张招
摘 要:石油集输系统设备众多且贵重复杂,设备工作原理仿真可以直观地将设备工作过程表现出来,帮助集输工更好的认识、操控、掌握集输系统设备,提高了集输工的培训效率,降低了石油线路危险事故发生的概率。利用仿真技术,对设备进行三维建模、动画仿真、渲染输出,最终得到输油系统设备工作原理的三维仿真动画。
关键词:石油集输系统;仿真技术;三维建模;仿真动画
中图分类号:TE866 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)09-0013-02
石油集输系统的石油线路安全是首要关注的重点,是系统高效运作的保障,而且关乎石油线路工作人员的生命安全。因此,需要集输工深入把握相关设备的工作原理,以保证设备的高效运作。特别是集输系统具有设备多、系统杂、技术难等特点,学习把握起来具有相当的难度,而且有些设备是从国外进口的,价值较高且工艺更加复杂,因此,掌握其技术工艺、工作原理就更加重要,但往往又较难实现,即使是理解更多得也是出于表面理论的简单理解,对于内部原理、故障维修等较难从实质上掌握。为了便于石油线路工作人员能够更好地维护设备、操作展示设备工作的内部原理,有助于集输工深入把握系统设备的工艺、技术,在出现问题的时候能及时解决处理,进而利于石油线路故障的发生,提高了石油线路的运作效率,最终提供石油生产效率。
1 仿真技术框架
1.1 系统技术概述
对设备工作原理进行仿真建立在对其结构科学认识、原理的细致剖析基础之上,进而利用三维建模技术和动画成像技术来实现仿真过程,主要的技术框架,如图1表示。
1.1.1 建模技术
三维建模的仿真技术广泛应用于机械设计方面,可以通过Solid works, Auto CAD,3Dmax等软件来实现,也有应用特点。对于相关技术平台的选择要建立在资料的现实性、科学性和原始性分析基础之上。通过阅读相关的设备说明书、文献资料等,结合对应的所属设备的现场调研、取证与结构的特性,构造出符合实际的三维造型。
1.1.2 仿真技术
石油设备类型多、结构复杂,对不同类型的多种设备进行系统得学习,了解、熟悉并能熟练掌握其工作原理,才能进行正确的系统设计。其中对于集输系统里面的各种泵、阀、计量器、过滤器等设备的原理仿真设计,同样要对其原理深入把握、充分理解,以尽可能降低设计误差。
1.2 石油集输系统设备分析
1.2.1 原理分析
在进行设备系统进行仿真前,要对石油集输系统主要设备的工作原理进行详细分析,这是一个基础。通过对蝶阀和水平中开多级离心泵设备来说明这一过程。
蝶阀是截止阀的一种,或者称为翻板阀,可以作为低压管道介质的开关控制,结构比较简单,属于调节阀。蝶阀的关闭件的形状为圆盘状,通过阀轴的绕中心转动来实现开启、关闭动作。可以作为空气、各种液体(包括腐蚀性介质、油品、液体金属、带放射性物质)、相应的气体等的控制切断和节流的阀门。作为蝶阀启闭功能的圆盘状碟版通过轴动来实现开启、关闭、调节的作用。具体过程为通过手动来使手轮进行旋转,使得阀杆旋转起来,进而作用到了阀杆轴承,并带动了阀芯,最后控制液体的导流。
水平中开多级离心泵起到排送各种污水、具有腐蚀性的液体或是清水,经常被用在城市的供水、电站排水、工长或矿山给排水、农田排灌与各种水利工程。水平中开多级离心泵启动后,电动机通过联轴器使泵叶转动,使得通过的液体随着叶轮的叶片共同转动,产生的离心力将液体经过叶片流道、蜗壳一直推动到打开出口阀门的排出管。叶轮的旋转产生的机械能传递给液体,形成压力能与动能,利用这些能量液体到达下一个位置。如图2所示。
1.2.2 设计方案
熟悉了各个设备的工作原理,利于在方案设计时候能够综合考虑,以最大程度的减少运作过程中的操作误差,防止返工与错漏的发生。为了使得发挥出最大的工作效用,一般来说高效的设计方案要注意一些程序。
首先要对各种设备的构造原理、主要功能进行了解,通过各种期刊文献的检索把握相关文献资料,其中网络上的图片、视频等也是重要的参考资料。
其次,对设备的结构尺寸等数据进行CAD数据建立,并将数据导入到3Dmax中以建立起三维仿真模型;
第三,依据设备的工作机理,在上述模型上进行动画制作;
第四,将上述动画进一步设置实现视频效果的输出。
2 石油集输系统设备三维仿真模型的构建
2.1 建模要点
模型建立是系统仿真过程的重点,也是保证仿真信度的基础。一个高效的模型要尽量使模型面数减少,防止多余面片的出现。可以利用石油系统设备的一些特点来优化建模过程,如利用对称性质,通过一个面度的建立来实现具有对称特点面度的构建。有些结构部件具有同一性,一个部件的建立好后,利用复制的方法实现其他部件的建模。这一点在众多的螺丝和螺母中较为突出,可以减少相同工作的工作量。同时,注意对部件进行合适的命名,一个合理的命名也可以减少不必要的麻烦,方便在众多类型部件中的查找、检索,减少不必要的时耗。
2.2 建模过程
通过蝶阀手轮的建模来说明设备建模的基本过程,运用的主要工具为CAD,3Dmax等。通过CAD来构建边界轮廓,然后将具体尺寸输出3Dmax中。在手轮线条修改界面中,点选“在视图中启用”和“在渲染中启用”按钮可以变动其厚度、变数等参数。在修改器中点选“挤出”选项来对中间轴盘心的段数进行更改设置,应用box对模型进行扩展,并通过不断调整、美化等来细化,同时借鉴现实素材处理材质贴图。在反复修改、对比、借鉴的基础上得到需要的手轮成品模型。蝶阀中的其他部件,如蝶阀切入式阀座、阀芯等,也是类似的建模步骤,通过部件的整合最终得到蝶阀模型。水平中开多级离心泵的建模也是类似过程,虽然其结构较为复杂。具体的过程先两边动力轴,再外壳,再内部,每形成一个部件就要形成相应的名字,为后续的检索、修改打下基础,节省建模时间,提高效率,通过不断得修改完善建立起水平中开多级离心泵模型。