300MW直流锅炉设计

1、摘 要AutoCAD2006是当今最流行的设计软件，现代的很多工程设计院都使用CAD为各自项目做设计，因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性。平面二维CAD技术虽然能够提高作图效率但还是像传统的手工绘图那样用投影图来描述物体。而三维技术则利用计算机提供的一个模拟的三维空间使工程师们可以直接在这个三维空间里建造物体的模型，表达自己的设计意图，因此对几何形体的描述比传统的二维技术更真实、更准确、更全面。主要以三维设计技术为论述核心，借鉴三维设计在工厂设计领域中应用的技术特点和经验成果，开发探索在锅炉原理教学专业课上的辅助教学功能。三维设计技术在工厂设计领域已经普及应用，然而长期以来，锅炉

2、原理专业课教学上，缺少直观逼真的大型锅炉三维教学模型，学生对于锅炉的原理理解比较抽象，难以直观领会和快速掌握教学内容。本课题的完成，将能够为锅炉原理教学提供详实的锅炉结构设备三维模型，在教学过程中为学生提供直观的大型锅炉结构设备的模拟组装过程，了解锅炉的结构与其各个设备的详细结构，使学生迅速而扎实地掌握锅炉原理的基础知识，加强对锅炉原理的理性和感性认识。针对300MW直流锅炉的本体结构，以及本体设备。其中包括：炉膛、水冷壁、燃烧器、过热器、再热器、省煤器和空气预热器等锅炉主要结构设备组成部分。以及整体锅炉框架等加深印象,对以后工作、学习都有着非常直观、深入的了解。关键词：三维设计；AutoCA

3、D ；锅炉设备AbstractAt present ,auto CAD2006 is one of the most popular design softwares .Many contemporary engineeering design institues design their own projects with CAD.Because it has more incomparable superiority than the traditional two-dimensional design .Although two-dimensional CAD technology ma

4、y improve the mapping efficiency ,but it describes the object with projection just as the traditional manual mapping .While three-dismensional technology utilizes a mock three-dimensional space provided by compture .The engineers may directly construct the model and express their design intention in

5、 this space .Therefore ,the description of geometric shape is more accurate and over-all than the traditional two dimensional technique .Boiler 3Dmodel design just utilizes the superiority of the design to help the people to understand acculatly the structure and dispositions of 300wm boiler ,which

6、can deepen the impression to the main equipments ,such as superheater,reheater ,economizer ,air preheater and whole boiler framework .Go a step further to learn about directly and deeply latter work and study . This topic mainly take 3D(three-dimensional) design technology as the dissertation core,

7、using the application technical characteristic and the experience achievement of three-dimensional design in the plant design domain for reference, in order to develop and search after the auxiliary teaching function in the principle of boiler teaching professional course. The application of 3D desi

8、gn technology already popularized in the plant design domain, however since long ago, there is not the direct-viewing and lifelike three-dimensional teaching model in the principle of boiler teaching professional course.The students quite have to abstract understanding regarding the principle of boi

9、ler.It is difficultly to direct-viewing comprehend and fast grasp the course content for them. This production of this topic, will be able to provide the full and accurate 3D model of boiler structure and equipment for the principle of boiler teaching, will provide the direct-viewing the simulation

10、assembly process of boiler structure and equipment for the students in the teaching process,understanding the whole structure of boiler and each detailed structure of the equipment, grasping rapidly and solidly the the elementary knowledge of the principle of boiler, and strengthening geist and logo

11、s to the the principle of boiler. This topic main research and design content is the main body structure of 600MW boiler, as well as the main body equipment. Includes: steam separator, watercooling wall, burner, superheater, reheater, economizer and airpre-heater and so on.Keywords : three-dimension

12、al design ；auto CAD ；boiler equipment目 录摘 要IAbstractII目 录IV第一章 绪 论11.1 CAD简介及其意义11.1.1 CAD的发展11.1.2 三维设计的优点21.1.3 AutoCAD的特点21.2 AutoCAD的三维功能简介41.3 Auto CAD 三维设计对于计算机硬件的要求51.4 配置适于三维设计的工作环境6第二章 Auto CAD2006的使用82.1 CAD系统的简单操作82.2 等轴测图的绘制102.2.1 等轴测图基础102.2.2 设置等轴测绘图环境112.2.3等轴测下图形的绘制112.3AutoCAD2006的

13、三维空间122.3.1三维空间基础122.3.2笛卡尔坐标系122.3.3直角坐标、圆坐标和球坐标132.4三维模型的建立142.4.1三维建模概述142.4.2圆（circle命令）142.4.3维实体拉伸（Extrude命令）152.4.4差集（Subtract命令）18第三章 锅炉3D模型设计203.1 省煤器203.1.1省煤器的作用203.1.2省煤器结构203.1.3省煤器的布置203.2直流式煤粉燃烧器223.2.1煤粉燃烧器的作用223.2.2四角布置直流燃烧器的工作原理223.2.3旋流燃烧器（本次锅炉3D模型设计所选用的燃烧器）223.3过热器和再热器253.3.1过热器作

