姬興達(dá)，何鑫，陳斌，李斌，張皓

（1 北京高泰深海技術(shù)有限公司天津分公司，天津 300456）（2 海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

引言

水下管匯是用于匯集生產(chǎn)流體，分配、控制及監(jiān)控流體流動(dòng)的水下設(shè)施。承壓和功能部件通過外部結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行保護(hù)，底部通過吸力錨、防沉板等基礎(chǔ)進(jìn)行支撐。水下管匯常集成各類工藝管道、液壓管道和藥劑管道，并包含水下球閥、閘閥、藥劑閥等開關(guān)設(shè)備以及控制系統(tǒng)設(shè)備、連接設(shè)備等[1]。

液壓管線設(shè)計(jì)使用Routing插件進(jìn)行。Routing插件是SolidWorks Premium 軟件中的一個(gè)插件。用戶可以使用Routing生成特殊類型的子裝配體，以在零部件之間創(chuàng)建管道、管筒、電力電纜或管線的路徑[2]。

使用SolidWorks的Routing插件進(jìn)行水下復(fù)雜液壓管線三維設(shè)計(jì)，相較于常規(guī)工藝管線“零部件裝配”的三維建模方式優(yōu)勢(shì)明顯。通過草圖驅(qū)動(dòng)即可調(diào)整管線路徑，用戶也無(wú)需進(jìn)行繁瑣零部件裝配，節(jié)省了大量的三維建模時(shí)間；同時(shí)充分利用三維設(shè)計(jì)軟件清晰、直觀、整齊的“交互式”用戶界面，大大降低了液壓管線設(shè)計(jì)難度，液壓管線三維建模效率提升明顯。

本文以錦州31-1氣田開發(fā)項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)為例，介紹了基于SolidWorks的Routing插件的水下管匯液壓管線的三維設(shè)計(jì)方法和步驟，為水下管匯液壓管線的三維設(shè)計(jì)提供基本思路和解決方案。

1 水下管匯液壓管線三維設(shè)計(jì)的步驟

液壓管線設(shè)計(jì)一般在水下管匯設(shè)計(jì)的末期進(jìn)行，在UTH、邏輯帽、SCM、液飛線等設(shè)備明確接口尺寸和接口位置布局之后，再進(jìn)行液壓管線的布置。布置過程中，要充分考慮各個(gè)設(shè)備間的布局，根據(jù)布局確定液壓管線在管匯空間內(nèi)部的走向。這也需要在布置這些水下設(shè)備時(shí)，就充分考慮之后液壓管線的布置，為液壓管線布置預(yù)留出恰當(dāng)?shù)目臻g。

使用SolidWorks的Routing插件進(jìn)行水下管匯液壓管線的三維設(shè)計(jì)可按照以下四個(gè)步驟進(jìn)行：1.確定相關(guān)零件的尺寸規(guī)格；2.新建步路零件庫(kù)或者在已有步路零件的設(shè)計(jì)表中添加新規(guī)格；3.液壓管線路由設(shè)計(jì)及布置；4.工程圖繪制[3][4][5]。

2 確定相關(guān)零件的尺寸規(guī)格

一條典型的液壓管線主要包括各種規(guī)格的管道、彎頭、三通、變徑、閥門等零件。明確這些零件的選型規(guī)格和各個(gè)接口的位置布局是開展液壓管線設(shè)計(jì)的前提條件。為了盡量減少設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致的液壓管線三維設(shè)計(jì)更改，液壓管線設(shè)計(jì)應(yīng)在各種設(shè)計(jì)參數(shù)都鎖定后再開展。需要鎖定的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括下圖五點(diǎn)：

圖1 需要鎖定的液壓管線設(shè)計(jì)參數(shù)

3 新建步路庫(kù)零件或者在已有步路零件的設(shè)計(jì)表中添加新規(guī)格

SolidWorks自帶多種默認(rèn)的步路庫(kù)零件，有多種尺寸規(guī)格可供選擇。但由于每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)和供應(yīng)商的差異，默認(rèn)的步路庫(kù)零件中提供的零件不一定能滿足設(shè)計(jì)要求，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)者按照實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)自行構(gòu)建新的步路庫(kù)零件。

很多線路所需的零部件都可以通過Routing LibraryManager中的Routing零部件向?qū)?lái)創(chuàng)建。根據(jù)向?qū)е械奶崾具x擇線路類型、零部件類型，在零部件中設(shè)置必要的步路功能點(diǎn)（連接點(diǎn)、步路點(diǎn)）、步路幾何體和配合參考等，來(lái)完成步路零件的創(chuàng)建。

