工业炉CAD绘图系统的设计与应用

吴 兵

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）

CAD技术以其独特优势在很多设计行业备受青睐。工业炉CAD绘图系统设计也不例外，将此技术应用到工业炉设计中，不仅可以提高设计效率与水平，在保证质量的基础上，还能够实现设计规范化建设。但是，因为工业炉设计并不具备既定标准，缺乏统一的、标准的设计规范，在设计的时候，存在较大的随意性，再加上起步晚，发展缓慢，导致工业炉CAD绘图系统设计难度增大，进而造成综合水平相对偏低。然而，工业炉CAD绘图系统设计主要突出在三维造型与实体着色等方面，其中，三维造型设计通过重现构思过程，进行简化和创新设计。三维实体中的信息太过丰富多元化，能够随意进行剖析，以此明显提升了设计水平和效率。通过对工业炉三维实体的用料与质量属性进行详细计算，能够为工程预算和校核奠定良好基础条件。同时，还可以详细检查工业炉空气管道、钢结构等空间性部位，以及时发现其中的碰撞痕迹，有效解决平面设计难题。而工业炉和环境着色则需要构建光照模型，将工业炉设计转变成为色彩鲜艳的立体幻境，从而使得设计质量得到有效提升[1]。

1 工业炉CAD绘图软件系统设计思想与原则

1.1 设计思想

由于工业炉设计具有一定的复杂性，想要一次性完成工业炉CAD绘图系统设计难度比较大。而且为了保证成果能够实现高效应用，在进行系统设计时，应按照全面详细规划、阶段性实施、逐渐弥补、不断完善的流程开展，先针对普遍性图形元素进行通用型软件包设计，再进行专用型软件包设计，以此形成不同类型软件包。在进行软件包设计时，构建图形库、数据库以及函数库等，逐渐健全，最后形成完整的工业炉CAD绘图系统。因为工业炉是非标准设备，缺乏统一标准与规范，单纯构建图形库根本无法满足绘图需求。所以，在设计软件的时候，应基于LISP程序，构建函数库。在绘图的时候，从函数库中调用图形函数，输入相关参数，以此绘制图形。为了方便输入汉字，以及直观利用软件，工业炉CAD绘图系统在保留既有软件包性能的同时，适当增加了工业炉专用软件功能，这样一来，使用起来将会更加便捷和灵活[2]。另外，在进行软件设计时，应合理利用CAD菜单机制，科学组织下拉、屏幕、图像等菜单，把专业软件包中的图形函数编成菜单文件，有机结合系统菜单，从而重构成全新的专业菜单，用户只需要根据屏幕具体提示，依据相关内容，及时输入参数，并完成操作即可。

1.2 设计原则

1.2.1 交互性

工业炉图形都十分繁杂，在进行可以满足多种工业炉类型新要求并一次性出图的参数化软件设计时，难度非常大。其中，推钢式连续加热炉主视图的尺寸数据就有上百个，而且数据联系并不紧密，无法提前一次性输入，需要在绘图时加以明确，所以，只能在绘图时，利用交互对话的方式一一确定。而规范化构建则可以利用参数化方式加以绘制。

1.2.2 开放性

因为工业炉CAD绘图系统设计是一项巨大的工程，各项工作太繁琐，单独完成任务是不可能的。而为了方便设计者使用，必须遵守开放性原则，公开所有相关文件信息，以助于后续设计人员加以修补与完善。

1.2.3 便捷性

在工业炉CAD绘图系统设计中，还需要对设计人员的实际情况进行综合考虑，确保操作流程简单。设计人员不需要太过记忆，以便于可以通过鼠标，在下拉、屏幕、图标等菜单上进行命令调用，以此熟练掌握利用此系统进行绘图。

1.2.4 实用性

就连续式加热炉的机构特性而言，对于规范性构件，可以通过设计绘图程序与数据文件，实现动态性存储。而不规范构件则应利用预先制图块，然后作为参考插入的方式进行主图绘制。在工业炉CAD绘图系统中，还需要适当添加一些必要的辅助程序，以保证系统的实用性，节约时间与成本，进一步满足设计多元化需求[3]。

图1 工业炉CAD系统总体设计

2 工业炉CAD绘图系统与程序设计

工业炉CAD系统主要包含四大部分，数据库、计算程序包、绘图程序包、接口。其中，系统基于数据库，通过接口支持应用程序包与绘图程序包，并通过接口实现其他部分间的数据信息通信，促使CAD系统综合数据库、设计计算、自动绘图实现一体化。此系统主要利用模块化程序设计思路，各模块以数据库和统一管理的多层菜单系统为载体加以驱动[4]。工业炉CAD系统总体设计具体如图1所示。