14、用253.3.2再热器的作用253.3.3 300MW亚临界压力锅炉的过热器系统253.3.4 300MW亚临界压力锅炉的再热器系统283.4 空气预热器313.4.1 空气预热器的作用313.4.2空气预热器的换热方式313.4.3 空气预热器的分类31第四章 在设计过程中遇到的问题354.1水冷壁354.2 关于燃烧效果的火焰制作354.3本次锅炉3D模型设计数据上的不足364.4 管道连接中出现的问题374.4.1错误一374.4.2错误二38致 谢41参考文献42第一章 绪 论 1.1 CAD简介及其意义1.1.1 CAD的发展CAD技术最早可以追溯到本世纪40年代，它是20世界最杰出

15、的的科技成果之一。近年来，CAD技术从最初的平面辅助绘图工具，迅速向智能化、三维化、集成化和网络化的方向发展。其中，三维技术以其突出的优越性，迅速成为CAD业界的发展主流。三维技术使工程设计实现了技术上的巨大飞跃，给工程技术人员的观念带来了强烈的震撼，为工程师们的创意和想象力提供了最为广阔的空间，并从设计中得到无穷的乐趣。国家科委牵头推动的CAD应用工程，以“甩图板”为主要目标，所谓的“甩图板”，其实仅是以计算机平面绘图替代手工绘图而已，这不过是CAD应用工程第一步，并非最终目标。CAD技术的应用必须向纵深方向发展，只有这样才能更好有效发挥CAD系统的潜力，提高应用CAD技术的效益。而三维技术

16、的应用，是CAD技术的应用向纵深发展的必由之路1。目前，国内市场上销售的比较成熟的专业三维CAD软件有十几种，大多为国外的产品。如Pro/E、SolidEdge、Solidworks、I-DEAS、Unigraphics、MDT等。国内也有自主版权的三维CAD产品，如北京华正软件工程研究所的CAXA-ME制造工程师、广州红地公司的金银花、浙江天大公司和浙江大学的GS-CAD98等。这些专业系统功能一般都是很强大，而且多数还同时具有很强的CAE、CAM功能。但是，他们的价格也很昂贵，还不够普及。AutoCAD算不上是最好的三维设计软件，但却是世界上最流行的。至今它在全世界的注册用户多达200万！

17、在我国，AutoCAD在CAD软件市场的占有率超过60%，它已经成为实际上的工业标准。我们提起三维CAD的普及应用，就不能不提AutoCAD。1.1.2 三维设计的优点三维技术之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性。平面二维CAD技术虽然能够提高作图效率，但还是像传统的手工绘图那样用投影图来描述物体。而三维技术则利用计算机提供的一个模拟的三维空间使工程师们可以直接在这个三维空间里建造物体的模型，表达自己的设计意图，因此对几何形体的描述比传统的二维技术更真实、更准确、更全面2。与二维设计相比，三维设计具有以下优点；1) 从设计方案的三维模型，可以快速

18、方便地得到主视图、俯视图、左 视图以及任意角度的平行投影图、透视投影图等，并可以将模型输出为标准的、精美的工程图纸，这不但提高了设计效率，而且减少了错误发生的可能。 2) 利用三维模型的着色和渲染功能可以得到设计方案的逼真的三维效果图，这使得设计人员和决策人员在产品投产或工程项目投标建设之前，就能全面准确地了解它的外观，有助于设计决策，对于工程项目投标更是具有重要的意义。3) 利用实心体建模方法可以检查零件的干涉情况，还可以方便地计算模型的体积、质量、重心、转动惯量等参数，这对于产品的动态特性分析以及工程项目的成本预算等都有十分重要的意义。 4) 三维设计还是实现设计、制造一体化的基础。尽管A

19、utoCAD不具备 CAMde功能但是却可以通过输出DXF等标准数据文件，为其他专业的CAM软件所共享。5) 可以从空间的不同角度来观察和操作对象，有利于设计方案的形成也有助于与不熟悉片面图、剖视图的人交流设计思想。此外，某些专业的软件还可以对三维模型进行运动分析、受力分析、热学分析、有限元分析等，由此可见三维设计已远远超出平面设计的绘图功能，为工程设计带来了革命性的巨大改变，把设计技术推上了前所有的高度。1.1.3 AutoCAD的特点AutoCAD是一个开放型的CAD软件包，具有高效、通用、灵活、便于二次开发等待点，概括地说有以下几个方面3。1. 具体极高的精度AutoCAD的双精度浮点运

