空氣管道、鋼結(jié)構(gòu)等空間性部位，以及時發(fā)現(xiàn)其中的碰撞痕跡，有效解決平面設計難題。而工業(yè)爐和環(huán)境著色則需要構(gòu)建光照模型，將工業(yè)爐設計轉(zhuǎn)變成為色彩鮮艷的立體幻境，從而使得設計質(zhì)量得到有效提升[1]。

1 工業(yè)爐CAD繪圖軟件系統(tǒng)設計思想與原則

1.1 設計思想

由于工業(yè)爐設計具有一定的復雜性，想要一次性完成工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計難度比較大。而且為了保證成果能夠?qū)崿F(xiàn)高效應用，在進行系統(tǒng)設計時，應按照全面詳細規(guī)劃、階段性實施、逐漸彌補、不斷完善的流程開展，先針對普遍性圖形元素進行通用型軟件包設計，再進行專用型軟件包設計，以此形成不同類型軟件包。在進行軟件包設計時，構(gòu)建圖形庫、數(shù)據(jù)庫以及函數(shù)庫等，逐漸健全，最后形成完整的工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)。因為工業(yè)爐是非標準設備，缺乏統(tǒng)一標準與規(guī)范，單純構(gòu)建圖形庫根本無法滿足繪圖需求。所以，在設計軟件的時候，應基于LISP程序，構(gòu)建函數(shù)庫。在繪圖的時候，從函數(shù)庫中調(diào)用圖形函數(shù)，輸入相關參數(shù)，以此繪制圖形。為了方便輸入漢字，以及直觀利用軟件，工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)在保留既有軟件包性能的同時，適當增加了工業(yè)爐專用軟件功能，這樣一來，使用起來將會更加便捷和靈活[2]。另外，在進行軟件設計時，應合理利用CAD菜單機制，科學組織下拉、屏幕、圖像等菜單，把專業(yè)軟件包中的圖形函數(shù)編成菜單文件，有機結(jié)合系統(tǒng)菜單，從而重構(gòu)成全新的專業(yè)菜單，用戶只需要根據(jù)屏幕具體提示，依據(jù)相關內(nèi)容，及時輸入?yún)?shù)，并完成操作即可。

1.2 設計原則

1.2.1 交互性

工業(yè)爐圖形都十分繁雜，在進行可以滿足多種工業(yè)爐類型新要求并一次性出圖的參數(shù)化軟件設計時，難度非常大。其中，推鋼式連續(xù)加熱爐主視圖的尺寸數(shù)據(jù)就有上百個，而且數(shù)據(jù)聯(lián)系并不緊密，無法提前一次性輸入，需要在繪圖時加以明確，所以，只能在繪圖時，利用交互對話的方式一一確定。而規(guī)范化構(gòu)建則可以利用參數(shù)化方式加以繪制。

1.2.2 開放性

因為工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計是一項巨大的工程，各項工作太繁瑣，單獨完成任務是不可能的。而為了方便設計者使用，必須遵守開放性原則，公開所有相關文件信息，以助于后續(xù)設計人員加以修補與完善。

1.2.3 便捷性

在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設計中，還需要對設計人員的實際情況進行綜合考慮，確保操作流程簡單。設計人員不需要太過記憶，以便于可以通過鼠標，在下拉、屏幕、圖標等菜單上進行命令調(diào)用，以此熟練掌握利用此系統(tǒng)進行繪圖。

1.2.4 實用性

就連續(xù)式加熱爐的機構(gòu)特性而言，對于規(guī)范性構(gòu)件，可以通過設計繪圖程序與數(shù)據(jù)文件，實現(xiàn)動態(tài)性存儲。而不規(guī)范構(gòu)件則應利用預先制圖塊，然后作為參考插入的方式進行主圖繪制。在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)中，還需要適當添加一些必要的輔助程序，以保證系統(tǒng)的實用性，節(jié)約時間與成本，進一步滿足設計多元化需求[3]。

