CN109583077B - 一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，通过三维建模、流场力处理、应力处理和实时碰撞检查，不断对环保装置模型进行改进，再进行工程模拟和进一步优化，得到最终建模模型并投影为二维图纸用于工程建设。本发明的信息更丰富，可大幅提升工艺、设备、结构、仪控等不同专业的理解，能够在装置建造前期的建模过程中做出调整，有效减少出错率。同时，提高沟通交流的便利性、易于理解，更好地满足产品培训、交流、展示需要。

Description

一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法

技术领域

本发明属于环保设备建模领域，尤其是一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法。

背景技术

当前环保装置，二维设计向三维设计，虽然有部分三维协同设计应用(典型例子)，但是针对具体物理结构和不同设计软件的链接协作，或者侧重实验研究的实物展示。如专利一种模拟地下环境中污染物在多孔介质中迁移转化的三维可视模拟装置(CN201610802188)给出了一种三维可视模拟装置，通过搭建实物模型，侧重于效果展示，这也是目前应用较多的展示方式，该方式无法对设计过程进行优化，也无法体现更丰富的过程信息。专利一种基于三维技术的工厂设计方法(CN201710991826-)给出了一种基于三维技术的工厂设计方法，可在Smart3D中进行三维模型初步设计，完成工艺模型布置，同时进行碰撞检查，判断结构模型是否满足设计要求；输出模型文件给结构设计提资，在钢结构深化设计软件中完成深化设计，检查深化设计模型是否满足要求；完成全部模型创建，生成二维图纸，交付现场施工。该发明能在一定程度上提高工厂设计效率。但主要是面向整体布置和结构设计，无法体现装置内部流场、物料流动等丰富的重要信息。同时，缺乏3D打印环节支撑，展示沟通效果不足。

目前的相关技术无法体现环保装置的特点(多场信息)，距离当前工程设计、技术培训、教学需求有较大差距。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，通过应力场、流场、物料信息等多层次的丰富数据信息，实现高效的协同建模，避免产生不良模型。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，包括以下步骤：

步骤1：对环保装置的所有零部件均进行三维建模，采用装配功能将各零部件组装成一套完整的三维环保装置模型；

步骤2：将流场力和物流信息导入到三维环保装置模型的反应器和流体流经管道中，对三维环保装置模型各部件中的流场力和物流分布进行处理，得到流体流动的结果图，其中流场力包括速度场力和浓度场力，物流信息指的是反应物在三维环保装置模型中的流动情况；

步骤3：将应力导入到三维环保装置模型的反应器和流体流经管道中，对三维环保装置模型进行工程仿真，测试装置整体性能，对三维环保装置模型中关键部位的零部件的受力和形变情况进行分析，其中应力指的是截面上单位面积所受内力；

步骤4：对三维环保装置模型整体、各个部件内部、各部件之间的连接处进行实时碰撞检查，查找这些元素之间的冲突，判断是否存在布置不合理的地方；

步骤5：若存在布置不合理的地方，则返回步骤2进行修改优化；否则对三维环保装置模型采用3D打印并进行工程模拟，验证其效果是否满足处理要求；

步骤6：若不满足，则返回步骤3对三维环保装置模型进行优化；否则，将三维环保装置模型通过不同视角投影成二维工程图纸并投入到工程建设中。

进一步的，本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，步骤4 中不合理包括三维环保装置模型整体、各个部件内部、各部件之间连接不到位，或各部件之间发生碰撞，或各个部件内部发生碰撞。

进一步的，本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，步骤5 中的工程模拟具体为：利用3D打印的三维环保装置模型进行模拟的污染物处理过程，得到其污染物处理效果。集成多场状态信息的环保装置三维协同建模系统，包括三维建模装置、CAE辅助建模装置、物料平衡计算模块、打印装置，CAE辅助建模装置、物料平衡计算模块、打印装置均与三维建模装置通信连接，三维建模装置包括相连的数据导入模块和模型建立模块；CAE辅助建模装置包括结构分析模块、流场分析模块；物料平衡计算模块用于计算生产物料的平衡数据；打印装置包括平面打印机三维打印机，用于输出三维模型和二维工程图纸。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法能够实现高效的协同建模，有效避免不良模型的情况出现。

2、本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法能够快速验证和消缺，实现前伸的预防式管理。

3、本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法通过实景展示，所见即所得，能够有效改善教学培训效果。

附图说明

图1是本发明的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法流程图。

图2是本发明实施例1的SCR脱硝反应装置的初步三维建模图。

图3是本发明实施例1的烟道和反应器流场分析图。

图4是本发明实施例1的反应器内氨扩散情况分析图。

图5是本发明实施例1的反应器受力情况分析图。

图6是本发明实施例1的脱销效率和氨逃逸之间的关系图。

图7是本发明实施例2的湿法脱硫工艺的初步三维建模图。

图8是本发明实施例2的不同喷淋层的效果图。

图9是本发明实施例2的喷淋塔改进方案图。

图10是本发明实施例2的脱硫塔流场分析图。

图11是本发明实施例2的脱硫塔受力分析图。

图12是本发明实施例2的脱硫塔形变分析图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1、脱硝装置

针对600MW燃煤机组的集成多场状态信息的SCR烟气脱硝装置三维协同建模，该方法包含如下步骤：

步骤1、使用PDMS、SOLIDWORDS等软件对包括SCR反应器、烟道、还原剂喷射装置在内的部件进行三维建模，之后用软件的装配功能将部件组合成一套完整的SCR脱硝装置模型。初步建模的模型如图2所示。