20、算可以精确到小数点后16位，这样高的精度，足以建立一个亚微米级精度的地球模型。高精度还意味着无论怎样频繁地编辑图形，都能保持图形的精确。2. 具体完善的图形由预先定义好的图形元素(Object)所组成，对象通过命令调用和光标定位即可输入到绘制的图形中。AutoCAD提供的基本对象有二维对象和三维对象。3. 具有强大的图形编辑功能AutoCAD的编辑方法十分丰富，可以对对象进行擦除、复制、镜像、缩放、旋转、消隐等操作，对面域和实心体还能进行布尔运算等。4. 内含AutoLISP语言和ADS、ARX开发系统，便于用户进行二次开发 AutoLISP是比较完整的编程语言，为用户提供强大的二次开发工具。

21、用户可以利用AutoLISP编制各种程序，从而为AutoCAD增加新的命令。ADS（AutoCAD DevelopmentSystem）是以C语言为基础的开发系统，它具有AutoLISP的大部分功能并可使用标准的C语言函数，是开发AutoCAD的另一种有效工具。AutoCAD R13还增加了ARX（AutoCAD Runtime eXtension system）编程工具，ARX不需要通过AutoLISP解释程序而直接与AutoCAD核心进行通信，因此ARX应用程序更快、更稳定而且更加简化。5. 提供了多种接口文件，具有较强的数据交换能力为了将由AutoCAD 绘制的图形数据传递给用高级语言编

22、写的程序去处理，或者将高级语言程序处理过的数据传递AutoCAD 中转换成图形，AutoCAD提供了多种接口文件（如SCR、DXF、IGES等），便于AutoCAD与高级语言进行信息交换，或者与其他CAD系统进行相互的图形转换。6. 具体良好的用户界面和高级辅助功能，支持多种交互设备AutoCAD提供了如鼠标、打印（绘图）机等多种交互设备接口以及屏幕菜单、下拉菜单、图标菜单、数字化仪菜单、工具栏菜单、对话框等高级用户界面，便于采用人机对话的方式实现AutoCAD的各种功能。为了提高绘图的速度和精度，AutoCAD 还提供了许多高级辅助功能，如删格、捕捉、目标捕捉、正交状态和等轴测绘图模式等。A

23、utoCAD还有HELP功能，为用户提供了方便快捷的联机帮助。7. 允许用户定制AutoCAD系统参数和标准文件AutoCAD至今仍没有公开它的系统源代码，但是它提供了多种开发工具，使用户能够访问和改变AutoCAD 原有的标准系统库参数和文件，进行二次开发和用户定制。8. 支持多种操作平台除了支持MS-DOS 5.0/Windows3.1以上版本和Macintosh System 7 微机平台外，AutoCAD也移植到了其他机型（如工作站）和其他操作系统（如UNIX）上，但是，从R14开始，AutoCAD又停止对DOS和UNIX的支持，而集中力量支持Windows95/98和Windows

24、NT。1.2 AutoCAD的三维功能简介AutoCAD作为世界首屈一指的通用CAD平台软件，也顺应CAD技术向三维方向发展的潮流，从R10开始增加了三维功能。以后又在新推出的AutoCAD版本中，不断完善和提高三维设计功能，特别是从R12开始引入AME（Advanced Modeling Extension）实心体造型扩展功能后，极大地增强了AutoCAD的三维建模能力，使其三维功能不再试依附在二维功能上面的摆设，而是真正成为AutoCAD的核心设计手段。到了R13，原有的实心体造型系统废弃了AME CSG（构造型实心体几何）模型，而采用更精确、更可靠的ACIS B-REP（边界表示法）模型

25、，使AutoCAD的实心体建模功能大大增加。ACIS对象能像其他AutoCAD对象（如直线、圆和三维网格）一样处理，在计算上也比AME对象快得多4。尽管AutoCAD R14的三维设计功能还不能无所不能，但是它的强大却是毋庸置疑的，具体表现在以下几个方面：1) 在三维造型方面，它为用户提供了线框模型、表面模型、实心体模型等多种建模方法，在实心体造型中，还可以对实心体进行切割、生成剖面、生成轮廓，通过实心体的并集、差集、交集等运算，用基本实心体组合形状复杂的实心体模型等等，这些强大的三维造型功能足以满足大多数建筑、机械等领域的建模需求。2) 在灯光、渲染方面，AutoCAD R14 比以前的版本

