专利名称：卧式内燃型燃油燃气锅炉计算机辅助设计软件的制作方法
一、所属领域本发明属于计算机软件设计，特别涉及一种关于卧式内燃型(WNS)燃油燃气锅炉计算机辅助设计(CAD)软件。
为了实现上述目的，本发明采用了向导式设计流程。包括软件采用锅炉的形式为卧式内燃三回程湿背式燃油燃气锅炉，由炉胆、回燃室、第一管束、第二管束、前烟箱、后烟箱等主要结构构成，炉胆结构形式多样，计算机辅助设计软件(CAD)----BoilerDesigner给出了平直炉胆、平直波形组合炉胆、波形炉胆、锥形炉胆等四种常用形式的结构图；软件以单用户多任务图形操作系统WINDOWS98作为开发平台；在开发工具方面选用面向对象的可视化快速应用程序开发工具Borland C++Builder 5.0；其特征在于软件系统分为数据输入检验模块、计算模块、数据输出模块、帮助系统、打印模块、出错管理模块；
具体为热力计算(包括结构设计)、烟风阻力计算、强度计算和根据结构设计结果的视图绘制；软件还包括一些辅助功能，如“帮助系统”---用以指导使用者进行合理的参数选择和设计；“错误提示系统”---将不适当的操作和设计错误信息及时反馈给用户，帮助其进行修正；软件与外界的接口方便，有完善的目录菜单，能方便地进行贮存、打开以往设计方案，察看温焓表、设计说明书、热力计算汇总表以及锅炉本体视图；计算精度可以随设计要求由用户自行设定；还可以直接打印说明书、结构视图、热力汇总表、温焓表等；软件流程按照设计的不同性质分为21个步骤，具体的这些步骤为(1)使用提示信息，为用户设计的开始，这时无需输入参数，点击[下一步]，进入设计；(2)锅炉设计原始数据提示输入锅炉容量，给水温度，蒸汽或热水压力、温度，冷空气温度；(3)燃料性质及特性输入首先选用液体或气体燃料，显示对应成份框后输入燃料成份；(4)燃烧产物、烟气特性及锅炉热平衡计算框输入过量空气系数、各项热损失，点击[下一步]进行计算得出烟气温焓表；(5)炉胆结构设计框提示用户输入所设计的炉胆参数；(6)炉胆热力计算框点击[下一步]进行炉胆热力计算；(7)第一管束结构设计框和(9)第二管束结构设计框提示用户输入管束参数，包括管长、管内外直径、根数以及管子形式，即是光管还是螺纹管，若是后者还要给出螺纹槽深等结构参数；(8)第一管束热力计算框和(10)第二管束热力计算框点击[下一步]进行各自热力计算；(11)和(12)步计算烟风阻力，为送、引风机的选择提供依据；(13)安全阀口径校核计算框输入安全阀孔内径、提升高度，点击[下一步]校核其紧急情况下排放能力；(14)主汽阀口径校核计算框提示用户输入主汽阀口径和蒸汽流速，点击[下一步]检验主汽阀通流能力能否满足要求；(15)筒体强度计算框、(16)炉胆强度计算框、(17)烟管强度计算、(18)斜拉干强度计算、(19)直拉杆强度计算框、(20)回燃室筒体强度计算框分别完成各部件强度计算，提供筒体壁厚、拉杆直径和根数；(21)最后为完成信息提示用户锅炉设计已经完成，点击[视图]可以查看视图，点击[说明书]可以预览说明书，点击[上一步]可以回到上一步重新设计以上各框中参数。
本发明的卧式内燃型燃油燃气锅炉CAD软件，可一步一步地引导用户设计、选用参数并及时地将设计结果及出错信息反馈给用户以便作为修改参数和下一步设计的依据，在顺次完成结构设计、热力计算、烟风阻力计算、受压元件强度计算后可，运用本软件可通过计算机自行绘图将对应结构尺寸下的本体视图输出到屏幕、打印机或绘图仪上。
图1是本发明的系统数据流图，按照本发明的技术方案，软件系统分为数据输入检验模块、计算模块、数据输出模块、帮助系统、打印模块、出错管理模块；由于WINDOWS操作系统应用程序采用消息循环机制，以实现系统的多任务运行，因此在代码设计思想上不同于DOS操作系统的顺序执行概念。本软件采用向导式辅助设计流程，对每一步设计计算而言一般分为四个部分数据输入检验部分、计算部分、出错信息处理部分、结果输出部分。图2为每一步的流程图。