步骤2：将流场力和物流信息导入到SCR脱硝装置模型中，利用FLUENT软件对SCR脱硝装置模型中烟道和反应器内部流场力和物流进行处理，得到相应的流动结果图，研究SCR反应器及其连接烟道内的流体流动及氨扩散过程情况，由结果图可知，SCR反应器所受流场力在允许范围内，并且氨扩散状况良好。CFD分析结果如图3、图4所示。

步骤3：将应力导入到SCR脱硝装置模型中，采用Pro/Mechanica对其进行工程仿真，测试反应器和烟道受力与变形情况，Proe分析结果如图5所示，SCR反应器的受力符合工程要求。

通过CFD耦合CHEMKIN机理，预测脱硝的效率和氨逃逸，得到不同烟气量、温度、氨氮比对脱硝效率和氨逃逸的影响。CFD耦合CHEMKIN分析结果如图6所示。

步骤4：采用PDMS软件对SCR脱硝装置模型整体、SCR脱硝装置模型的各个部件内部、SCR脱硝装置模型的各部件之间的连接处进行实时碰撞检查，检测它们之间的冲突，找出布置不合理的地方以进行及时调整。

步骤5：若存在布置不合理的地方，则返回步骤2进行修改优化；否则对采用3D 打印技术对SCR脱硝装置模型进行3D打印，并进行工程模拟，验证SCR脱硝装置模型的效果是否满足处理要求。

步骤6：若不满足，则返回步骤3对三维环保装置模型进行优化；否则，将SCR脱硝装置模型的建模图通过不同视角投影成二维工程施工图纸，投入到工程建设中。

实施例2、脱硫装置

针对石灰石湿法脱硫工艺的喷淋层，集成多场状态信息的三维协同建模，由于长时间停止机组进行脱硫改造和测试会严重影响生产，所以在停机改造之前进行模拟，寻找到最合适的方法，能够极大地节约停机的时间，提高经济效益。该方法包含如下步骤：

步骤1：使用PDMS、SOLIDWORDS等软件按照原工艺将湿法脱硫核心设备-脱硫塔及其附属结构件(烟道、喷淋层、整流件)进行三维建模，之后用软件的装配功能将部件组合成一个完整的湿法脱硫装置模型。初步三维建模如图7所示。

步骤2：在装配组合过程中，用Auto Clash功能对当前的建模进行实时碰撞检查，及时查找各图元之间的冲突，进行修改完善。

步骤3：脱硫塔原先采用单层喷淋塔建模，拟在喷淋塔中添加两层喷淋层，增加石灰石浆液的停留时间，以节约喷淋量，喷淋塔的改进建模方案，如图8、图9所示。

步骤4：按照改进方案对三维模型进行修改与优化，同时用Auto Clash功能对正在进行的建模进行实时碰撞检查，及时查找各要素之间的冲突，在建模的同时加以完善。

步骤5：将流场力和物流信息导入到湿法脱硫装置模型中，利用FLUENT软件对湿法脱硫装置模型中的烟道和反应器内部流场进行计算处理，得到结果图，研究喷淋塔及其连接烟道内的流体流动情况，由图10可知，吸收塔所受流场力均在允许范围内。

步骤6：将应力导入湿法脱硫装置模型中，采用Pro/Mechanica对湿法脱硫装置模型进行工程仿真，对湿法脱硫装置模型中的反应器和烟道受力与变形情况进行处理，由图11、图12可知，脱硫塔所受应力以及形变情况都在工程允许范围内。

步骤7：通过CFD耦合CHEMKIN机理，预测脱硫效率。结果显示，增加两层喷淋层，在保证脱硫效率不变的情况下，石灰石浆液的喷淋量减少了3％，大大增加了经济效益。

步骤8：采用PDMS软件对湿法脱硫装置模型的整个设备和各部件内部、各部件之间进行实时碰撞检查，检测它们之间的冲突，找出布置不合理的地方返回并改进。

步骤9：改进完成后，采用3D打印技术对建模完成的湿法脱硫装置模型进行工程模拟，验证方案的可行性。

步骤10：完成上述所有步骤后，便可将最终的湿法脱硫装置模型图通过不同视角投影成二维图纸，投入到工程建设中。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对环保装置的所有零部件均进行三维建模，采用装配功能将各零部件组装成一套完整的三维环保装置模型；

步骤2：将流场力和物流信息导入到三维环保装置模型的反应器和流体流经管道中，对三维环保装置模型各部件中的流场力和物流分布进行处理，得到流体流动的结果图，其中流场力包括速度场力和浓度场力，物流信息指的是反应物在三维环保装置模型中的流动情况；

步骤3：将应力导入到三维环保装置模型的反应器和流体流经管道中，对三维环保装置模型进行工程仿真，测试装置整体性能，对三维环保装置模型中关键部位的零部件的受力和形变情况进行处理，其中应力指的是截面上单位面积所受内力；

步骤4：对三维环保装置模型整体、各个部件内部、各部件之间的连接处进行实时碰撞检查，查找这些元素之间的冲突，判断是否存在布置不合理的地方；

步骤5：若存在布置不合理的地方，则返回步骤2进行修改优化；否则对三维环保装置模型采用3D打印并进行工程模拟，验证其效果是否满足处理要求；

步骤6：若不满足，则返回步骤3对三维环保装置模型进行优化；否则，将三维环保装置模型通过不同视角投影成二维工程图纸并投入到工程建设中。

2.根据权利要求1所述的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，其特征在于，步骤4中不合理包括三维环保装置模型整体、各个部件内部、各部件之间连接不到位，或各部件之间发生碰撞，或各个部件内部发生碰撞。

3.根据权利要求1所述的集成多场状态信息的环保装置三维协同建模方法，其特征在于，步骤5中的工程模拟具体为：利用3D打印的三维环保装置模型进行模拟的污染物处理过程，得到其污染物处理效果。

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