三维建模在蓄能电厂机械设备检修工作中的应用实践

三维建模在蓄能电厂机械设备检修工作中的应用实践

巩颖攀,王长辉,马金才,顾文海,白鹏

国网新源控股有限公司检修分公司 吉林分部 132011

摘要：在蓄能电厂机械设备检修过程中对三维建模技术进行应用，能够发挥三维建模技术的可视化优势，对蓄能电厂机械设备检修过程中存在的具体问题进行全面分析。并且通过参数化建模工作，可以对蓄能电厂机械设备检修策略进行深入分析，进一步提升蓄能电厂机械设备检修工作水平。

关键词：三维建模；蓄能电厂；机械设备；检修工作

一、三维建模技术应用现状

现阶段，在电力生产行业中可以完成能量转换的电厂发电机组在制造过程中包含各种机械零部件以及辅助系统，在电厂厂房和发电生产设备的设计规划工作中对三维建模技术的应用比较普遍。目前，我国有些地区的电力设计院主要是以国外开发的电厂三维模型设计管理软件为基础进行火电厂技术改造设计工作的。利用三维模型设计管理软件可以完成火电厂施工后期碰撞检查，并对火电厂的优化和升级进行建模，可以根据建模情况对厂房的具体施工方案进行科学制定。例如在某抽水蓄能电厂施工过程中，主要利用三维建模方法完成厂房，电缆敷设设计以及管路桥架设计工作，在最大程度上实现的电缆敷设最短路径和管路桥架容积率合理匹配。除此之外，将三维建模作为前处理软件与有限元分析软件进行综合使用，可以对发电设备的综合性能进行分析。在此次研究过程中，以蓄能电厂机械设备检修工作的实际需求为基础对三维建模技术在机械设备检修过程中的具体应用情况进行全面掌握，可以充分发挥三维建模技术在电厂机械设备检修过程中的积极作用[1]。

二、三维建模在蓄能电厂机械设备检修中的应用

（一）构建机械设备结构三维模型

在蓄能电厂机械设备检修过程中对三维建模技术进行应用，可以构建三维模型展现机械设备的具体结构。对机械检修人员来说对机组机械设备的整体结构进行全面把握是保证检修工作顺利进行的重要基础，也是机械检修人员必须具备的专业技能。蓄能机组和辅助系统的机械设备是由不同零部件装配组成的机，整体结构比较复杂，为了能够全面掌握机组的具体结构，机械图是机械检修人员在学习过程中不能缺少的重要工具。而传统的机械制度主要是利用CAD软件绘制二维图纸，展现机组中不同零部件的基本情况、定位尺寸以及加工精度、装配方式和配合公差等各项信息。对设计者来说合格的二维图纸需要尽可能详细地表达出机组零部件的基本情况和装配关系，才能够帮助机械检修人员以二维图纸为基础开展机械设备检修工作。但是对机械检修人员来说，二维图纸表达的信息仍然会受到一定限制，给出的平面结构不能全面展示机械设备的三维空间，导致检修工作人员难以形象直观地理解零部件和附属管路在三维空间的具体布置情况。因此，在开展机械内部检修工作时，不能对检修部位预留的三维空间是否满足工作实施需求进行科学预估。而对机组零部件按照1:1的尺寸进行三维建模，能够立体化可视化地展现机组零部件的三维结构，这种更加直观的呈现方式，不仅能够提高检修工作人员对机组零部件进行全面检查的速度和效果，并且可以帮助检修人员对基础内部的检修空间进行合理预估，为制定更加科学全面的机械设备检修方案和选择检修工具提供更加可靠的依据[2]。