软件设计的一条重要原则就是以方便用户使用为目标。因此，软件在界面设计方面力求以简洁、友好、易懂、易用为特点。整个布局如图3所示。
界面主要分为三个大的部分菜单项、结果察看器和步骤提示框。菜单项分为文件、设置和帮助三项。“文件”项中又分为重新计算、查看温焓表、导出结果、打印预览、打印和退出六个子项。重新计算的功能就是结束当前的计算工作，回到第一步，当然软件会提示用户是否保存当前计算结果。查看温焓表的功能是做完燃烧产物、烟气特性或锅炉热平衡计算后，用户可以查看软件生成的温焓表，在这个模块也可实现温焓表的打印和打印预览功能。导出结果的功能是保存计算结果数据库文件。打印和打印预览都是对计算结果数据而言。打印可直接生成十六开纸的锅炉设计计算说明书。退出之前，软件会让用户确定，若没有保存结果会提示用户是否保存。结果察看器是显示设计计算结果，用户可从中查看到每一项设计计算结果，确定设计结果是否满足要求。若不满足要求，则可退回到上一步进行重新设计，若满足，则可作为下一步的设计依据。上文提到的整个设计分为21步，步骤提示框主要功能是接收当前步骤的设计数据，主要内容有数据输入框、参数推荐值按钮、帮助信息按钮。
在详细设计阶段采用面向对象和结构化设计相结合的设计方法。功能相对独立的部分设计为一个类，在类的内部对各功能进行模块化设计。这样有利于数据的保护，使软件的结构清晰，易于阅读、修改、重新使用和扩充。下面就以几个模块加以说明。1.按经验方法确定的炉胆热力计算流程图参见图4。第一步，原始数据准备冷空气焓、炉胆有效放热量Q1、理论燃烧温度、绝对理论燃烧温度、炉胆壁温、炉胆绝对壁温、假设炉胆出口温度、取定热量相对差值Δ(大于精度)；第二步，比较“热量相对差值Δ大于精度吗？”如果是，进入第三步，否，返回“真”； 第三步，计算炉胆绝对出口温度、计算火焰平均温度、计算出口烟焓、计算烟气热平衡放热量Qrp、计算传热量Qcr；第四步，计算Qrp和Qcr的热量相对差值Δ、计算Qrp和Qcr的算术平均值Qpj、计算下一次迭代焓值I＝Q1-Qpj/；第五步，“比较I≤0？”如果是，即为“出错信息”至“返回‘假’”，否，则根据I计算下一次迭代炉胆出口烟温；然后返回第二步。2.计算水和水蒸气物性类TGetH的设计类GetH的原型定义为<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[class TgetH{privatepublicdouble GetTs(double)；double GetPs(double)；double GetZH(double，double)；double GetSH(double，double)；double GetZV(double，double)； }；]]></pre>成员函数GetTs的功能是由压力计算该压力下的饱和温度；成员函数GetPs的功能是由温度计算该温度下的饱和压力；成员函数GetZH的功能是计算该温度、压力状态下水蒸气焓；成员函数GetSH的功能是计算该温度、压力状态下水的焓；成员函数GetZV的功能是计算该温度、压力状态下水蒸气的比容。
锅炉设计过程中有很多地方要求查表或查图，如果让用户自己去做这一部分工作，那么本软件也就没有多大的开发意义，因此要让软件本身做这一部分工作，能让用户不查表、图就能完成整台锅炉的工作。在锅炉设计计算中，水和水蒸汽的各种物性值是必要的参数，但它们是温度和压力的二维函数，将整个水和水蒸汽物性输入到计算机中进行插值求水和水蒸汽的各种物性，不但繁琐，而且占用大量的内存，影响程序的运行速度，为解决这一问题，国际公式化委员会IFC制定出IFC公式，IFC公式提供了压力P＝0～108Pa，温度T＝273.15～1073.15k的水和水蒸汽的性质，锅炉计算中常用为1、2两个子区域。