基于VLISP和VBA的管壳式换热器自动布管系统
摘要
本论文以原昆山市化工设备二厂设备室提出的生产实际课题为技术背景，针对化工行业最常用的设备之一——换热器，开发研制了参数化的管壳式换热器自动布管CAD系统。本文在对该类型换热器的功能、结构具体分析的基础上，对系统的总体设计、结构方案、布管算法、程序设计等诸多方面做了详细的讨论，定制开发了适宜该行业的CAD系统。本文所作的主要工作如下：
1．实现了管壳式换热器八种常用管程，四种标准布管形式(30°／45°／60°／90°)的参数化、自动化布管。系统具备两种自动布管功能：已知壳体内径布管和已知换热管根数布管。
2．完成了系统必要的设计、编辑和交互功能，包括：折流板的设计与放置，连续增添及删除换热管、拉杆等。
3．标示最大布管边界，自动标注尺寸，自动修改并输出布管参数及结果，包括：自动计算并输出每一管程的管根数、起始排数、终止排数，自动计算并输出每排热管根数与拉杆根数。
4．充分利用AutoCAD的开发性体系结构的特点和对图形数据库的操作功能，以Visual LISP和VBA为开发工具，实现不同功能模块的参数化设计及通信，提供友好直观的人机交互界面。
本系统基本按照《钢制管壳式换热器设计规定》中关于管壳式换热器布管设计的基本要求，进行参数设计与布局排管，具有浓郁的专业色彩，能够满足用户要求与设计规定，使长期以来换热器设计过程中设备与工艺之间的协调问题得到了一定程度的解决，从而缩短了设计周期并提高了设计质量。
This paper introduces the auto-arranging of heat tubes for tube-sheet heat-exchangers,the most common pressure vessels used in chemical industry. The emphasis of this paper is put on the research and development of automatic parameterized layout of this kind of heat-exchangers,based on the structural and functional analysis done by us. Therefore,the thesis involves our basic design concept,model design,basic algorithm,programming skills and interface design. The completion of the following tasks leads to our final CAD system:
1. Automatic arrangement of four standard patterns of pipelines (30?760?745 ?790 ?) and eight different flow orders, in accordance to two different design conditions:the total number of heat tubes or the inner diameter of the shell;
2. The development of basic functional models for computing, designing,editing and intercommunicating, such as the layout algorithm, the design and placement of dead block,and adding and deleting of heat tubes.
3. Automatic computation and modification of the dimension, the number of total heat tubes and rows, the body line of layout areas and other results involved.
4. The programming of various functional models and their communication,coded with Visual LISP and VBA and based on the opening structure of AutoCAD and its entity database.
According to the basic requirements of "The Regulation on the Design of Tube-sheet Heat-exchangers",this CAD system has been developed,which can produce the ideal layout the users need,shorten the designing period and better the designing quality.
1．实现了管壳式换热器八种常用管程，四种标准布管形式(30°／45°／60°／90°)的参数化、自动化布管。系统具备两种自动布管功能：已知壳体内径布管和已知换热管根数布管。
2．完成了系统必要的设计、编辑和交互功能，包括：折流板的设计与放置，连续增添及删除换热管、拉杆等。
3．标示最大布管边界，自动标注尺寸，自动修改并输出布管参数及结果，包括：自动计算并输出每一管程的管根数、起始排数、终止排数，自动计算并输出每排热管根数与拉杆根数。
4．充分利用AutoCAD的开发性体系结构的特点和对图形数据库的操作功能，以Visual LISP和VBA为开发工具，实现不同功能模块的参数化设计及通信，提供友好直观的人机交互界面。
本系统基本按照《钢制管壳式换热器设计规定》中关于管壳式换热器布管设计的基本要求，进行参数设计与布局排管，具有浓郁的专业色彩，能够满足用户要求与设计规定，使长期以来换热器设计过程中设备与工艺之间的协调问题得到了一定程度的解决，从而缩短了设计周期并提高了设计质量。
This paper introduces the auto-arranging of heat tubes for tube-sheet heat-exchangers,the most common pressure vessels used in chemical industry. The emphasis of this paper is put on the research and development of automatic parameterized layout of this kind of heat-exchangers,based on the structural and functional analysis done by us. Therefore,the thesis involves our basic design concept,model design,basic algorithm,programming skills and interface design. The completion of the following tasks leads to our final CAD system:
1. Automatic arrangement of four standard patterns of pipelines (30?760?745 ?790 ?) and eight different flow orders, in accordance to two different design conditions:the total number of heat tubes or the inner diameter of the shell;
2. The development of basic functional models for computing, designing,editing and intercommunicating, such as the layout algorithm, the design and placement of dead block,and adding and deleting of heat tubes.
3. Automatic computation and modification of the dimension, the number of total heat tubes and rows, the body line of layout areas and other results involved.
4. The programming of various functional models and their communication,coded with Visual LISP and VBA and based on the opening structure of AutoCAD and its entity database.
According to the basic requirements of "The Regulation on the Design of Tube-sheet Heat-exchangers",this CAD system has been developed,which can produce the ideal layout the users need,shorten the designing period and better the designing quality.
