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三维协同设计在单轴离心压缩机设计中的应用

2017/12/19    来源:互联网    作者:王玉旌  陈胜伟      
关键字:三维协同设计  单轴离心压缩机  应用  Creo  
随着技术手段的进步,工程机械设计也先后经历了3个时代,即手工绘图时代-电脑二维绘图时代-三维协同设计时代,目前三维设计手段已经成为工程设计技术的发展方向和趋势。国外各大顶尖压缩机制造厂商已经在三维协同设计方面取得重大应用成果,而国内相关企业也在三维协同设计的应用探索中取得了长足的进步。

引言

    单轴离心压缩机是透平式压缩机中应用非常广泛一种。在石油、化工、冶金、空分、天然气输送、电力、煤炭、制药、纺织、国防和科研等国家重点工程领域,都可以看到离心压缩机身影。离心压缩机设计也先后经历了手工绘图时代到计算机辅助二维绘图时代,再到三维协同设计时代演变,目前三维设计手段已经成为工程设计技术发展方向和趋势。

1 三维协同设计概述

    所谓三维协同设计,指的是三维模型设计的协同效应,相比传统的二维工程设计,三维模型为设计的可视化、精准性提供了基础平台,而协同效应则带来高效率和高质量。三维协同设计的出现为工程设计,尤其是数字化工厂设计带来了新的设计方法和手段,为实现离心压缩机的智能化快速设计提供了基础条件。

2 三维协同设计的应用

    沈阳鼓风机集团股份有限公司作为国内压缩机行业的领军企业,着手搭建基于Creo2.0 的离心压缩机三维设计平台,大力探索推行三维协同设计在离心压缩机设计中的应用以来,至今已经取得了重大进展。

2.1 三维模型在转子动力学参数分析中的应用

    叶轮作为转子的重要组成部件,在压缩机设计阶段通常需要研发部门进行叶轮强度等转子动力学分析,而设计部门通过对叶轮的三维建模及三维软件的运算功能,可以方便的计算并给出所需参数,如质量、重心位置、惯性张量及主惯性矩等,并将这些数据提供给研发部门,这样就给其工作带来极大的便利,提升了公司整体的工作效率。

2.2 三维协同设计在压缩机设计者协作中的作用

    传统二维设计方法数据信息传递不畅,是无法保证顺开展协同设计的,当某一部件需要进行反复修改时,将使产品的设计周期大大延长,进而影响了产品的交货周期,削了企业的竞争力。而在三维协同设计平台完成产品的设计,其优势在于,通过三维设计软件与Windchill 系统的完美配合,将产品设计任务拆分为单元,通过Windchill 系统发布到各个设计者的个人工作区中,一台压缩机产品由一个总负责人创建上层总骨架控制,并将总体系统与各分系统之间的接口要求和技术要求通过Windchill 系统平台发布给各系统设计者,保证了各个单元的准确配合。多名设计者可以同时开展设计工作并随时通过检入检出操作将完成的部上传到Windchill 系统中,由总负责人进行整体的总成工作,最终完成整台产品的设计任务。在此过程中,当某一个零部件处于检出工作状态时,其他设计者无权对其进行操作,使得设计者之间既相互协作而又互不干扰,保证了设计数据的安全性,极大的提高了产品的设计效率。

    总体骨架控制离心压缩机转子、定子等部件的接口信息和要求,分工设计人员在自己被赋予的权限之内完成叶轮、主轴、隔板等零部件的设计,这种Top-Down 的设计思想避免了“信息孤岛”出现。三维协同设计不仅仅提高了我们工作的效率和彼此的协作性,同时文件检入检出Windchill系统时会明确记录操作人等必要信息,一旦发现产品设计中存在问题,可以第一时间查找到负责人并处理解决相关问题,高效率且保证了产品质量。

2.3 三维模型的可预见性纠错,使工作更高效

    传统的二维计算机辅助绘图的时期,即便图纸交档之前有设计校对和审核流程,但受限于二维图纸表现效果,往往会遗漏一些难以发现的错误。零部件在加工的过程中,这些难以发现的结构之间的冲突或者干涉等情况,轻则需要将产品返工修正处理,浪费工时增加生产成本,重则可能导致零部件的报废,给企业带来巨大的经济损失。而通过三维模型的协同设计作用,利用CREO 三维设计软件干涉检查功能,可以使校对和审核人员方便准确的发现产品设计者在设计中存在的干涉、空间结构不合理等问题,及时指出并修改,这样大大提高了各分工人员之间相互配合的工作效果,使企业产品的质量得以提高且降低了生产成本。

2.4 模型快速生成工程图纸及机型变换的快速设计

    各个设计者将各分工设计任务完成后,检入系统完成装配,模型校核后,通过模型投影、创建截面及添加注释等操作,可以快捷准确的得到与模型互为父子关系的工程图,其中修改模型尺寸会驱动工程图做出相应变化,当某一零部件的设计者发现问题或者需要修改结构上特征尺寸,则可以通过检出模型直接进行修改并检入,重新生成上层装配结构即可完成零部件的更新,模型对应的工程图也会随之更新,而不会对其他设计者的工作造成干扰;利用工程图与模型相关联的属性,通过开发可以直接利用工程图生成明细表,避免了设计过程中人工清点零部件零部件的弊端:

    目前,沈鼓集团正致力于开发智能三维设计平台,通过参数和关系控制模型尺寸,借助骨架将离心压缩机各部件连接起来,并依托系列化,标准化程度较高的PCL 系列压缩机进行校验施行,以达到压缩机三维快速设计的目的。

2.5 利用三维设计产品增强企业市场竞争力

    三维协同设计作为当前国际压缩机行业顶尖企业所共用的一种设计方法,不仅提高了企业产品的质量和效率,降低生产成本,同时也使企业参与投标的过程中,利用其协同效应第一时间拿出设计方案及模型展示,更加生动形象的展示自己的产品,获得用户的好感与支持,大大增强了企业夺标、参与国际国内市场竞争的能力。下图为某项目实施效果图。

    1

    图1 离心压缩机装置效果图

3 总结

    通过上述介绍,三维协同设计在离心压缩机设计中得天独厚的优势已经显而易见,国内部分企业也在其应用方面得了不小的进步,然而纵观全局就会发现,虽然大多数企业意识到了三维协同设计有助于提高设计质量,降低工程成本,效果直观,是工程设计技术发展的必然趋势,但是由于三设计对设计人员软件应用能力要求更高,硬件运行设备更贵且现有的二维设计所带来的不足,被当前产业和市场所容忍,而三维设计的收益和成本未被良好的评估,所以还不足以促使大部分企业花费人力物力财力去大力推行。

    三维协同设计的应用,对国内大部分企业来说还有很长的一段路要走。

责任编辑:张纯子
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