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摘 要：石油集输系统设备众多且贵重复杂，设备工作原理仿真可以直观地将设备工作过程表现出来，帮助集输工更好的认识、操控、掌握集输系统设备，提高了集输工的培训效率，降低了石油线路危险事故发生的概率。利用仿真技术，对设备进行三维建模、动画仿真、渲染输出，最终得到输油系统设备工作原理的三维仿真动画。
关键词：石油集输系统；仿真技术；三维建模；仿真动画
中图分类号：TE866 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0013-02
石油集输系统的石油线路安全是首要关注的重点，是系统高效运作的保障，而且关乎石油线路工作人员的生命安全。因此，需要集输工深入把握相关设备的工作原理，以保证设备的高效运作。特别是集输系统具有设备多、系统杂、技术难等特点，学习把握起来具有相当的难度，而且有些设备是从国外进口的，价值较高且工艺更加复杂，因此，掌握其技术工艺、工作原理就更加重要，但往往又较难实现，即使是理解更多得也是出于表面理论的简单理解，对于内部原理、故障维修等较难从实质上掌握。为了便于石油线路工作人员能够更好地维护设备、操作展示设备工作的内部原理，有助于集输工深入把握系统设备的工艺、技术，在出现问题的时候能及时解决处理，进而利于石油线路故障的发生，提高了石油线路的运作效率，最终提供石油生产效率。
1 仿真技术框架
1.1 系统技术概述
对设备工作原理进行仿真建立在对其结构科学认识、原理的细致剖析基础之上，进而利用三维建模技术和动画成像技术来实现仿真过程，主要的技术框架，如图1表示。
1.1.1 建模技术
三维建模的仿真技术广泛应用于机械设计方面，可以通过Solid works， Auto CAD，3Dmax等软件来实现，也有应用特点。对于相关技术平台的选择要建立在资料的现实性、科学性和原始性分析基础之上。通过阅读相关的设备说明书、文献资料等，结合对应的所属设备的现场调研、取证与结构的特性，构造出符合实际的三维造型。
1.1.2 仿真技术
石油设备类型多、结构复杂，对不同类型的多种设备进行系统得学习，了解、熟悉并能熟练掌握其工作原理，才能进行正确的系统设计。其中对于集输系统里面的各种泵、阀、计量器、过滤器等设备的原理仿真设计，同样要对其原理深入把握、充分理解，以尽可能降低设计误差。
1.2 石油集输系统设备分析
1.2.1 原理分析
在进行设备系统进行仿真前，要对石油集输系统主要设备的工作原理进行详细分析，这是一个基础。通过对蝶阀和水平中开多级离心泵设备来说明这一过程。
蝶阀是截止阀的一种，或者称为翻板阀，可以作为低压管道介质的开关控制，结构比较简单，属于调节阀。蝶阀的关闭件的形状为圆盘状，通过阀轴的绕中心转动来实现开启、关闭动作。可以作为空气、各种液体（包括腐蚀性介质、油品、液体金属、带放射性物质）、相应的气体等的控制切断和节流的阀门。作为蝶阀启闭功能的圆盘状碟版通过轴动来实现开启、关闭、调节的作用。具体过程为通过手动来使手轮进行旋转，使得阀杆旋转起来，进而作用到了阀杆轴承，并带动了阀芯，最后控制液体的导流。
水平中开多级离心泵起到排送各种污水、具有腐蚀性的液体或是清水，经常被用在城市的供水、电站排水、工长或矿山给排水、农田排灌与各种水利工程。水平中开多级离心泵启动后，电动机通过联轴器使泵叶转动，使得通过的液体随着叶轮的叶片共同转动，产生的离心力将液体经过叶片流道、蜗壳一直推动到打开出口阀门的排出管。叶轮的旋转产生的机械能传递给液体，形成压力能与动能，利用这些能量液体到达下一个位置。如图2所示。
1.2.2 设计方案
熟悉了各个设备的工作原理，利于在方案设计时候能够综合考虑，以最大程度的减少运作过程中的操作误差，防止返工与错漏的发生。为了使得发挥出最大的工作效用，一般来说高效的设计方案要注意一些程序。
首先要对各种设备的构造原理、主要功能进行了解，通过各种期刊文献的检索把握相关文献资料，其中网络上的图片、视频等也是重要的参考资料。