引文
1．殷国富等．计算机辅助设计技术与应用．科学出版社．2000
2．张淑珍．CAD系统二次开发方法的研究．西北工业大学学报．2000(6)：173-175
3．赵国辉．管壳式换热器技术进展．化学工业与工程技术．2000(4)：12—14
4．纪国富．CAD在换热器设计中的应用．冶金能源．1999(3)：35-38
5．孙奉仲．换热器的可靠性与故障分析导论．中国标准出版社．1998
6．刘珍贤．管壳式换热器设计和运行中存在的问题．贵州化工．2000(3)：38-42
7．邱树林等．换热器原理、结构、设计．上海交通大学出版社．1990
8．崔海亭等．高效能管壳式热交换器的技术进展及应用．河北工业学院．1999(3)：27—31
9．潘永亮等．化工设备机械设计基础．科学出版社．1999
10．GB 151—89钢制管壳式换热器．化学工业出版社．1989
11．孙桥等．管壳式换热器自动布管CAD系统．四川大学学报．2002(3)：122—123
12．陆应声等．强化传热元件与高效换热器进展研究．化工进展．1998．(1)：16—18
13．童秉枢．机械CAD技术基础．清华大学出版社．1999
14．清华大学国家CAD技术支撑软件工程技术研究中心．CAD技术的发展趋势．家用电器科技．1999(2)：18-19
15．孙春一．管壳式换热器CAD软件系统的设计．抚顺石油学院学报．1998(1)：37—40
16．孙家广．计算机辅助设计技术基础．清华大学出版社．2000
17．孙家广等．计算机图形学．清华大学出版社．1999
18．夏尊凤．AutoCAD开发环境述评．长沙大学学报．1999(3)：58-60
19．于彦．AutoCAD 2000开发工具的研究．辽宁工学院学报．2000(2)：44-45
20．李世国．AutoCAD高级开发技术．机械工业出版社．1999
21．余承飞等．AutoCAD 2000二次开发技术．人民邮电出版社．2000
22．何仁平．AutoCAD中的实体访问技术．武汉城市建设学院院报．1999(3)：50—53
23．王钰．用VBA开发AutoCAD 2000应用程序．人民邮电出版社．1999
24．张淑珍．CAD系统二次开发方法的研究．西北纺织工学院学报．2000(2)：173-175
25．计时鹏等．基于消息机制的CAD软件二次开发技术的研究与实践。计算机工程与应用．1999(1)：108-112
26. Zelesko. Specializing Object-oriented RPC for Functionality and Performance. ProceedingsConf. 1998. IEEF, Piscalaway, NJ , USA, 98CB35954. P175-187
27. Stevefrecman. ARX Developing Environment of AutoCAD [M]. U.S.A. Addison-Wesley. 1998
28．松居国夫(日)．换热器及配管的设计．哈尔滨工业大学出版社．1992
29．杨崇麟．板式换热器工程设计手册，机械工业出版社．1994
30．曾刚．Auto LISP编程技巧与实用程序．四川大学出版社，1997
31．郭朝勇．AutoCAD 2000二次开发技术．计算机应用．2000(4)：24—26
32．郑忠俊等．AutoCAD (R2000)及程序设计．成都科技大学出版社．2000
33．罗贻香．管壳式换热器的优化设计．石油机械．1999(9)：14-16
34．胡淑秋等．机械优化设计．成都科技大学．1989
35．王国彪．机械优化设计方法微机程序与应用．机械正业出版社．1994
36．张光斌．最佳Visual LISP及VBA for AutoCAD 2000程序123例．北京航空航天大学出版社．1999
37．李海平．AutoCAD2000中的实体访问技术研究．机械设计与制作．2000(2)：40-43
38. Lozza, G. An experimental investigation of heat transfer and friction losses of interrupted and wavy fins for fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Refrigeration v 24 n 5 August 2001 2001 p 409-416
39．Tickoo.AutoCAD 2000高级用户指南：设计·定制·开发．机械工业出版社．2000
40. Weaver, David S. Experimental study of the effect of tube-to-tube ties on fluid elastic instability in an in-line tube array . Journal of Pressure Vessel Technology, Transactions of the ASME 122 1 Feb 2000 ASME p 50-54
41．AutoCAD 2000机械设计指南．清华大学出版社．2000
42. Saboya, S.M. Experiments on elliptic sections in one-and two-row arrangements of plate fin and tube heat exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science v 24 n 1-2 March 2001 p 67-75
43．盛忠起．基于ActiveX技术用面向对象方法进行AutoCAD二次开发．电脑开发与应用2000(4)：24—28
44．Omura.AutoCAD 2000从入门到精通．机械工业出版社．1998
45．谭朝霞．中文AutoCAD 2000使用大全．机械工业出版社．1999
46．姚成虎．Activex Automation技术在AutoCAD2000二次开发中的应用．机械设计与制造．2000(5)：14-16
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49．张燕．换热器CAD系统的研制与开发．抚顺石油学院院报．1999(1)：33—36
50．王贤坤．AutoCAD在机械CAD技术中的应用．长沙大学学报．2000(2)：58-60
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