管道系统设计

7.2 管道系统设计的基本原理管道系统设计的基本原理是利用3D 草图完成管道布局，并添加相应的管路附件，整个管路系统作为主装配体的一个特殊子装配体。

7.2.1 管路系统子装配体建立管线系统时，SolidWorks将在装配体文件中生成一个特殊类型的子装配体。

生成的子装配体中包含管线系统所必须的管线以及附件，例如，对于管道而言，管道系统子装配体中可能包含不同长度的管道、弯头以及三通、阀门等相关的附件。

子装配体中包含一个“路线1”特征，如图7-5 所示，通过“路线1”特征可以完成对管道系统属性和管道路径的编辑。

管道子装配体的线路来源于在主装配体中根据零件位置和用户绘制的3D 草图，3D 草图与主装配体相关并且决定管线系统中管道和附件的位置及参数。

如图7-5 所示，3D 草图决定了管道的位置和布局，管道系统的管道附件的位置确定了每段管道的长度。

包含整个3D草图在内的所有零件，均作一个特殊的子装配体存在。

7.2.2 管道系统中的零件如图7-5 所示，一般来说，在管道系统中包含如下几类零件：‰ 管道管道系统中的管子零件（Pipe或Tube）。

应在管道零件定义管道的直径（标称直径）和壁厚等级（例如，Sch40），这两个参数用于确定管道系统中管道规格并用于筛选管道系统中的其他管路附件。

由于管子名义直径众多，在加上壁厚等级的组合，管子的规格也非常多。

一般说来，在管子零件中应使用系列零件设计表完成各种管子规格的定义。

‰ 管路附件一般说来，管路附件是指管路系统中应用的标准附件，例如弯头、三通、接头、管帽或法兰等标准零件。

系统在利用3D草图建立管道系统时，可以直接应用不同形式的弯头；而对于三通或法兰类型的附件，需要用户自行添加。

‰ 其他零件其他的管路零件，例如用户自定义的非标准管路端头、压力表、阀门等相关的零件。

管路系统中的这些零件也可以广义地称为“管路附件”。

7.2.3 连接点和步路点连接点是管路附件零件中的一个点。

连接点定义了管道的起点或结束点，接头零件的每个端口必须有一个连接点。

建立管道系统时，必须从现有装配体中零件上的一个连接点开始。

零件中的连接点定义了管道系统的管道参数，如图7-6 所示，连接点定义的管道参数包括：‰ 管道的类型：管筒、管道（装配式管道）和电力。

‰ 管道方向：即从连接点开始管道延伸的方向；‰ 管道的参数：管道系统的参数是指针对此连接点而言，将用于连接的管道的相关数据： … 标称直径：也称为名义直径，即要连接的管道的名义直径，与管道零件的名义直径相匹配。

… 规格区域名称：用于过滤配合零部件规格的标识符号，例如壁厚等级、压力级别等，与管道零件的管道识别符（“$属性@ Pipe Identifier ”）相匹配。

图7-6 连接点管路附件中必有一个步路点，此点的位置定义了当管路附件应用于管道系统中时与3D 草图中的一个断点重合的位置，即管路附件的安装位置，如图7-7 所示。

图7-7 连接点及管路附件在管路中的位置7.2.4 管道系统设计库SolidWorks 软件提供了用于管道系统设计的设计库，保存在“安装目录\data\design library\routing\ ”文件中，用户可以直接从设计库窗口中应用，如图7-8 所示。

图7-8 管路系统设计库用户可以直接使用设计库中文件完成设计，也可以根据管路零件的规则建立自定义的管路设计库。

为了简单起见，在要求不严格的情况下，用户甚至可以在现有管道系统设计库的基础上进行改造以后再使用。

7.2.5 文件命名和文件复制建立管道系统后，管道系统装配体、管道零件和管路附件的默认命名和保存方式遵守如下规则，用户也可以在系统提示保存文件时保存为其他名称或位置。

‰管道系统子装配体建立SolidWorks管道系统时，系统将利用主装配体的名称给定管道子装配体一个默认名称，其规则是：RouteAssy<#>-主装配体名称.sldasm 例如：RouteAssy1-燃气管布局.sldasm‰ 管道零件管道零件默认被复制保存在当前主装配体所在的位置，并建立不同的配置以代表不同的管子长度，文件命名方式为：管道零件的“$属性@ Pipe Identifier ”值+“-”+“子装配体名称”.sldprt 例如：075inSchedule40-RouteAssy1-燃气管布局.sldprt ‰管路附件管路附件仍然使用设计库中的零件。

7.2.6 连接点和管道零件配置参数的关系实际上，建立管道系统时选择的第一个连接点，已经确定了管路系统的属性：即使用管路的类型（管道或管筒）、名义尺寸和壁厚等级三个因素。

管路系统使用配置来区别管道或管筒并与管路附件的大小相适应。

管道附件和管道零件中包含大量的配置，以代表不同尺寸和不同规格，这些配置的建立应采用系列零件设计表的方法最为简单。

‰ 管道零件：在管道附件的配置参数中，有两个必备参数：… NominalDiameter@FilterSketetch ：用于定义管子的名义直径。

… $属性@ Pipe Identifier：管道识别符，用于识别或筛选管道的规格；‰管道附件的连接点在管道附件的系列零件设计表中，也需要建立两个必备的参数：… $属性@Nominal Pipe Size ：定义管道附件的名义直径。

