SOLIDWORKS在塔内件中的应用

SOLIDWORKS在塔内件中的应用

孙庆1

（1.天津昊然分离科技有限公司，300173）

摘要：利用SOLIDWORKS软件，我们可以创建全相关的三维实体模型。在塔内件的设计与制造中，直观、生动地表达各零部件的规格形状，以及装配体中各零部件的关系，生成与之对应的工程图详图以供制造加工；同时可利用其内置的钣金件、焊件、模具设计、有限元分析模块，对设计、制造过程中遇到的问题给出解决方案。

关键词：SOLIDWORKS；三维实体模型；塔内件的设计与制造；工程图。

0、前言

在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等行业中，塔器的应用一般是主要的和首选的，其广泛应用于精馏、萃取、吸收、洗涤等单元操作中。

塔器按其结构可分为两大类：板式塔和填料塔。板式塔设备内部设置了不同的结构构件，依据动量传递原理，为进入塔内的气（液）、液两相提供接触、分散、相际传质和相分离场所，从而实现传质和传热过程，达到轻、重组分分离的目的；填料塔设备内部为填料以及与填料相关各种结构构件，目的也是达到与板式塔一样的效果。广义的讲，除了填料塔里的填料，塔设备内部这些为实现传质过程而设置的结构构件统称为塔内件。

可见，塔内件的作用是为了使气液在塔器中更好地接触，以便发挥塔器的最大效率和最大生产能力，所以塔内件设计的好坏直接影响塔器的生产效果，对其的研究也一直是塔器中的关键。

SOLIDWORKS设计自动化软件是一个基于特征、参数化、实体建模的设计工具。该软件采用Windows图形用户界面，集成了强大的设计工具，包括零件、装配体和工程图功能以及内置的仿真、成本估算、渲染、动画和产品数据管理，利用SOLIDWORKS可以创建全相关的三维实体模型，能帮助我们在产品创建阶段（设计、验证、协作、建造），实现更优化的3D设计体验，体现设计意图，从而得到更高效、更好的设计方案。

本文将从SOLIDOWRKS内置模块中的：3D模型与2D工程图、钣金件以及有限元分析三个模块着重介绍其在塔内件中的应用。

1、3D模型与2D工程图

传统2D-CAD制图中，对于客户来说，存在看不懂图纸的问题，且工程图通常过时和/或工程视图不能准确反映设计，导致代价高昂的制造错误，并拖延产品的交付。在实际工程中，每当发生设计变更时，必须手动更新所有工程视图，当一个零部件或装配体存在于许多不同的装配体或同一装配体的许多不同层次时，由于需要更新包含已修改的零部件的所有工程视图，这将成为一个更大的问题。

利用SOLIDWORKS-3D实体建模，可以直观的显示零部件的效果图，让客户一目了然。软件还自带工程图自动更新功能，所有2D工程图都从3D实体模型自动创建，并自动链接到3D实体模型，如果修改了3D实体模型，2D工程图和细节会自动更新。这种自动关联性意味着实体模型始终与2D工程图保持同步，我们不必担心修改问题。

由于化工塔器的种类、规格繁多，必然造成塔内件的多种多样。而同一种类的塔内件又会有多种规格，它们通常不是杂乱无章的，而是有一定的规律可寻，这时候我们就可以通过SOLIDWORKS软件控制关键设计参数的方法，快速创建设计变型，得到一系列的内件模型，软件还会即刻分析3D模型，了解任何实体质量属性和体积（质量、密度、体积等），将其呈现在2D工程图上。

下图为通过SOLIDWORKS软件绘制集油箱制造图纸：

从图中我们可以看出，SOLIDWORKS软件可将3D模型与2D工程图放置在一张图纸上，直观表达出制造完成后的实体形状（即一块圆形钢板上分布四个升气管，管上各有一顶挡液帽），相关的尺寸、材料与重量也一并表示了出来。如果需要出具其他规格的集油箱制造图纸，只需更改3D模型中圆盘的大小、升气管大小及

个数分布，2D工程图即刻会自动更新，重量也会作相应改变（也可以改变材质，SOLIDWORKS软件数据库中收集了上千种材质以供选择），不需要像传统CAD图纸一样计算各零部件的重量。

当然，更为详细的尺寸标注、公差和注解，以及材料明细表，SOLIDWORKS 软件都会自动创建，并时刻处于最新状态，我们不用惦记着去手动修改它；还可以切割材料清单，导出材料明细表信息清单，以供采购使用。

2、钣金件

钢板是塔内件制造中的常用材料，塔内件的形式多种多样，钢板却是一定规格的长方形，所以内件制造的第一步往往是下料，即把长方形的钢板切割成各零部件的形状。上文提到的集油箱，各零部件的形状较为常见，铆工下料也比较容易，而遇到一些不规则的零部件，往往下料会变得很困难。

梁型气体喷射式填料支承板（HG/T21512），俗称驼峰支撑，顾名思义，就是由一个一个的形似驼峰的钢板零部件组装而成，因为塔器往往是圆形的，所以其边缘需切割成圆形以进入塔器内安装。驼峰的不规则形状以及边缘的圆形，都使得常规的下料方法对其束手无策。这时候我们就可以利用SOLIDWORKS软件中的钣金件设计模块，将3D模型或导入的CAD模型直接转换为SOLIDWORKS钣金模型，输入所需的折弯半径、厚度和K因子，软件将会自动展开3D钣金件，生成包括折弯补偿的展开图以供制造，方便快捷。

下图为通过SOLIDWORKS软件绘制的驼峰支撑边块展开图纸：

3、有限元分析

塔内件的设计很多时候是结构的设计，结构合理，能达到预期效果即可。然而有一部分塔内件需要在结构合理的同时，考虑其承载载荷的能力，规整填料支承装置就是这样一种塔内件。

填料支承装置的主要作用是支承床层中填料的重量，因此它应有足够的强度和刚度；从结构角度考虑，又需要其开孔率足够大，能使气液顺利通过，不致发生液泛，气液分布要均匀、阻力小。目前常用的填料支承装置为栅板型，它是由很多栅条焊接而成，放置于焊接在塔壁的支撑圈或支耳（小块钢板）上。

利用SOLIDWORKS软件，在填料支承装置建立3D模型、导出2D工程图的同时对其进行有限元分析，通过分析受力情况，修改并完善结构设计，还可以对其经济性做出评价，使我们的设计事半功倍。

下图为SOLIDWORKS软件对填料支承装置的有限元分析：