3.计算烟气物性类TcaluYqWX的设计TcaluYqWX的原型定义为<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[class{privatedouble Y[7]；publicdouble GetYqV(double，double)；double GetYqMv(double，double)；double PWCZ(int，double，double*，double*)；double CaluPr(double，double)；double CaluY(double)；}；]]></pre>成员函数GetYqV的功能是计算烟气运动粘度成员函数GetYqMv的功能是计算烟气运动粘度修正系数成员函数PWCZ的功能是分段抛物线差值计算成员函数CaluPr的功能是计算烟气的普朗特数成员函数CaluY的功能是计算烟气的导热系数4.温焓表的计算在锅炉设计计算中离不开温焓表，此软件对温焓表采用数据库存储形式。在需要用烟气焓或冷空气焓时直接访问数据库，并以内插的形式计算出准确结果。
具体的程序体现为三个方法CaluWenHan()、GetIFromT()、GetTFromI()和GetIlkFromT()。具体意义为CaluWenHan()功能是根据烟气特性计算出温焓表并存储于指定数据库文件中。
GetIFromT()功能是由烟气的温度查数据库文件内插得到烟气的焓值。
GetTFromI()功能是由烟气的焓查数据库文件内插得到烟气的温度。
GetIlkFromT()功能是由空气的温度查数据库文件内插得到冷空气的焓值。5.材料机械特性的查取在锅炉设计的强度计算中要用到材料的机械特性。由于所用数据量不大，本软件将常用锅炉钢的机械特性以静态的方式存储于计算机中。应用时直接查表内插得到准确结果。具体实现的程序为CaluJBXYYL()功能是查取材料的基本需用应力；GetEt()查取材料的弹性模量；GetDb查取材料的抗拉强度；GetDs查取材料的屈服极限。
本软件设计和计算结果以及温焓表都以数据库形式存储，在设计计算过程中直接对数据库进行读写操作，大大简化了程序对数据流向的关注，减少了软件出错的概率。用户还可以导出数据库文件，里面的数据还可为以后的工作提供有用的信息。6.筒体强度计算筒体强度的计算流程如图5所示。第一步，计算压力P、计算壁温tbi、基本许用应力[σ]；第二步，假定取用壁厚S；第三步，计算有效壁厚Sy＝S-C，理论壁厚 ；第四步，计算K＝S0/Sy；第五步，比较K＜0.4？；第六步，如果是，进入第九步，否，进行下一步；第七步，设置最大允许开孔直径[d]；第八步，比较d＞[d]？；如果是，进入“单孔加强”、“设计加强结构”、“计算出F1，F2，F3，F4”，子程序，直至“满足加强条件”后完成；否，进行下一步；第九步，计算 ；第十步，比较t＜t0？；如果是，则进行下一步，否，则单孔不必加强；第十一步，孔排加强，计算出Smin；第十二步，比较Smin＜S？；若是，计算完成；否，返回第二步。7.本体视图绘制为了让软件使用者在完成一台锅炉的设计计算后能当即见到所设计锅炉的结构样式，很有必要编制程序来自动生成锅炉的视图，更重要的一点是减轻了人工绘图的烦琐，也使结构图的绘制更清晰、准确和规范。
本软件中采用的锅炉形式为卧式内燃三回程湿背式燃油燃气锅炉，由炉胆、回燃室、第一管束、第二管束、前烟箱、后烟箱等主要结构构成，炉胆结构形式多样，根据原软件设计，本CAD软件给出了平直炉胆、平直波形组合炉胆、波形炉胆、锥形炉胆等四种常用形式的结构图。