（二）利用有限元分析法检测机械设备强度

抽水蓄能机组和辅助系统的零部件装配主要是以件连接螺栓连接等方式为主的，这些装配方式会对机组运行的安全性和稳定性产生直接影响。在现场检修过程中需要对基础零部件进行拆卸和安装，而在零部件回装过程中，检修人员虽然能够按照相关要求和标准完成零部件装配，但是因为对装配效果缺乏更加直观地掌握，不能对可能造成的不足进行预判。如果在机组零部件装配过程中，利用三维建模技术完成造型和模拟装配工作，并采用有限元分析方法对装配结构进行强度分析，可以更加直观形象地展现出装配效果，为检修工作人员的指导。例如在机械设备的管道连接法兰安装过程中以机组的油气水系统管路为主，法兰连接是管道和管道、管道与阀门之间比较常用的连接方式，包括左右两个相贴合的法兰盘、法兰密封以及紧固螺栓。法兰连接除了受法兰密封面和密封材料状态的影响之外，法兰螺栓紧固力的大小也会对法兰连接的有效性产生影响。如果法兰螺栓紧固力不合适，会导致法兰连接处的密封性受到影响。在此次研究过程中利用有限元分析方法和三维建模技术按照1:1的尺寸比例开展建模分析和装配模拟工作，在给定一定大小螺栓紧固力的情况下，更加直观地展示出法兰盘和紧固螺栓的受力变形和应力分布情况，可以对紧固力过大或过小产生的具体影响有所了解，从而确定最佳紧固力值，提高法兰连接效率和质量。

（三）利用三维技术模拟现场提高机械设备设计效果

电力机组作为生产设备一般是处于正在运行或者备用状态，在这种情况下需要根据安全生产的相关规定加强蓄能机组保护工作。任何人未经允许不能靠近指定的运行区域。在开展机组设备方案改造设计或者运行现场编制工作时，除非机组处于停运检修状态，在其他时间段工作人员难以开展现场实地勘测工作，在一定程度上会影响编制方案的可靠性。如果对机组设备和机组运行区域进行1:1建模，对其运具体的实景进行模拟，可以根据模拟场景完成方案设计和改进工作，不仅能够提高工作效率，而且可以在最大程度上保证工作质量。例如在某发电厂发电机检修非固定式围栏设计工作时，该厂发电机组顶罩周围有12块盖板，每年开展发电机系统C级检修时需要调出X轴方向的两块垫板，发电机组X方向会形成深度在8米以上的扇形孔洞，在现场检修过程中人可能会存在人员或者物品掉落的危险。为了保证检修工作的安全性和效率，可以设计出与现场实际情况相符合的非固定式检修建模。在此次在该项目实际检修过程中，检修人员可以根据图纸按照1:1的尺寸比例完成发电机层机组运行区域三维实景模拟工作，根据模拟的场景开展围栏结构形式、布局方式、连接方式、围栏尺寸和数量设计以及改进，能够保证检修工作人员的人身安全，同时可以提高设计工作效率和质量

[3]。

三、结语

综上所述，三维建模方法作为立体化的技术，可以更加直观形象地展现出机械设备的具体结构，方便检修人员更加直观地了解机械设备的实际结构和装配原理。并且在机械设备检修过程中将三维建模技术与有限元方法进行结合，可以深入分析零部件装配结构的强度，确保检修人员能够对预判效果进行科学预测。同时还可以对检修现场进行模拟，为制定检修方案提供更加可靠的依据。在之后的三维建模技术应用过程中，需要根据三维建模技术的应用优势以及发展情况综合考虑性能电厂机械设备检修工作的实际需求，要充分发挥三维建模技术的应用优势，才能够真正提升蓄能电厂机械设备检修工作效率和质量，保证检修工作的安全性。

参考文献：

[1]邹明德. 三维建模在蓄能电厂机械设备检修工作中的应用[C]// 抽水蓄能电站工程建设文集2019. 2019.

[2]王保军, 魏子奇, 克立石. 三维仿真技术在核电设备管理中的研究与应用[J]. 价值工程, 2021, 40(28):4.

[3]万晟, 刘学山, 徐斌,等. 基于三维仿真技术的智慧水电厂应用研究[J]. 水电站机电技术, 2018, 41(4):5.