26、有很大的提高，它支持Photo Real 和Raytracing(光线跟踪)渲染方式，增强了灯光、背景和材质功能，增加了雾效果，使AutoCAD自己就能渲染高质量的图像。R14还增加了场景对象，能够直接渲染出建筑效果图中的树木、人物等等。3) 在图纸的设计和输出方面，AutoCAD R14 继承其强大的二维功能，能够把三维模型输出为精美的、符合工业标准的工程图纸，这在同类软件中是出类拔萃的。此外，R14在缩小文件尺寸、提高建模速度等方面也有很大的进步5。当然，正如前面所说，AutoCAD并不是万能的，作为一个综合性很强的通用CAD平台软件，它在某些专业应用领域还存在一定的不足，如在灯光渲染和动

27、画功能方面，它不如3D MAX：在机械建模、分析和制造领域，它不如Pro/E、Solidedge等；特别是到目前为止，AutoCAD还没有NURBS曲面功能，这使得它在复杂曲面的构建方面的受到的限制。虽然Autodesk公司的其他产品（如 AutoSurf、MDT等）为更高级的工程应用提供了解决方案，但我们却不能指望这些产品的功能在不远的将来会被集成到AutoCAD中来。1.3 Auto CAD 三维设计对于计算机硬件的要求AutoCAD是一个主要基于微机平台的CAD软件，但是现在也有工作站版本。应用于微机平台，对系统的配置要求相对较低，价格比较便宜，这是AutoCAD 得以风靡全球的重大优势

28、。运行AutoCAD 2006 的最低硬件要求如下6：1) IBM兼容的Pentium电脑，也可以是基于K6、MII等处理器的同级电脑，能运行Windows95/NT。2) 至少有256M内存，推荐512M内存。3) 至少有30G的硬盘空间，推荐80G。4) 独立显卡，最好能有1024768以上的分辩率，现在市场是占主流的17寸显示器就能满足要求。5) 至少有一台CD-ROM6) 至少有一个串行口，要能使用鼠标、数字化仪、打印机和绘图仪等。随着计算机的不断跟新换代，以上配置对于一般用户来说已不难达到。但是，三维设计比二维设计的计算复杂，要占用计算机更大的内存空间，对计算机的硬件配置也有更高的要

29、求。实际上，在Windows环境下，以上配置是难于发挥AutoCAD三维功能的高效率的，尤其是在执行多任务时，更有捉襟见肘的感觉。用户在经济条件允许的提条件下，应尽可能提高系统的配置，如果要进行大型工程项目的设计，最好使用专业的图形工作站。1.4 配置适于三维设计的工作环境要提高整个Auto CAD系统的效率，光有好的硬件配置是不够的，还需要配置高效的软件工作环境，需要用户根据自己的工作特点进行配置。有时甚至还要进行一些二次开发。前面已经提到Auto CAD的特点之一就是具有良好的用户的用户界面，用户很容易根据自己的需要和喜好来改变屏幕的外观，改变或定义新的工具条，定义命令的键盘快捷键，编辑自

30、己的下拉菜单、图标菜单、屏幕菜单等。关于Auto CAD实际的定制俄开发的内容很多，包括定制下拉菜单、图表菜单、工具条、系统文件、编辑Auto LISP程序等等，本书无法详细介绍，请读者观看有关书籍。在此仅介绍如何配置适用于三维设计作图的用户界面7。Auto CAD R14 的标准Draw和Modify 工具条只有一些平面绘图和编辑按钮，很多在三维设计过程中适用频率很高的 命令按钮，如Splin、3Dpoly、Rotate3d、3Darray、Mirror3d 等命令都没有在工具条上。Auto CAD实际上已经实际提供了这些命令的按钮，用户可以用所有用户的需求，需要用户用Toolbar命令把它

31、们定制在工具条上，这将给使用带来很大的方便。如果要在标准的Draw工具条中添加Spline、3Dpoly命令按钮，可按照如下步骤操作：1) 在命令行键入Toolar命令或再屏幕上的任意一个工具条上单击鼠标右键，弹出Toolbar对话框。2) 如果此时屏幕上还是没有显示Draw工具条，则在Toolars列表框中找到它，并单击它左边的复选框以显示它。3) 单击Customize按钮，弹出Customize Toolbars对话框，单击Categories下拉列表，找到Draw类命令按钮4) 找到Spline按钮和3Dpoly按钮，用鼠标把它们拖放到Draw工具条上适当位置。5) 依次关闭2个对话框

32、，Auto CAD自动更新系统的菜单文件。以上的操作方法，用户可以根据自己的喜好配置工具条，把三维作图过程中最常用的命令按钮配置在屏幕上，这样在作图的过程就能新手拈来，大大提高作图效率8。图1-1图1-1 自定义的ACAD用户界面为用户化AutoCAD界面的一个例子，与AutoCAD的标准界面相比，它采用了很多级联工具条，既能很方便地通过图标按钮访问AutoCAD命令，又减少了占用的作图区空间。用户对菜单和工具条的定制都保存在ACAD.mms文件中，如果用户需要恢复标准菜单，可重新加载ACAD.mns文件。第二章 Auto CAD2006的使用2.1 CAD系统的简单操作进入Auto CAD界

