三维软件在窑炉设计中的运用

梁善良，梁 清（.广东中窑窑业股份有限公司，广东 佛山 586；.安徽工业大学，安徽 马鞍山 4300）



三维软件在窑炉设计中的运用

梁善良1，梁 清2
（1.广东中窑窑业股份有限公司，广东 佛山 528226；2.安徽工业大学，安徽 马鞍山 243002）

摘 要：对三维软件在辊道窑、隧道窑上运用进行了扼要的阐述。窑炉设计时使用三维软件可以大幅度提高设计速度的设计质量，减少在设计中出现误差或差错，避免了在统计窑炉材料时材料统计重复与丢失的现象发生。当设计发生更改时，材料与图纸也能同步更新与统计，极大地方便了设计者。另外三维设计可以实现视化的设计与分析，将大大提高设计效率。

关键词：三维软件；参数设计；BOM表；可视化；Inventor；运动仿真；三维布管

0 引 言

众所周知：窑炉工程是涉及材料学、工程力学、流体力学、电学、传热学等多学科，跨多行业的大型工程。它不但要求设计科学、施工严格，还对人员的调试、操作等提出很高的要求。现在的窑炉工程量超来越大，我公司的辊道窑最长达400多米，内宽也达3.85米，设计温度达1300 ℃；超高温隧道窑长度为167米，内宽达2.3米，设计温度达1800 ℃。这就要求我们有更好更快的设计与制造窑炉的方法。减少不必要的设计错误，避免材料统计中的重复与丢失，快、好、省、优质地为客户创造出更多的价值。运用传统的二维平面设计很难满足这些大型窑炉的要求。为此我公司现在全面使用三维窑炉进行设计。我公司在窑炉设计上主要运用二种软件 （Inventor，Solidworks）。下面就主要就Inventor三维设计软件在我公司窑炉上的设计作简单概述。

1 三维软件应用窑炉设计

1.1 应用于窑炉框架设计

运用Inventor设计窑炉框架，可以快速精确的设计。可以将常用的窑炉框架模型做成参数化模型，这样就很容易再编辑。在创建参数化特征的时候，通过在创建时绘制的基础草图和输入的数值来定义。可以编辑草图或特征，来快速实现模型更改。参数化设计有如下特点：

（1）自动提取模型中的尺寸，压缩状态、配置信息到excel文档，将Inventor模型中待参数化的数据一网打尽。

（2）可充分利用excel的强大计算能力、简单性和开放性，将上述数据直观表达，让使用者轻松上手。

（3）通过excel文档驱动模型尺寸、零部件压缩状态、零部件配置，让变型变参数设计不再成为编程高手的特权。

（4）强大的工程图更新能力，可实现明细表更新、混乱尺寸的还原、特殊视图的位置恢复等功能。以上特点简单地说就是将窑炉的框架做成参数化模型，如果要改变框架的一些参数（如框架材料大小、长短、厚薄等）只需要输入相应的参数就可以快速地将更新模型输出。避免在平面制图中大量简单重复的制图。如图1中窑炉框架总宽度为2200mm，现在窑炉框架宽度要求变更为4200mm，只要改变参数中的 “单节宽度”中的2200为4200即可迅速更改成新的窑炉框架。用时不到几秒，相应的工程图在同时自动更新（如图2）。

图1 运用参数化快速设计原图Fig.1 Using parameterization to design original chart rapidly

图2 运用参数化快速设计变更图Fig.2 Using parameterization to design change chart rapidly

图3 窑炉的耐火材料设计Fig.3 The designing of kiln refractory materials

1.2 应用于窑炉耐火材料设计

以超高温隧道设计为例：运用Inventor于高温耐火材料进行可视化设计，设计时可将各型耐火砖建模，建模后作相应的组装即可得到窑墙、窑顶的模型。可以在模型中看到各耐火的型号、颜色、品种、规格。可以核对各砖缝的砌筑、各膨胀缝、各孔洞的预留情况、与各钢构件是否冲突、耐火砖需要加工等。充分体现了可视化设计的好处，如图3。

1.3 应用于窑炉风管管道（三维布管）设计

以内宽3850mm辊道窑设计为例：运用Inventor于窑炉风管设计中，可以很快速进行风管的设计，在资源中心中有大量的管道标准件可以使用。资源中心不但有国标还有大量的外国标准，方便与国外项目接轨。还可以自己做一些零件作为标准件方便重复使用。例如可以做一些特殊弯头、三通等作为标准件，在不同的窑炉管道上使用，如图4。

1.4 应用于窑炉燃烧系统设计

以超高温隧道设计为例：运用Inventor于窑炉燃烧系统设计时，可方便地使用各种阀门、管道、烧嘴、电磁阀减压阀、执行器等进行组合。也可将减压阀、执行器等做成标准的元件使用在更多的窑炉中，如图5。

图4 窑炉管道设计Fig.4 The designing of kiln pipeline

图5 窑炉燃烧系统设计Fig.5 The designing of kiln combustion system

1.5 应用于窑炉机械传动（运转）系统设计

利用三维软件进行窑炉机械传动（运转）系统设计，更能体现其设计的优越性。设计工作由抽象变成可视化，对设备的动作也进行模拟，更好地检查设计时可能发生的零部件干涉现象，更好地考虑到机械加工、焊接、装配等工艺要求。将各常用零件、部件做成标准化、模块化，更加提高窑炉机械传动（运转）设计的效率。如图6所示常用的辊道窑斜齿轮传动系统设计。