视图绘制是在前面设计基础上进行的，需要调用设计的结构参数来完成锅炉视图。首先要将两部分衔接起来，这是通过文件包含命令“include yutu.h”和变量参数传递来完成的。把原程序的所有变量中本程序要引用的部分移到Public区域，实现变量共享，然后在本程序yutu cpp中用文件包命令include“Design，cpp”，就可以调用Design，cpp中得变量了。例如在yutu cpp中定义炉胆直径为DLD，则用语句DLD＝Forml-〉DLD(Forml为Design cpp对应窗体，DLD为Design cpp中定义的炉胆直径)就可以得到炉胆直径的数值。将本绘图模块和前面的计算部分衔接起来，一方面使受热面的结构尺寸能够直接显示，另一方面让结构尺寸受到热力计算、强度计算的检验，保证本视图的合理性和实用性。
接下来的工作是绘图，在C++Builder中大部份图形都是通过Canvas绘制出的，使用Canvas对象，不仅可以绘制直线弧线还可以绘制圆形，多边形等完整的几何图像，并在其中填充剖面线等图案，这项功能由对象Canvas的属性Brush完成。
为了使程序简洁，可续性好，本程序使用了十多个子函数。BX1(int x1，inty1，int JJ，int BS)和BX2(int x1，int y1，int JJ，int BS)分别完成波形炉胆上半部和下半部波形绘制，其中(x1 y1)是波形的起点，JJ是波形节距即一个波形水平方向上的长度，BS是波深，从波峰到波谷的垂直方向上的距离，一个波形是由三段圆弧光滑连接而成，如图6所示。
函数BX1和BX2的参数相同，分别完成下凹波形和上凸形绘制功能。
Void_fastcall RectangleTo(int x1，int y1 int x2 int y2)从点(x1，y1)到(x2，y2)画直线，Void_fastcall ciele(int x1，int y1，int R)以(x1，y1)为圆心以R为半径画圆，内部不作任何填充。
Bool BL1(int x，int y)用于判定管束圆心到炉胆圆周边缘距离是否小于给定值，当第一管束圆心坐标(x，y)到炉胆圆周距离小于给定值时，返回False，否则往回True。BL2、BL3、BL4和BL1的定义相同，只是功能不同。，BL2是判定第二管束中某管道中心到回燃室筒体圆周距离与给定值的大小关系。给定值的大小与管子直径、节距以及传热元件和非传热元件之间的呼吸空位有关，只有当BL1和BL2，BL3和BL4同时为真时，才能证明管束中的节点适合布置管道。
Void_fastcall Guanshul(int y，int R)是根据第一管束在左视图中的位置来画出第一管束在视图中没有被掩盖的部分，其为y为管子中心纵坐标。
R是管外径，Guan shu2与之类似，只是参数R为管束中管道外径，它绘制管束在主视图中未被回燃室和第一管束掩住的部分。
Void_fastcall bcc(int LL，bool yf，int x，int y)完成尺寸标注功能。其中LL为所标注尺寸的大小，布尔变量HS表示要标注的尺寸是横向的还是纵向的，True表示横向的，当HS为False，即为纵向尺寸时，要净标注的尺寸数值逆时针旋转90°。布尔变量yf表示要标注的是直线尺寸还是回转体尺寸，y是圆的声母，表示回转体尺寸，此时yf为true，标注时要在尺寸数字前加上“φ”，x，y分别为尺寸左箭头(横向尺寸)和上箭头(纵向尺寸)坐标。
这样，在锅炉设计完成后，点击[视图]即可以显示和打印根据当前设计结果的锅炉结构视图，实现了绘图的计算机自动化，提高了锅炉设计的效率，并将设计者从烦琐的锅炉设计计算和绘图中彻底解放出来，而且无论设计计算还是视图的绘制都更快速、准确、规范。
权利要求