33、面以后在左侧快捷框上点击鼠标右键显示，如图2-1所示。图2-1 快捷框工具条可以根据自己的需要选中所需要的快捷键类型，系统就会改快捷键类型前打勾，9根据自己的需要选择将要常用的快捷框，所选的快捷框就显示如图2-2所示图2-2 快捷框可以从中选出自己需要的快捷键框，选中，按住鼠标左键拖动放到右侧，如图2-3所示图2-3 设定自己的快捷框3D锅炉模型设计最常用到的是画圆和三维实体拉伸，然后根据拉伸实体进行差级操作。2.2 等轴测图的绘制2.2.1 等轴测图基础正投影图的观察方向总是与空间坐标系的某一根轴平行，而等轴测图的观察方向则与三根坐标轴的夹角等或互补（关于空间笛卡尔的介绍见下节）。从不同的方

34、位投影可得到零件的8个等轴测图。3根坐标轴是对称分布的，在绘制等轴测图时，我们常忽略坐标轴的方向，用3根等轴测轴建立入下图所示的参照系。左边的斜线称为左水平轴，中间的为立轴，右边的斜线为右水平轴。等轴测图中与等轴测轴构成的平面平行的平面称为等轴测平面（Isoplane）10，图2-4所示图2-4 等轴测平面2.2.2 设置等轴测绘图环境 AutoCAD2006 可以设置专门用于绘制等轴测图的环境，以提高作等轴测图的效率。所谓的等轴测绘图环境，即将目标捕捉（Snap）、栅格（Grid）、正交模式（Ortho）和十字光标等作图辅助工具都设置成专用于绘制等轴测图的模式。正常情况下，AutoCAD20

35、06显示的栅格和十字光标。执行Snap命令并选择等轴测捕捉模式后，点的捕捉和正交的方向都垂直或与水平成30斜角。如果此时打开Ortho（）模式，则画出来的直线也要么是垂直线，要么是30的斜线，这给等轴测图的绘制带来了很大的方便。具体操作如下：Command：SnapSnap spacing or ON/OFF/Rotate/Style：StyleStandard/isometric：isometricVertical spacing (按回车接受缺省值)2.2.3等轴测下图形的绘制1） 等轴测椭圆的绘制在等轴测图中，位于三维模型的等轴测平面上的圆显示为长径与短径之比为1.732的椭圆，称为等轴

36、测椭圆。在等轴测图中，并非所有的椭圆都是等轴测椭圆，由于它不在等轴测平面上，因此它不显示为等轴测椭圆。AotuCAD2006的Ellipse命令（）提供了Isocircle选项，专门用于绘制等轴测椭圆。注意只有在等轴测绘图模式下，系统才会在Ellilse命令中显示Isocircle选项。具体操作如下Command：EllipseArc/Center/Isocircle/：IsocircleCenter of circle： （选择一个中心点）/Diameter：（输入园半径值或键入“D”后输入直径值）2） 等轴测模式下角度绘制等轴测模式下角度的绘制比较麻烦，需要掌握一定的技巧。一般的思路是根据

37、角度计算出距离，然后用绘制辅助线的方法或用Measure命令确定交点，最后连线，擦除辅助线并修剪多余的边。具体操作如下：Command：PdmodeNew value for PDMODE：3Command：MeasureSelect object to measure：（在靠近A点处选择线段AF）/Block： 9.7927Command：MeasureSelect object to measure：（在靠近D点处选择线段DF）/Block：152.3AutoCAD2006的三维空间2.3.1三维空间基础AutoCAD最初是由平面绘图软件发展而来，尽管到现在仍有许多人把它当作一个平面绘图软

38、件来使用，但是现在它实际上已经把三维功能和谐地融合在一起了，三维设计已经成为AutoCAD的核心设计手段。我们不妨把它看成一个三维软件，而把平面绘图看成是三维绘图的一个特例。用户随时可以在图形中加入三维对象，也可以通过Move、Strech、Rotate等编辑命令，把平面上的直线林Line命令（）、圆弧Arc（）等变换到三维空间，或通过Change、Chprop命令增加平面对象的厚度，使之转化为三维物体12。对于平面图，我们同样可以从三维角度来观察。AutoCAD的三维空间是计算机虚拟的三维空间，我们当然不能真正钻进去，但是我们却可以利用AutoCAD提供的各种工具，身临其境般地在里面建造、编