绘图程序包设计主要是利用模块化组合模式，应用程序包进一步确定设计方案，并基于数据库数据，进行水管系统图自动化绘制，然后校核。利用人机对话系统，能够提高设计方案与结构的便捷性。以水管系统图为依据，利用人机交互方式与模块互组合方式实现总图的绘制。通过软件包进行绘图，可以大大提高设计效率与水平，还可以保证设计的准确性与生动性，进而保障设计方案的灵活性和可靠性，有效减少设计人员的工作强度，确保设计更健全，是设计人员工作的最佳辅助工具。首先，水管系统图通过Auto lisp语言实现了参数化程度设计。计算程序包进一步明确数据自动化生产系统图，满足要求则继续，不满足则准确修改相关参数，然后再计算，直到满足要求。在此过程中，不需直接接触CAD图形编辑器，这就为不了解和不熟悉CAD的设计人员提供了方便。而参数化所绘制的图也可以称之为动态块。就工业炉专业绘图需求为依据，进行静态块绘制，即工业炉本体标准元件，例如人、手孔装置、炉门、炉排、阀门等等，实现了大多数绘图的静态块与动态块相结合。同时，还需将静态块纳入菜单中去，借助既有绘图软件CAD，对工业炉外围结构，构建符号库与图形，实现积木式绘图，以此节约时间与成本，提高效率与质量。

根据具体情况修改CAD菜单，促使其全部利用汉字界面，其中各项依据绘图需求适当增加或减少，完全利用专业术语。将Auto lisp编码添加到菜单中，这主要是由于Auto lisp语言具有一定的解释性，程序在读取的同时执行，这样一来，能够减少程序装入时间，提高程序运行效率和速度。实现Auto lisp语言和计算程序包其他语言的接口，有机联系计算与绘图，从而为进一步实现人工智能奠定坚实的基础。通过高级语言进行详细分析与计算，以数据库为载体存储并管理数据信息，基于图形编辑软件CAD生成、显示、输出图形，通过Auto lisp语言进行交互式和特殊图形处理，以此充分发挥自身优势，组合成功能性强大的综合CAD系统[5]。

3 工业炉CAD绘图系统的实现

工业炉CAD绘图系统的实现，即CAD绘图系统在工业炉中的有效应用具体如图2所示[6]。

图2 CAD工业炉实现流程

3.1 炉排设计

一般情况，炉排主要选用铸铁作为材料，在加工的时候，无法确保排面的平直性，很容易发生弯曲，也不能保障质量，所以利用两个铸铁炉排，中间进行强化密封。两大炉排主要采用一套驱动装置，以使得炉排燃烧工况始终同步且稳定，而且控制难度较小，从而保证工业炉效率与质量。在工业炉CAD绘图系统中，进行炉排绘制比较方便，只需要20s便可以快速完成。

3.2 炉排配风

工业炉并未利用导流均风装置，而是通过引进多年运行实践经验，通过适当降低进风动压，并缩小炉排之间的缝隙，扩大风室静压压力等方式，有效解决了炉排横向配风设计问题。这样一来，动压与静压的比值缩小，在很大程度上降低了动压对横向配风不均匀的影响[7]。

3.3 炉膛设计

为了保证工业炉运行的稳定性和经济性，合理布置炉膛结构具有十分重要的现实意义。炉膛出口的排烟温度直接影响着燃烧的稳定性，因此，在进行炉膛设计时，应先适当提升炉膛出口排烟温度，以保证火焰均温的提高，使得大量挥发酚能够快速燃烧殆尽，强化炉拱对新煤的辐射作用。为了促使烟气能够充分燃烧，以及炉膛始终处于高温状态，在炉膛后布置燃尽室，以此延长燃料的燃烧时间，这样一来就能够促使燃料充分燃烧，实现热量的最大程度释放[8]。

3.4 炉拱设计

炉拱布置的科学性与合理性关键在于前后拱之间的配合是否可以组织良好的空气动力工况。工业炉的前拱与后拱之间的积极配合，直接强化了工业炉对不同煤种的适应，而且基于两者喉口，实现了工业炉内部烟气的扰动混合，减少了配风不恰当所导致的损失与飞灰相互分离。

3.5 省煤器设计

工业炉省煤器设计主要目的是避免尾部受热面发生腐蚀。由于工业炉运行过程中，停炉之后一旦启用，回水温度大约在20～30℃，供水温度难以在短期内回升，以此导致省煤器水管壁面温度相对较低，一般会明显比烟气水蒸气露点低，这时水蒸气则会凝结成为水滴，烟气中三氧化硫与水滴相结合，演变成硫酸。这时必须安装省煤器，否则硫酸依附在对流管束低温段，会直接腐蚀管壁，对管束寿命造成影响。而安装省煤器不仅可以避免对流管束壁温比烟气水蒸气露点温度高时，造成管壁腐蚀，还会在一定程度延长工业炉的使用寿命。省煤器绘制利用工业炉CAD绘图系统的绘制功能，既便捷快速，又有效，能够很好地实现功能预期目标，以此节约时间与成本[9-10]。

4 结论

总之，工业炉CAD系统设计主要包括两部分，即计算与绘图，这两部分的工作量都比较大，设计周期长。长时间以来，工业炉设计人员都期待基于计算机的辅助，以在提高设计效率和水平的基础上，缩短工作周期，保证设计质量。而CAD技术具有高效、准确性高等特性，利用此技术进行工业炉设计，不仅可以保证设计方案的科学合理性，还可以保证工业炉的整体质量。因此，CAD绘图技术在工业炉设计中的应用越来越广泛，在很大程度上适应了工业炉设计的节能环保要求。本文通过构建工业炉CAD绘图系统与实践应用，结果表明此系统的实用价值十分突出，具有良好的发展前景。