其次，对设备的结构尺寸等数据进行CAD数据建立，并将数据导入到3Dmax中以建立起三维仿真模型；
第三，依据设备的工作机理，在上述模型上进行动画制作；
第四，将上述动画进一步设置实现视频效果的输出。
2 石油集输系统设备三维仿真模型的构建
2.1 建模要点
模型建立是系统仿真过程的重点，也是保证仿真信度的基础。一个高效的模型要尽量使模型面数减少，防止多余面片的出现。可以利用石油系统设备的一些特点来优化建模过程，如利用对称性质，通过一个面度的建立来实现具有对称特点面度的构建。有些结构部件具有同一性，一个部件的建立好后，利用复制的方法实现其他部件的建模。这一点在众多的螺丝和螺母中较为突出，可以减少相同工作的工作量。同时，注意对部件进行合适的命名，一个合理的命名也可以减少不必要的麻烦，方便在众多类型部件中的查找、检索，减少不必要的时耗。
2.2 建模过程
通过蝶阀手轮的建模来说明设备建模的基本过程，运用的主要工具为CAD，3Dmax等。通过CAD来构建边界轮廓，然后将具体尺寸输出3Dmax中。在手轮线条修改界面中，点选“在视图中启用”和“在渲染中启用”按钮可以变动其厚度、变数等参数。在修改器中点选“挤出”选项来对中间轴盘心的段数进行更改设置，应用box对模型进行扩展，并通过不断调整、美化等来细化，同时借鉴现实素材处理材质贴图。在反复修改、对比、借鉴的基础上得到需要的手轮成品模型。蝶阀中的其他部件，如蝶阀切入式阀座、阀芯等，也是类似的建模步骤，通过部件的整合最终得到蝶阀模型。水平中开多级离心泵的建模也是类似过程，虽然其结构较为复杂。具体的过程先两边动力轴，再外壳，再内部，每形成一个部件就要形成相应的名字，为后续的检索、修改打下基础，节省建模时间，提高效率，通过不断得修改完善建立起水平中开多级离心泵模型。 3 石油集输系统设备仿真设计与实现
3.1 动画仿真设计
动画仿真设计以工作原理为依据，在集输系统里，液体的流动方向代表了设备的工作过程。通过箭头来指示液体的流通方向建立起柱体模型，然后以此为基础不断拓展。
3.1.1 蝶 阀
蝶阀通过手轮的旋转实现阀芯的打开和关闭操作，动画仿真时首先绘出手轮的转动动画，拉动时间的轴滑动条。点击“旋转”按钮来控制手轮的角度设置，通过绘制阀芯的旋转动画开启阀门，基于阀芯轴心的中心点，点击“旋转”按钮来设置阀芯转动角度。
3.1.2 水平中开多级离心泵
水平中开多级离心泵的内部构造较为复杂，因此在动画仿真时先进行外面壳体的设置。设置时先选中，拖到时间轴，调整外壳对象的属性，设置可见性为0.5，可以得到外表的透明动画。在设置叶轮动画时，需要利用围绕叶轮的一条缠绕线来实现动画路径绑定，然后绘制出整体的叶片动画图。同时绘制出箭头流动线的路径绑定动画，进行复制，得到多个箭头动画。为了展示出水平中开多级离心泵的复杂内部构造，需要在上面的设置过程后进行视图摄像机设置，摄像机的旋转以箭头的流动方向为依据，这样会更加直观的展现出水平中开多级离心泵的运作机理。
3.2 仿真动画输出
设备的三维仿真动画绘制完毕后，就可以进行渲染输出，主要进行相关的输入设置。通过共用参数来确定动画的输出大小、格式、范围与文件位置等，点选“渲染”按钮实现设定文件的输出。上文以通过对蝶阀、水平中开多级离心泵等设备原理的描述、建模的过程与操作关键，说明了集输系统的三维动画仿真技术。特别是为了展示水平中开多级离心泵的内部复杂结构，应用了基于箭头式流动方向的摄像机动画，使得其工作原理、运作过程得到了直观的表现。三维建模仿真动画技术在石油集输系统中的广泛应用，为行业的高效运作提供了有利的工具，推动了石油产业集约式、科学化、持久的发展，这一技术的推广具有重要的理论与现实意义。
参考文献：
[1] 李佳，高炜欣，汤楠.长输管道场站操作指导系统关键技术[J].油气田地 面工程，2010，（5）.
[2] 赵会军，张青松.输油管道仿真技术极其发展趋势[J].新疆石油天然气，2007，（2）.
[3] 巫世晶.设备管理工程[M].北京：中国电力出版社，2007.
[4] 陆峰.石油集输系统设备工作原理仿真设计[J].软件导刊·教育技术，2014，（10）.