… Specification@CPoint1（每个连接点具有一个“Specification ”参数）这两个参数分别代表连接点的【参数】选项组中的内容，如图7-9 所示。

图7-9 连接参数和设计表参数因此说，管道零件和管路附件在连接上是有明确的，管道零件的名义直径与规格应于管道附件的名义直径和规格相匹配，如图7-10 所示。

图7-107.3 管路系统零件库的设计要求为了快捷高效地完成管路系统设计任务，根据设计标准的要求建立相关的零件库是最基础，也是最关键的一个步骤。

涉及到SolidWorks软件的内部计算问题和软件不同语言版本的兼容问题，建立管道零件时，在能够使用英语的地方尽量使用英语。

建议读者在SolidWorks提供的库零件基础上进行改进，这是一个比较简单实用的方法。

7.3.1 管道零件管道零件（pipe）作为管道系统中的主要零件，由于需要与其他附件进行匹配，因此在设计上对特征类型、名称、草图和尺寸有特定的要求。

如图7-11 所示，管道零件的特征和草图具有如下要求：‰ 拉伸特征的名称为“Extrusion”，草图名称为“PipeSketch”。

‰ 拉伸特征的长度尺寸名称为“Length@Extrusion”，草图中包含两个尺寸（外径和内径），其名称分别为“OuterDiameter@PipeSketch ”和“InnerDiameter@PipeSketch”。

‰“FilterSketch ”草图中包含一个尺寸名称位“NominalDiameter”的圆，是管道名义直径的过滤器草图，用于定义管道的名义直径。

图7-11 管道零件如图7-12 所示，管道零件的设计表参数中，除添加必要的尺寸控制参数外，必须包含如下设计表参数：‰NominalDiameter@FilterSketetch ：用于定义管子的名义直径。

‰$属性@ Pipe Identifier ：管道识别符，用于识别或筛选管道的规格；其中，管道识别符参数用于从管路开始点和管路附件中筛选符合规格的配置，另外，管道识别符还用于管道零件保存时的命名以及在工程图材料明细表中的显示名称。

图7-12 管道零件设计表的要求7.3.2 管筒零件由于软管道可以使用样条线或直线完成布局，因此在管筒零件与管道零件不同，其基体特征需要使用扫描特征来完成。

如图7-13 所示，管筒零件的设计要求如下：图7-13 管筒零件‰基体特征为扫描的薄壁特征；‰扫描路径为一3D草图；‰扫描轮廓的名称为“PipeSketch”‰“FilterSketch”过滤器草图与管道零件相同管筒零件的设计表中，也必须包含如下两个参数，其作用与管道零件相同：‰NominalDiameter@FilterSketetch ‰$属性@ Pipe Identifier7.3.3 管路附件零件和装配体管路附件包括法兰、管帽、三通、弯头等零件，这些零件中必须要建立必要的管路连接点和线路点。

如图7-14所示，连接点定义了管路附件的名义直径和规格参数。

图7-14 管路附件要求对于使用装配体完成的管路附件，可以在装配体中的主要连接零件中定义连接点，然后再装配体中使用零件中的连接点进行定义，如图7-15 所示。

图7-15 作为装配体的管路附件7.3.4 设计案例：改造管路系统零件库管路应用广泛，管路的类型和规格也多种多样。

针对不同的行业，其要求和标准也不同，例如化工行业和建筑行业。

国家标准（GB/T12459）给定的管道系列包含两类：A 类和B 类，其中A 类管道采用英制尺寸，其规格参数和名义直径与规格与SolidWorks提供的管路零件库基本相同。

因此，为了简单起见，本书不准备详细介绍管路零件中管道和管路附件的建立方法，而是参考国家标准在现有管道库的基础上进行改造，读者可参考本实例中介绍的思路修改或根据前面介绍的管路零件设计要求建立针对本行业的管路库零件。

使用现有管路系统库进行修改时，应注意如下几点：‰ 将所需的管路零件保存到其他目录中。

‰ 由于现有零件设计表中采用英寸为单位，因此要确保零件的长度单位为英寸；‰ 将设计表中的所有属性参数的字头“$prp”改为“$属性”，否则设计表不能正常更新；‰ 为了便于与国家标准接近，修改“$属性@ Pipe Identifier”的值，例如“钢管DN15Sch40”。

‰ 为了在工程图中建立材料明细表，可以添加几个常用自定义属性，例如：…$属性@number ：显示在材料明细表的“代号”栏…$属性@description ：显示在材料明细表的“备注”栏…$属性@material ：显示在材料明细表的“材料”栏‰ 增加“$零件号”参数列，用于在材料明细表中的“名称”中显示零件名称，如“45°弯头”如图7-16 所示，这是对SolidWorks 管道库中“threaded steel pipe.slpprt”零件设计表的修改结果。

图7-16 编辑系列零件设计表读者可参考上述要求，将管路设计库中“\piping\threaded fittings (npt) ”文件夹中的管路零件进行修改，修改成可用于带螺纹连接的钢制管道库。

在本书提供的光盘中已经包含了修改过的管道零件库，默认保存在“C:\SolidWorks Tutorial Files\装配体实例\管道设计库\螺纹钢制管道”目录中，在本章后面的设计案例中要用到这个零件库。

7.3.5 设计案例：同心异径接头管路附件如图7-17 所示，本设计案例的任务是建立“同心异径接头”管路附件，根据标准要求利用系列零件设计表建立“Sch 5S”规格的各种接头尺寸。