39、辑和观察物体的模型。这有点像在玩三维电脑游戏。当我们指挥着游戏的角色在屏幕里运动时，仿佛自己就是游戏里的角色，在那虚拟的三维空间里漫步。2.3.2笛卡尔坐标系AutoCAD的三维空间是一个有笛卡尔坐标系定义的、无限延伸的空间，图所示为笛卡尔坐标系的坐标轴和坐标平面，在AutoCAD中，称此坐标系为世界坐标系（WCS）。3根坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，它们之间相对关系由右手定则确定。右手定则不仅可以用于确定坐标轴的关系，还可以用来确定AutoCAD对象或坐标系绕坐标轴旋转角度的正负，中指向手心方向翘起，将拇指和食指分别与坐标轴的X轴和Y轴对齐，则中指所指的方向就是Z轴的正方向，右边的手势用来判

40、断旋转的方向；翘起大拇指，握紧其余四指，将大拇指的方向对准旋转轴的方向，则其余四指的指向就是选装的正方向。除WCS外，AutoCAD还允许用户自己定义坐标系，称为用户坐标系（UCS）。用户坐标系同样遵循右手定则。2.3.3直角坐标、圆坐标和球坐标AutoCAD有3种方式 的描述点在三维空间的位置直角坐标系、圆柱坐标和球坐标，在三维作图过程中，模型的建立和编辑、视图变换等都离不开这3种坐标，灵活使用这3种坐标将给作图带来很大的方便。1） 直角坐标直角坐标用三维点在坐标系 的X轴、Y轴和Z轴上的对应值来描述点的位置，其形式为（X，Y，Z），与二维点的直角坐标（X，Y）相比，多了一个Z轴方向的坐标。

41、2） 圆柱坐标在二维点的极坐标的基础上再加一个Z坐标值，便得到三维点的圆柱坐标。其形式为（dn1,Z），其中d代表点到坐标系Z轴的距离，nl代表该点与坐标系原点的连线在XY平面上的投影与X轴的夹角，Z代表点的Z坐标值。如果在坐标值的前面加个“”字符，则表示该坐标值为相对坐标，相对于前一个输入的点，即相当于在前一个输入点处建立了一个3坐标轴与当前坐标系的坐标轴平行的用户坐标系。3） 球坐标在二维极坐标的基础上加一个点与坐标系原点的连线与XY平面的夹角，便得到三维点的球坐标。球坐标的形式为（dn1n2），其中d和n1的含义与圆柱坐标的相同，n2代表点与坐标系的原点的连线与XY平面的夹角。与直角坐标

42、和圆柱坐标一样，可以在坐标值前面加一个 “”符号。2.4三维模型的建立2.4.1三维建模概述Auto CAD的三维建模能充分体现出其通用CAD软件平台的特点，即建模手段多样化，在同一系统里集成了线框模、表面建模和实心体建模等多种建模手段，以适应不同的应用要求。AutoCAD还提供了十分丰富的图形对象。除了很多三维图形外对象外，大多数二维对象，如圆、平面多义线、轨迹线、区域等，也可以通过拉伸和坐标变换等办法构成三维模型。完成同一件工作，往往有多种不同的方法，大体上可以分为以下几种方法：1) 用Line 命令或3Dpoly命令建立三维线框。2) 用Line 命令或3Dpoly命令建立三维线框。然后

43、用3Dface命令、Edgesurf命令蒙面。3) 用Pline命令画一段长70、宽45、厚30的多义线。4) 用Pline命令或Rectangle命令画底面矩形，然后设置线的厚度为30、最后用Pface命令添加上下表面。5) 用Solid命令画一个长70、宽45、厚30的平面实心体。6) 用3D命令的Box选相建立一个表面立方体。7) 用Box命令建立实心立方体8) 用Pline命令或Rectangle命令画一个长7、宽45的矩形，然后用Extrude命令拉伸成实心体。2.4.2圆（circle命令）操作命令如下Command:EllipseArc/Center/lsocircle/:lso

44、circleCenter of circle:(选择一个中心点)/Diameter:(输入圆半径值或者键入“D”后输入直径值)另一种比较直接的方式就是点击图标，这种方式直接而又简便，不用记忆繁琐的操作命令。首先选中，画圆的操作图标。（命令）在页面的最下会出现，如图2-6如图2-6 圆的操作命令让你确认圆心，如果你想要的圆心就是 坐标点的话输入“” 。即可确认坐标点为圆心。如图2-7如图2-7 圆直径和半径的确定让你选者相应的半径或直径，如材料给的是直径，可直接输入“D”然后键入直径尺寸，即可得到所要的图，如图2-8图2-8 根据操作系统生成的图形2.4.3维实体拉伸（Extrude命令）用Ex