[5] 徐翠香.后石油时代的来临及化工领域的应对思考[J].云南化工，2008，（4）.
[6] 杨超，范士娟.液压与气压传动CAI三维动画设计[J].机床与液压，2004，（5）.
关键词：石油集输系统；仿真技术；三维建模；仿真动画
中图分类号：TE866 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0013-02
石油集输系统的石油线路安全是首要关注的重点，是系统高效运作的保障，而且关乎石油线路工作人员的生命安全。因此，需要集输工深入把握相关设备的工作原理，以保证设备的高效运作。特别是集输系统具有设备多、系统杂、技术难等特点，学习把握起来具有相当的难度，而且有些设备是从国外进口的，价值较高且工艺更加复杂，因此，掌握其技术工艺、工作原理就更加重要，但往往又较难实现，即使是理解更多得也是出于表面理论的简单理解，对于内部原理、故障维修等较难从实质上掌握。为了便于石油线路工作人员能够更好地维护设备、操作展示设备工作的内部原理，有助于集输工深入把握系统设备的工艺、技术，在出现问题的时候能及时解决处理，进而利于石油线路故障的发生，提高了石油线路的运作效率，最终提供石油生产效率。
1 仿真技术框架
1.1 系统技术概述
对设备工作原理进行仿真建立在对其结构科学认识、原理的细致剖析基础之上，进而利用三维建模技术和动画成像技术来实现仿真过程，主要的技术框架，如图1表示。
1.1.1 建模技术
三维建模的仿真技术广泛应用于机械设计方面，可以通过Solid works， Auto CAD，3Dmax等软件来实现，也有应用特点。对于相关技术平台的选择要建立在资料的现实性、科学性和原始性分析基础之上。通过阅读相关的设备说明书、文献资料等，结合对应的所属设备的现场调研、取证与结构的特性，构造出符合实际的三维造型。
1.1.2 仿真技术
石油设备类型多、结构复杂，对不同类型的多种设备进行系统得学习，了解、熟悉并能熟练掌握其工作原理，才能进行正确的系统设计。其中对于集输系统里面的各种泵、阀、计量器、过滤器等设备的原理仿真设计，同样要对其原理深入把握、充分理解，以尽可能降低设计误差。
1.2 石油集输系统设备分析
1.2.1 原理分析
在进行设备系统进行仿真前，要对石油集输系统主要设备的工作原理进行详细分析，这是一个基础。通过对蝶阀和水平中开多级离心泵设备来说明这一过程。
蝶阀是截止阀的一种，或者称为翻板阀，可以作为低压管道介质的开关控制，结构比较简单，属于调节阀。蝶阀的关闭件的形状为圆盘状，通过阀轴的绕中心转动来实现开启、关闭动作。可以作为空气、各种液体（包括腐蚀性介质、油品、液体金属、带放射性物质）、相应的气体等的控制切断和节流的阀门。作为蝶阀启闭功能的圆盘状碟版通过轴动来实现开启、关闭、调节的作用。具体过程为通过手动来使手轮进行旋转，使得阀杆旋转起来，进而作用到了阀杆轴承，并带动了阀芯，最后控制液体的导流。
水平中开多级离心泵起到排送各种污水、具有腐蚀性的液体或是清水，经常被用在城市的供水、电站排水、工长或矿山给排水、农田排灌与各种水利工程。水平中开多级离心泵启动后，电动机通过联轴器使泵叶转动，使得通过的液体随着叶轮的叶片共同转动，产生的离心力将液体经过叶片流道、蜗壳一直推动到打开出口阀门的排出管。叶轮的旋转产生的机械能传递给液体，形成压力能与动能，利用这些能量液体到达下一个位置。如图2所示。
1.2.2 设计方案
熟悉了各个设备的工作原理，利于在方案设计时候能够综合考虑，以最大程度的减少运作过程中的操作误差，防止返工与错漏的发生。为了使得发挥出最大的工作效用，一般来说高效的设计方案要注意一些程序。
首先要对各种设备的构造原理、主要功能进行了解，通过各种期刊文献的检索把握相关文献资料，其中网络上的图片、视频等也是重要的参考资料。
其次，对设备的结构尺寸等数据进行CAD数据建立，并将数据导入到3Dmax中以建立起三维仿真模型；
第三，依据设备的工作机理，在上述模型上进行动画制作；
第四，将上述动画进一步设置实现视频效果的输出。