1.一种卧式内燃型燃油燃气锅炉计算机辅助设计软件(CAD)----BoilerDesigner，包括软件采用的锅炉形式为卧式内燃三回程湿背式燃油燃气锅炉，由炉胆、回燃室、第一管束、第二管束、前烟箱、后烟箱等主要结构构成，炉胆结构形式多样，计算机辅助设计软件(CAD)----BoilerDesigner给出了平直炉胆、平直波形组合炉胆、波形炉胆、锥形炉胆等四种常用形式的结构图；软件以单用户多任务图形操作系统WINDOWS98作为开发平台；在开发工具方面选用面向对象的可视化快速应用程序开发工具Borland C++ Builder5.0；其特征在于软件系统分为数据输入检验模块、计算模块、数据输出模块、帮助系统、打印模块、出错管理模块；具体设置有热力计算(包括结构设计)、烟风阻力计算、强度计算和根据结构设计结果的视图绘制；软件还包括一些辅助功能，如“帮助系统”---用以指导使用者进行合理的参数选择和设计；“错误提示系统”---将不适当的操作和设计错误信息及时反馈给用户，帮助其进行修正；软件与外界的接口方便，有完善的目录菜单，能方便地进行贮存、打开以往设计方案，察看温焓表、设计说明书、热力计算汇总表以及锅炉本体视图；计算精度可以随设计要求由用户自行设定；还可以直接打印说明书、结构视图、热力汇总表、温焓表等；本软件采用的锅炉形式为卧式内燃三回程湿背式燃油燃气锅炉，由炉胆、回燃室、第一管束、第二管束、前烟箱、后烟箱等主要结构构成，炉胆结构形式多样，根据原软件设计，本CAD软件给出了平直炉胆、平直波形组合炉胆、波形炉胆、锥形炉胆等四种常用形式的结构图；软件流程按照设计的不同性质分为21个步骤，具体的这些步骤为(1)使用提示信息，为用户设计的开始，这时无需输入参数，点击[下一步]，进入设计；(2)锅炉设计原始数据提示输入锅炉容量，给水温度，蒸汽或热水压力、温度，冷空气温度；(3)燃料性质及特性输入首先选用液体或气体燃料，显示对应成份框后输入燃料成份；(4)燃烧产物、烟气特性及锅炉热平衡计算框输入过量空气系数、各项热损失，点击[下一步]进行计算得出烟气温焓表；(5)炉胆结构设计框提示用户输入所设计的炉胆参数；(6)炉胆热力计算框点击[下一步]进行炉胆热力计算；(7)第一管束结构设计框和(9)第二管束结构设计框提示用户输入管束参数，包括管长、管内外直径、根数以及管子形式，即是光管还是螺纹管，若是后者还要给出螺纹槽深等结构参数；(8)第一管束热力计算框和(10)第二管束热力计算框点击[下一步]进行各自热力计算；(11)和(12)步计算烟风阻力，为送、引风机的选择提供依据；(13)安全阀口径校核计算框输入安全阀孔内径、提升高度，点击[下一步]校核其紧急情况下排放能力；(14)主汽阀口径校核计算框提示用户输入主汽阀口径和蒸汽流速，点击[下一步]检验主汽阀通流能力能否满足要求；(15)筒体强度计算框、(16)炉胆强度计算框、(17)烟管强度计算、(18)斜拉干强度计算、(19)直拉杆强度计算框、(20)回燃室筒体强度计算框分别完成各部件强度计算，提供筒体壁厚、拉杆直径和根数；(21)最后为完成信息提示用户锅炉设计已经完成，点击[视图]可以查看视图，点击[说明书]可以预览说明书，点击[上一步]可以回到上一步重新设计以上各框中参数。
全文摘要
本发明公开了一种关于卧式内燃型(WNS)燃油燃气锅炉计算机辅助设计软件,它包括热力计算、烟风阻力计算、受压元件强度计算和锅炉本体视图的自动绘制等模块。本软件采用向导式设计流程,一步一步地引导用户设计、选用参数并及时地将设计结果及出错信息反馈给用户以便作为修改参数和下一步设计的依据。在顺次完成结构设计、热力计算、烟风阻力计算、受压元件强度计算后可,本软件可通过计算机自行绘图将对应结构尺寸下的本体视图输出到屏幕、打印机或绘图仪上。采用本发明可使锅炉设计工作者从繁忙的计算和绘图中解脱出来,将主要精力投入到设计方案的优化选择和开发高质量新产品中去,而且使得设计更规范、准确、快速。
文档编号G06F17/50GK1381804SQ0211452
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月19日 优先权日2002年4月19日
发明者王树众 申请人:西安交通大学