45、trude命令可以拉伸很多平面对象，如圆（Circle）、椭圆（Ellipse）、封闭的平面多义线（Polyline）、封闭的平面样条曲线（Spline）、区域（Region）、平面实心体（Solid）、三维面（3Dface）等等，以建立拉伸实心体。系用根据被拉伸的平面对象所确定的坐标系（Object UCS）来确定拉伸方向的正负，与Z轴同向为正，反之为负。也可以沿指定的路径拉伸。单击Solids工具条的Extrude按钮（）或者选择下拉菜单的DrawSolidsExtrude选项，可执行此命令13。命令操作如下：Command：Extrude Select objects： (选择拉伸的路径

46、对象)Path/：（输入拉伸的高度或键入P选择拉伸的路径）1) 沿被拉伸对象所确定的UCS的Z轴方向拉伸这是缺省的拉伸方式。在Path/：提示下输入拉伸的高度，可以建立拉伸实心体。若输入的拉伸高度为正值，则拉伸方向与Z轴相同；若为负值则与Z轴方向相反。输入拉伸高度后，系统继续提示用户输入拉伸斜角：Extrude taper angle ：（输入拉伸斜角或按回车）拉伸斜角即拉伸对象坐标系（Object UCS）的Z轴的夹角，其有效值在正负90之间。若设置拉伸角度为正值，则拉伸实心体沿拉伸方向收缩；若设置拉伸角度为负值，则拉伸实心体沿拉伸方向扩大。拉伸斜角不能使拉伸实心体在到达拉伸高度之前收缩为一

47、点，否则系统会出现错误信息，拉舍操作将不能进行。如图2-9所示由封闭平面样条曲线拉伸的实心体，Taper Angle=0此外，椭圆和封闭的样条多义的拉伸斜角只能为0，否则系统也将出现错误提示，表示拉伸操作不能进行。图2-9 椭圆拉伸都的效果（椭圆是不可以被存在拉伸斜角）2) 沿指定的路径拉伸在Path/：提示下选择Path选项，系统继续提示用户选者拉伸路径，路经可以使直线、圆、圆弧、椭圆、椭圆弧、二维多义线和平面样条曲线等等。路径不能与被拉伸对象位于同一平面，其形状不能过于复杂。如图2-10所示拉伸实心体从被拉伸对象所在的平面开始，到一个与路径的末端垂直的平面结束。路径上必须有一个端点在被拉伸

48、对象所在的平面上，否则AutoCAD将自动把路径移动到被拉对象的中点上。如果路径是平面样条曲线，则样条曲线必须在其中一个端点的切线方向与被拉伸对象垂直，否则AutoCAD将旋转被拉伸对象，使它与样条曲线路径垂直；如果样条曲线路径中的一个端点在被拉伸对象所在的平面上，则AutoCAD将绕这个点旋转被拉伸对象，否则AutoCAD将自动把样条曲线路径移动到被拉伸对象中心点，并绕中心点旋转被拉伸对象。如果拉伸路径为段直线构成的二维或三维多义线，则拉伸实心体将斜接于平分多义线上相邻2节（Segment）的夹角的平面上。如果拉伸路径不时封闭，则被拉伸对象必须位于斜接平面上，否则AutoCAD将自动把被拉伸

49、对象旋转到斜接平面上。图2-10 指定路径拉伸实心体实例并不是所有的路径都可以用来创建拉伸实心体，在下面几种情况下，拉伸体的创建的创建可能会失败：1) 离拉伸对象所在的平面太近。2) 路径太复杂。3) 相对拉伸对象来说，曲率太大。2.4.4差集（Subtract命令）此命令可以对2个实心体执行减发运算，执行此命令的过程就像用去除材料以外的办法对零件进行机械加工。3D锅炉模型设计以管子为主，换句话说是个管子的世界.所以得进行必要的差集，把以上的2圆柱体，差集掉其中一个14，如图2-11所示单机ModifyII工具条的Subtract 按钮（）或者选者下拉菜单的ModifyBooleanSubtr

50、act选项，可执行此命令。命令操作如下： Command: SubtractSelect solids and regions to subtract from. Select object: (选择被减去的实体).Select objects: (输入回车)Select solids and regions to subtractSelect objects:（选择减去的实心体）.Select objects: (输入回车)图2-11 差集操作后的效果接下来就可以按3D锅炉模型设计的相关材料，进行设计了。第三章 锅炉3D模型设计3.1 省煤器3.1.1省煤器的作用省煤器布置子在烟气温度较低的