通常創(chuàng)建新步路零部件的最佳方法是復(fù)制相似的現(xiàn)有步路零部件并對(duì)其進(jìn)行編輯以滿足使用要求。復(fù)制相似的現(xiàn)有步路零部件到指定位置，打開零件配置中的設(shè)計(jì)表，在設(shè)計(jì)表中添加本項(xiàng)目需要的零件參數(shù)，并刪除多余的零件參數(shù)。保存設(shè)計(jì)表即可完成對(duì)零件規(guī)格參數(shù)的添加和修改。

圖2 Routing LibraryManager界面

圖3 零件設(shè)計(jì)表

4 液壓管線路由設(shè)計(jì)及布置

在規(guī)模較大的管匯中布置液壓管線，由于相關(guān)設(shè)備的排布復(fù)雜，液壓管線數(shù)量眾多，液壓管線排布及后期修改的難度都將成倍數(shù)增加。在液壓管線設(shè)計(jì)布置之初就進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，確保后期的修改調(diào)整便捷高效，顯得尤為重要。液壓管線路由的設(shè)計(jì)及布置可以從以下三個(gè)方面開展。

(1) 起始點(diǎn)布置：考慮到設(shè)計(jì)的液壓管線之后需要重新裝配到更新后的總體模型中，如果起始點(diǎn)直接選擇在原來(lái)模型的接口平面上，則會(huì)導(dǎo)致重新裝配后液壓管線裝配體的參考丟失報(bào)錯(cuò)。為了方便總體模型更新后的重新裝配，可以新建液壓管線之前，以總體的基準(zhǔn)面為參考，新建參考基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)面與總基準(zhǔn)面的距離由接口平面決定，以保證該基準(zhǔn)面與接口平面重合。然后以該基準(zhǔn)面起始于點(diǎn)新建管道裝配體，保證后期修改時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失參考的情況。

(2) 根據(jù)預(yù)設(shè)的管道路由進(jìn)行管排的限位：在液壓管線設(shè)計(jì)中，同一路由上的管道大體上沿著同一豎直平面或者同一水平面排布。在管道眾多時(shí)，為了快速把管道約束在同一水平面，或者快速修改同一路由下的管道位置，也可采用新建參考基準(zhǔn)面的方法。根據(jù)液壓管線支撐的位置新建基準(zhǔn)面，繪制管道路由時(shí)，將屬于該平面的管道段的草圖添加幾何關(guān)系“在平面上”，使該段路由約束在該平面上。后期小幅度修改路由位置時(shí)，只需要修改該參考基準(zhǔn)面的位置，即可修改該段路由上所有管道的位置。

圖4 液壓管線平面布置圖

圖5 液壓管線三維模型

(3) 管間距、兩折彎間的直管段長(zhǎng)度：由于管道焊接完成后需要使用射線機(jī)拍片檢驗(yàn)焊縫，所以在設(shè)計(jì)管道時(shí)需要設(shè)置足夠的管間距保證拍片能完成。由于現(xiàn)場(chǎng)彎管設(shè)備和彎管工藝的限制，在液壓管線兩折彎之間需要保留足夠的直管段長(zhǎng)度，保證液壓管線能順利彎制。

在液壓管線的起終點(diǎn)、路由路徑、管間距、兩折彎間的直管段長(zhǎng)度都預(yù)設(shè)好后，即可利用SolidWorks中的routing插件進(jìn)行具體的液壓管線建模。通過routing模塊的新建管道、繪制3D草圖線、插入步路零部件等步驟完成液壓管線模型的創(chuàng)建。通過修改3D草圖線、更改管路直徑、更改管路折彎半徑等操作完成液壓管線模型的修改。

5 工程圖繪制

在液壓管線模型設(shè)計(jì)修改完成后，根據(jù)出圖需要，將液壓管線分類生成工程圖。選取便于清晰觀察的視角，對(duì)工程圖中的液壓管線進(jìn)行尺寸標(biāo)注，并統(tǒng)計(jì)管道零件數(shù)量及規(guī)格。也可以利用工程圖自帶的功能，自動(dòng)生成管道的尺寸及零部件料單。

圖6 液壓管線工程圖

6 總結(jié)及展望

在管匯的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，液壓管線的設(shè)計(jì)布置一般在整個(gè)管匯設(shè)計(jì)的末期進(jìn)行。隨著液壓管線連接設(shè)備和接口數(shù)量的增加，液壓管線設(shè)計(jì)的工作量和復(fù)雜度也將成倍上升。提前考慮連接設(shè)備和液壓管線接口的空間布局，將有助于改善液壓管線設(shè)計(jì)的便捷性。運(yùn)用SolidWorks軟件中的Routing插件進(jìn)行液壓管線的三維設(shè)計(jì)，也將極大的提升液壓管線設(shè)計(jì)的直觀性、準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)效率。在今后水下生產(chǎn)系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)中應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大routing插件的使用范圍，將routing插件應(yīng)用到水下生產(chǎn)系統(tǒng)管匯電纜的設(shè)計(jì)中。