圖1 工業(yè)爐CAD系統(tǒng)總體設計

2 工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)與程序設計

工業(yè)爐CAD系統(tǒng)主要包含四大部分，數(shù)據(jù)庫、計算程序包、繪圖程序包、接口。其中，系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫，通過接口支持應用程序包與繪圖程序包，并通過接口實現(xiàn)其他部分間的數(shù)據(jù)信息通信，促使CAD系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫、設計計算、自動繪圖實現(xiàn)一體化。此系統(tǒng)主要利用模塊化程序設計思路，各模塊以數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一管理的多層菜單系統(tǒng)為載體加以驅(qū)動[4]。工業(yè)爐CAD系統(tǒng)總體設計具體如圖1所示。

繪圖程序包設計主要是利用模塊化組合模式，應用程序包進一步確定設計方案，并基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，進行水管系統(tǒng)圖自動化繪制，然后校核。利用人機對話系統(tǒng)，能夠提高設計方案與結(jié)構(gòu)的便捷性。以水管系統(tǒng)圖為依據(jù)，利用人機交互方式與模塊互組合方式實現(xiàn)總圖的繪制。通過軟件包進行繪圖，可以大大提高設計效率與水平，還可以保證設計的準確性與生動性，進而保障設計方案的靈活性和可靠性，有效減少設計人員的工作強度，確保設計更健全，是設計人員工作的最佳輔助工具。首先，水管系統(tǒng)圖通過Auto lisp語言實現(xiàn)了參數(shù)化程度設計。計算程序包進一步明確數(shù)據(jù)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)圖，滿足要求則繼續(xù)，不滿足則準確修改相關參數(shù)，然后再計算，直到滿足要求。在此過程中，不需直接接觸CAD圖形編輯器，這就為不了解和不熟悉CAD的設計人員提供了方便。而參數(shù)化所繪制的圖也可以稱之為動態(tài)塊。就工業(yè)爐專業(yè)繪圖需求為依據(jù)，進行靜態(tài)塊繪制，即工業(yè)爐本體標準元件，例如人、手孔裝置、爐門、爐排、閥門等等，實現(xiàn)了大多數(shù)繪圖的靜態(tài)塊與動態(tài)塊相結(jié)合。同時，還需將靜態(tài)塊納入菜單中去，借助既有繪圖軟件CAD，對工業(yè)爐外圍結(jié)構(gòu)，構(gòu)建符號庫與圖形，實現(xiàn)積木式繪圖，以此節(jié)約時間與成本，提高效率與質(zhì)量。

根據(jù)具體情況修改CAD菜單，促使其全部利用漢字界面，其中各項依據(jù)繪圖需求適當增加或減少，完全利用專業(yè)術語。將Auto lisp編碼添加到菜單中，這主要是由于Auto lisp語言具有一定的解釋性，程序在讀取的同時執(zhí)行，這樣一來，能夠減少程序裝入時間，提高程序運行效率和速度。實現(xiàn)Auto lisp語言和計算程序包其他語言的接口，有機聯(lián)系計算與繪圖，從而為進一步實現(xiàn)人工智能奠定堅實的基礎。通過高級語言進行詳細分析與計算，以數(shù)據(jù)庫為載體存儲并管理數(shù)據(jù)信息，基于圖形編輯軟件CAD生成、顯示、輸出圖形，通過Auto lisp語言進行交互式和特殊圖形處理，以此充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，組合成功能性強大的綜合CAD系統(tǒng)[5]。

3 工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的實現(xiàn)

工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的實現(xiàn)，即CAD繪圖系統(tǒng)在工業(yè)爐中的有效應用具體如圖2所示[6]。