2 石油集输系统设备三维仿真模型的构建
2.1 建模要点
模型建立是系统仿真过程的重点，也是保证仿真信度的基础。一个高效的模型要尽量使模型面数减少，防止多余面片的出现。可以利用石油系统设备的一些特点来优化建模过程，如利用对称性质，通过一个面度的建立来实现具有对称特点面度的构建。有些结构部件具有同一性，一个部件的建立好后，利用复制的方法实现其他部件的建模。这一点在众多的螺丝和螺母中较为突出，可以减少相同工作的工作量。同时，注意对部件进行合适的命名，一个合理的命名也可以减少不必要的麻烦，方便在众多类型部件中的查找、检索，减少不必要的时耗。
2.2 建模过程
通过蝶阀手轮的建模来说明设备建模的基本过程，运用的主要工具为CAD，3Dmax等。通过CAD来构建边界轮廓，然后将具体尺寸输出3Dmax中。在手轮线条修改界面中，点选“在视图中启用”和“在渲染中启用”按钮可以变动其厚度、变数等参数。在修改器中点选“挤出”选项来对中间轴盘心的段数进行更改设置，应用box对模型进行扩展，并通过不断调整、美化等来细化，同时借鉴现实素材处理材质贴图。在反复修改、对比、借鉴的基础上得到需要的手轮成品模型。蝶阀中的其他部件，如蝶阀切入式阀座、阀芯等，也是类似的建模步骤，通过部件的整合最终得到蝶阀模型。水平中开多级离心泵的建模也是类似过程，虽然其结构较为复杂。具体的过程先两边动力轴，再外壳，再内部，每形成一个部件就要形成相应的名字，为后续的检索、修改打下基础，节省建模时间，提高效率，通过不断得修改完善建立起水平中开多级离心泵模型。 3 石油集输系统设备仿真设计与实现
3.1 动画仿真设计
动画仿真设计以工作原理为依据，在集输系统里，液体的流动方向代表了设备的工作过程。通过箭头来指示液体的流通方向建立起柱体模型，然后以此为基础不断拓展。
3.1.1 蝶 阀
蝶阀通过手轮的旋转实现阀芯的打开和关闭操作，动画仿真时首先绘出手轮的转动动画，拉动时间的轴滑动条。点击“旋转”按钮来控制手轮的角度设置，通过绘制阀芯的旋转动画开启阀门，基于阀芯轴心的中心点，点击“旋转”按钮来设置阀芯转动角度。
3.1.2 水平中开多级离心泵
水平中开多级离心泵的内部构造较为复杂，因此在动画仿真时先进行外面壳体的设置。设置时先选中，拖到时间轴，调整外壳对象的属性，设置可见性为0.5，可以得到外表的透明动画。在设置叶轮动画时，需要利用围绕叶轮的一条缠绕线来实现动画路径绑定，然后绘制出整体的叶片动画图。同时绘制出箭头流动线的路径绑定动画，进行复制，得到多个箭头动画。为了展示出水平中开多级离心泵的复杂内部构造，需要在上面的设置过程后进行视图摄像机设置，摄像机的旋转以箭头的流动方向为依据，这样会更加直观的展现出水平中开多级离心泵的运作机理。
3.2 仿真动画输出
设备的三维仿真动画绘制完毕后，就可以进行渲染输出，主要进行相关的输入设置。通过共用参数来确定动画的输出大小、格式、范围与文件位置等，点选“渲染”按钮实现设定文件的输出。上文以通过对蝶阀、水平中开多级离心泵等设备原理的描述、建模的过程与操作关键，说明了集输系统的三维动画仿真技术。特别是为了展示水平中开多级离心泵的内部复杂结构，应用了基于箭头式流动方向的摄像机动画，使得其工作原理、运作过程得到了直观的表现。三维建模仿真动画技术在石油集输系统中的广泛应用，为行业的高效运作提供了有利的工具，推动了石油产业集约式、科学化、持久的发展，这一技术的推广具有重要的理论与现实意义。
参考文献：
[1] 李佳，高炜欣，汤楠.长输管道场站操作指导系统关键技术[J].油气田地 面工程，2010，（5）.
[2] 赵会军，张青松.输油管道仿真技术极其发展趋势[J].新疆石油天然气，2007，（2）.
[3] 巫世晶.设备管理工程[M].北京：中国电力出版社，2007.
[4] 陆峰.石油集输系统设备工作原理仿真设计[J].软件导刊·教育技术，2014，（10）.
[5] 徐翠香.后石油时代的来临及化工领域的应对思考[J].云南化工，2008，（4）.
[6] 杨超，范士娟.液压与气压传动CAI三维动画设计[J].机床与液压，2004，（5）.