仿真技术在火电厂建设工程中的应用

    为了提高火电厂建设施工质量，减少人为因素对工程质量的影响，本文结合实际工程，将仿真技术应用于火电厂建设中，即利用仿真技术的可视化特性，以动画形式模拟火电厂建设的施工过程。通过真实地模拟待安装设备的形状、空间位置及整个建设施工过程，不仅对检查、分析施工组织和安装方案的合理性具有重要作用，而且对确定大型设备的吊装方案及控制安装施工进度都具有重要意义。
1 Solidworks软件
    Solidworks软件是一种先进的、智能化的CAD设计软件，为3D机械设计方案的领先者[1]，与AUTOCAD、3Dmax、UG、PRO/E等软件相比，具有操作界面简单、生动、直观、操作方便、建模功能强大、可进行参数化设计、建模过程简单等特点[2]。Solidworks提供了基于特征的实体建模功能，可进行拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作。用 Sohdworks 生成新零件时，可以直接参考其它零件并保持这种参考关系，以及方便地设计和修改零部件。火电厂建设施工过程复杂，涉及的零部件数量较多，本文采用 Solidworks 软件制作火电厂零部件模型，用 Animator 插件制作各零部件安装过程的动画。 
2  实现方法
2.1 零部件建模原则
    在仿真制作的过程中，除了要考虑所选择的软件应具备强大的功能外，还要考虑硬件配置的需求[3]。由于火电厂建设过程涉及的零部件数量较多，加之一些装配体的特征数十分庞大，完全按照零部件实际参数建模将导致制作的动画文件占用空间非常大。为此，在零部件建模和动画生成时利用纹理贴图技术和适当减少文件特征数等方法尽量减小文件所占空间。
2.2 零部件模型分类
    根据不同专业通常将火电厂三维模型分为锅炉设备及管道、汽轮机设备及管道、电气设备、热工设备、土建设备，以及其它设备[4]。建模过程的最小单元为施工现场不需拆分的最小单元零部件。
2.3 模型图的绘制方法及技巧
    以容克式空气预热器转子模块为例，介绍采用SolidWorks软件建模的方法及技巧。容克式空气预热器转子模块包括转子模块外壳及转子模块内部的传热元件[5]。
    首先绘制单个扇形模块外壳(图1)，将单个扇形转子模块外壳进行阵列完成转子模块外壳的建模(图2)，然后按照实际形状、参数等建立传热元件的模型，完成整个转子模块的建模(图3)。
        
2.4 装配过程
    以火电厂油泵为例，按照油泵零部件平面图纸进行所有零部件的建模并存放待装配。由于油泵零部件大多是圆形结构，装配过程中需添加同心配合。根据图纸中零部件间的距离、位置对零部件添加配合关系，如油泵盖端面与油泵体端面相接处，通过面重合配合关系便可实现油泵零部件装配(图4)。然后再通过共线、添加距离等配合关系完成油泵其它零部件的装配(图5)。
               
2.5 动画制作过程及技巧
    以火电厂水冷壁安装过程仿真为例，由于火电厂水冷壁系统庞大，因此安装过程极为复杂。为了更加清晰直观地反映水冷壁的施工过程，可将模拟动画分为整体动画和局部动画两部分。整体动画主要体现各零部件安装的先后顺序和安装位置，局部动画体现零部件的安装路径及零部件间的连接方式等。首先对水冷壁装配体进行爆炸，然后解除爆炸，SolidWorks软件根据爆炸的相反顺序与预先设置的路径自动生成安装动画。由于Solidworks 软件利用关键帧控制动画，所以若要延长某一安装步骤的时间，只要将其关键帧延长，其它帧顺延即可，在完成关键帧的调整并预览无误后点击“录制动画”功能，即完成了安装动画的制作[6]。在水冷壁管屏安装动画中，由于管屏管道的数量较多，若按实际参数建模，不但会使文件存储量增大，而且在动画镜头较远时管屏出现网状线框(图6)，造成不良视觉效果。对此，可通过减少水冷壁管道数量并相应增大管道直径加以解决(图7)。同时，也大大减少了文件的特征数，使水冷壁系统总动画所占空间减小为原来的1/10。减小特征数后的水冷壁装配体模型见图8。
       
    火电厂中过热器和再热器等管子数量较多的设备在动画中也可以通过上述方法建模。此外，一些设备具有大量相同零部件的重复安装过程，在实现动画过程中可以只显示其中一个零部件的具体安装过程，而其它零件可通过先隐藏，待第一个零件安装完成后利用添加关键帧解除隐藏来呈现安装过程。这样，不仅避免了重复观看安装过程，而且也轻化了系统。
3  结语
    火电厂施工建设仿真技术以三维动画形式实时动态地显现火电厂施工的全过程，不仅可以更好地优化施工方案，提高火电厂建设项目规划设计的质量，并且改变了只依靠纸质的装配工艺规程和二维安装图纸指导施工的现状。此外，生动逼真的仿真动画可缩短培训周期，提升培训效果。将仿真技术应用于电力建设，对促进火电厂建设过程的数字化具有重要的意义。