圖2 CAD工業(yè)爐實現(xiàn)流程

3.1 爐排設計

一般情況，爐排主要選用鑄鐵作為材料，在加工的時候，無法確保排面的平直性，很容易發(fā)生彎曲，也不能保障質(zhì)量，所以利用兩個鑄鐵爐排，中間進行強化密封。兩大爐排主要采用一套驅(qū)動裝置，以使得爐排燃燒工況始終同步且穩(wěn)定，而且控制難度較小，從而保證工業(yè)爐效率與質(zhì)量。在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)中，進行爐排繪制比較方便，只需要20s便可以快速完成。

3.2 爐排配風

工業(yè)爐并未利用導流均風裝置，而是通過引進多年運行實踐經(jīng)驗，通過適當降低進風動壓，并縮小爐排之間的縫隙，擴大風室靜壓壓力等方式，有效解決了爐排橫向配風設計問題。這樣一來，動壓與靜壓的比值縮小，在很大程度上降低了動壓對橫向配風不均勻的影響[7]。

3.3 爐膛設計

為了保證工業(yè)爐運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，合理布置爐膛結(jié)構(gòu)具有十分重要的現(xiàn)實意義。爐膛出口的排煙溫度直接影響著燃燒的穩(wěn)定性，因此，在進行爐膛設計時，應先適當提升爐膛出口排煙溫度，以保證火焰均溫的提高，使得大量揮發(fā)酚能夠快速燃燒殆盡，強化爐拱對新煤的輻射作用。為了促使煙氣能夠充分燃燒，以及爐膛始終處于高溫狀態(tài)，在爐膛后布置燃盡室，以此延長燃料的燃燒時間，這樣一來就能夠促使燃料充分燃燒，實現(xiàn)熱量的最大程度釋放[8]。

3.4 爐拱設計

爐拱布置的科學性與合理性關鍵在于前后拱之間的配合是否可以組織良好的空氣動力工況。工業(yè)爐的前拱與后拱之間的積極配合，直接強化了工業(yè)爐對不同煤種的適應，而且基于兩者喉口，實現(xiàn)了工業(yè)爐內(nèi)部煙氣的擾動混合，減少了配風不恰當所導致的損失與飛灰相互分離。

3.5 省煤器設計

工業(yè)爐省煤器設計主要目的是避免尾部受熱面發(fā)生腐蝕。由于工業(yè)爐運行過程中，停爐之后一旦啟用，回水溫度大約在20～30℃，供水溫度難以在短期內(nèi)回升，以此導致省煤器水管壁面溫度相對較低，一般會明顯比煙氣水蒸氣露點低，這時水蒸氣則會凝結(jié)成為水滴，煙氣中三氧化硫與水滴相結(jié)合，演變成硫酸。這時必須安裝省煤器，否則硫酸依附在對流管束低溫段，會直接腐蝕管壁，對管束壽命造成影響。而安裝省煤器不僅可以避免對流管束壁溫比煙氣水蒸氣露點溫度高時，造成管壁腐蝕，還會在一定程度延長工業(yè)爐的使用壽命。省煤器繪制利用工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的繪制功能，既便捷快速，又有效，能夠很好地實現(xiàn)功能預期目標，以此節(jié)約時間與成本[9-10]。

4 結(jié)論

總之，工業(yè)爐CAD系統(tǒng)設計主要包括兩部分，即計算與繪圖，這兩部分的工作量都比較大，設計周期長。長時間以來，工業(yè)爐設計人員都期待基于計算機的輔助，以在提高設計效率和水平的基礎上，縮短工作周期，保證設計質(zhì)量。而CAD技術具有高效、準確性高等特性，利用此技術進行工業(yè)爐設計，不僅可以保證設計方案的科學合理性，還可以保證工業(yè)爐的整體質(zhì)量。因此，CAD繪圖技術在工業(yè)爐設計中的應用越來越廣泛，在很大程度上適應了工業(yè)爐設計的節(jié)能環(huán)保要求。本文通過構(gòu)建工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)與實踐應用，結(jié)果表明此系統(tǒng)的實用價值十分突出，具有良好的發(fā)展前景。