图6 辊道窑斜齿轮传动设计Fig.6 The designing of roller kiln’s helical gear driving

1.6 应用于窑炉其它设计

利用三维软件还可以对窑炉其它方面进行设计，以提高设计精度的效率。例：应用于电气设计、结构件设计、钣金设计（面板）、曲面设计、运动仿真、模具等设计。

2 三维软件纠错

应用三维软件可有效地减少设计过程中容易出现的差错。它可以实时地进行提醒，以醒目的方法进行显示，提醒设计者解决出现的错误或差错，以提高设计精度。

3 三维软件中的材料统计输出（BOM表）

三维软件不但能导出常用的工程图还能同步于组装图的更新，并且能实现材料统计的输出，材料数据输出的形式有数据库结构和表格样式。这种自动输入数据的功能非常适用于窑炉设计中的材料及数据统计，统计结果准确而细致，可避免了人工在统计窑炉材料时材料统计重复与丢失的现象发生。

例如：在窑炉预热带框架总装模型或导出平面工程图纸中，还可以处理总装模型中BOM表中一次性批处理图纸标题栏、材料明细表和模型关联的绝大部分内容，其它相关项也可自动生成，大大节省了在下级零部件模型和图纸填写，并能随时跟据零部件模型的修改而能自动更新。主要批处理能编辑的文本项有：序号编号、零部件名、主题、项目、单位、重量、材料、修订号、设计人、核准人、批准人、签字时间等。特别是对各零件、部件的数量、重量统计上无差错。这个功能减少了设计人员非常多的劳动。

自动关联生成的有：主视图比例、设计图的图幅、图纸文件名及路径、模型及图纸的文件名、设计人及日期，如图7所示。

图7 装配图中BOM表的输出Fig.7 The output of BOM table in the assembly drawing system

4 三维软件中的应力分析

三维软件能够进行应力分析，对单一零件或结构都能进行应力分析。例如在窑炉框架中可以对窑顶的吊砖梁进行受力分析，既保证了吊砖梁必要的强度又避免了不必要的材料浪费，如图8。

图8 三维软件对吊砖梁进行受力分析Fig.8 Using three-dimensional software to analyze the stress of brick hanging beam

5 三维软件中的运动仿真

在窑炉设计的运动仿真主要运用在辊道窑产品传送及运输中与其它机械的配合；在隧道窑运用中主要是窑车的装码与卸载与其它机械的配合。通过仿真可以清楚地观察到各个部件运动的细节，保证在实际的运行中不出现错。

6 三维软件的热力学、流体力学分析及仿真

现在流体力学的仿真可以与三维设计做无缝结合，提供快速、精确和灵活的流体流动和热能模拟。三维软件可以对窑炉设计中的热力学，尤其是在实体-流体和实体-实体界面、用于捕捉边界层变化的壁处理、以及表面摩擦和热流量计算等方面进行模拟和仿真。能够对窑炉内的气体/预混合气体和非预混合气体燃烧、沸腾等过程仿真及模拟。

7 结 论

总之，三维设计技术的发展已经日新月异，它为我们的窑炉设计提供了更科学，更便利的手段，它用可视化的手法，更清楚地服务于我们的设计，它解决了设计中常需要设计计算、标准化模型以及设计后期烦锁的统计。我们运行好三维设计就能更好地为顾客创造出更多的价值。

参考文献：

［1］ 梁善良，舒小山.高温宽体日用瓷辊道窑设计［J］.中国陶瓷工业，2007，14（3）.

［2］宋耑. 现代陶瓷窑炉［M］.武昌:武汉大学出版社，1996.

［3］ 轻工业部第一轻工业局. 日用陶瓷工业手册［M］. 北京: 轻工业出版社， 1981.

［5］ 胡国林. 陶瓷工业窑炉［M］. 武昌: 武汉理工大学出版社， 2010.

通信联系人：梁善良，男，工程师。

Received date:2016-03-01. Revised date: 2016-03-05.

Correspondent author:LIANG Shanliang， male， Engineer.

E-mail：liangshanliang@fox.mail.com

中图分类号：TQ174.6+5

文献标志码：A

文章编号：1006-2874（2016）03-0038-04

DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2016.03.009

收稿日期：2016-03-01。

修订日期：2016-03-05。

The Application of Three-dimensional Software in Kiln Design

LIANG Shanliang1， LIANG Qing2
（1.Guangdong Zhongyao Kiln Stock Co.， Ltd.， Foshan 528226， Guangdong， China； 2. Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002， Anhui， Ghina）

Abstract:This paper introduces the application of three-dimensional software in roller kiln and tunnel kiln. Three-dimensional software for designing kiln can increase designing speed and quality substantially. Using the software will reduce the design error or mistake and avoid the repetition and loss of statistics. When a change occurs to a design， the statistics and drawings will be synchronized and changed accordingly. It’s a great convenience for the designer. Moreover， three dimensional designing visualizes the process of designing and analysis， thus greatly improving the efficiency of designing.

Key words:three-dimensional software； parameter design； BOM chart； visualization； Inventor； motion simulation； three-dimensional piping layout