51、锅炉尾部，它的主要作用是：1) 省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，对于低参数锅炉，可降低排烟温度，提高锅炉热效率，节省燃料。2) 省煤器的采用提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与给水之间的温度差，从而使锅筒热应力降低，可提高锅筒的寿命。3.1.2省煤器结构大容量、高参数锅炉均采用钢管式省煤器，它是由许多并列的蛇形无缝钢管和进出口联箱组成的。省煤器管用外径为28-51mm （本次设计采用的是外径50mm）的无缝钢管弯制而成，材料一般为20G碳钢，管子水平放置，以便在停炉后能放尽存水，减少停炉期间的腐蚀。省煤器中的水由下而上流动，便于排出水中的气体，防止管内金属的局部氧腐蚀。烟气一般自上而下流动

52、，使烟气与水逆向流动，增加传热温差，提高传热效果15。省煤器管组采用错列布置方式时，结构紧凑，传热效果好，且积灰减轻。采用顺列布置时，便于吹灰，且管组悬吊简单。3.1.3省煤器的布置现代大型锅炉常采用悬吊式省煤器。省煤器出口联箱上的引用管既可悬吊省煤器，又可悬吊过热器和再热器。省煤器可以采用水流方向与锅炉前墙垂直或平行两种布置方式。布置方式的不同将影响省煤器的水流速度和外部磨损等情况。如图3-1、图3-2所示图3-2 省煤器二维线框图图3-2 省煤器着色体图3.2直流式煤粉燃烧器3.2.1煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是煤粉锅炉燃烧设备的主要部件。其主要作用是：1) 向锅炉炉膛内输送燃料和空气；2

53、) 组织燃料和空气及时、充分地混合；3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定地着火，迅速、完全地燃尽。煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，使煤粉被迅速加热到着火温度，一般将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧16。直流燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。直流射流的主要特点是沿流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定的射流核心区，且一次风和二次风的后期混合比较强。3.2.2四角布置直流燃烧器的工作原理

54、直流燃烧器一般布置在炉膛四角上，煤粉气流在射出喷口时，虽然是直流射流，但当四股气流到达炉膛中心部位时，以切圆形式汇合，形成旋转燃烧火焰方式。同时在炉膛内形成一个自下而上的漩涡状气流。3.2.3旋流燃烧器（本次锅炉3D模型设计所选用的燃烧器）旋流燃烧器由圆形喷口组成，燃烧起中装有各种形式的旋流发生器。（称旋流器）17。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋流射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。与直流射流相比，旋转气流同时具有向前运动的轴向速度和沿圆周运动的切向速度。这就使气流在流动方向上，沿轴向与切向的扰动能力增强，因而气流衰减速度比较快

55、，射程短。旋转气流的主要特性表现为旋流强度。如图3-3所示。图3-3 旋流燃烧器的二维线框图国内用得最多的煤粉预燃室是旋流式煤粉预燃室。其工作原理是：煤粉空气混合物通过一次风管经过轴向旋流叶片，旋转进入带有圆锥形进口端盖的圆筒形预燃室，把旋转气流引向圆筒形预燃室的壁面，使预燃室中心部位产生一个很大的回流区，把高温烟气反向引回到一次风的根部，使送入预燃室的煤粉气流能稳定地着火。预燃室的二次风分为两股，主要部分为根部直流二次风，它经由不旋转的直叶片进入预燃室；另一部分为在预燃室出口附近通过直叶片或带有旋转倾角的叶片送入预燃室的出口二次风。根部的直流二次风并不会破坏预燃室的中心回流区，相反却能增大回

56、流区，并使筒壁面不积存煤粉和灰粒，有利于预燃室的长期运行。一次风的旋流强度对预燃室内回流区和三“高区”的形成有很大的影响。过大的一次风旋流强度，预燃室中不能形成“三高区”，煤粉气流不易着火，火焰不易稳定。只有当一次风有较小而适当的旋流强度时，此时煤粉比气体有较大的轴向运动惯性，就使得煤粉和与煤粉一起喷出的气体产生相对的分离，气体较多地贴着预燃室的圆筒内壁面流动，煤粉则在回流区的边缘附近集结，此处便形成高煤粉浓度的区域，这个区域正靠近回流区，温度很高，达900以上，而且也有较高的氧浓度，这就形成有利于着火的“三高区”，煤粉颗粒在三高区内被迅速加热，升温，很快析出挥发分并着火燃烧。煤粉颗粒在“三高区”着火后，由于根部二次风和出口二次风的及时和分阶段送入，着了火的煤粉颗粒迅速扩散到含氧量比较充分的主气流中去，有利于煤粉的继续燃烧和燃尽，如图3-4所示。图3-4 旋流燃烧器的着色体图旋流式煤粉预燃室内由于“三高区”的存在，煤粉气流着火的稳定性比一般煤粉炉的燃烧器好得多。在我国电站锅炉的实践中，证明能够成功地燃用劣质烟煤，贫煤和无烟煤。稳燃作用和节油效果比较显著。旋流式煤