典型铸造车间仿真设计实例解析.pdf

中国铸造装备与技术 1辕圆园14 Foundry Design车间设计 1前言 进入 21 世纪以来 发达国家纷纷调整其产业 政策与技术政策 将高新技术的重点和科技发展的 热点转向产业技术 主要是智能化制造技术领域 使智能化制造技术由传统意义上的单纯机械加工 技术转变为集机械 电子 材料 信息和管理等诸多 技术于一体的先进制造技术 并加速用现代智能化 制造技术改造和提升传统制造业 实现制造业的高 技术化 我国改革开放以来 机械制造业取得了巨 大的成就 从引进消化吸收向自主创新迈出了坚实 的步伐 1 智能化设计将进一步提高制造系统的柔 性化和自动化水平 使生产系统具有更完善的判断 与适应能力 也将会显著减少制造过程物耗 能耗 提升传统制造业的水平 济南某铸造公司新建铸造项目厂区用地面积 21 6 万 m2 总建筑面积 6 万 m2 年设计生产铸铁件 35 000 t 有色铸件 1 000 t 项目利用 BIM 技术构建 三维工业建筑信息模型 进行可视化设计 同时将 绿色工业建筑性能模拟应用于方案比选与设计优 化 工厂运维管理采用 工厂三维运维管理系统 全力打造 绿色 节能 环保 的新型数字化工厂 2三维工业建筑信息模型 2 1厂区规划布局可视化 结合济南地区气候特点 地块特点和该厂的生 产工艺特点 厂区规划合理利用当地自然条件 采用 可视化规划手段 方便直观地为客户展示规划布局 图 1 使客户充分理解规划设计意图 2 2铸造车间工艺布局可视化 车间工艺设备根据各生产系统特点 利用仿真 技术进行可视化布局 图 2 使整个物流顺畅 路线 短捷 可视化的工艺布局也避免了设备在移动过程 与钢结构或管线发生碰撞 2 3铸造车间模拟建造 利用车间模拟建造功能 将各阶段施工工序与 BIM 模型关联起来 可合理安排施工 有效控制工 期 同时 将建造过程以三维方式展示给业主 图 3 也可使业主直观掌握整个项目的进展情况 2 4车间公用专业及工艺设备可视化设计 图 1厂区规划布局可视化 图 2铸造车间工艺布局可视化 典型铸造车间仿真设计实例 苏见波 徐继龙 刘建 机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州 450007 摘要 介绍了三维工业建筑信息模型在典型铸造车间的应用 对重点车间的光环境 建筑物室内外噪声 气流组织和温度场等建筑性能进行了模拟分析 关键词 铸造车间 仿真设计 三维模型 中图分类号 栽郧28鸦文献标识码 A 文章编号 员园园远原怨远缘愿 2014 园1原0001 04 DOI 10 3969 j issn 1006 9658 2014 01 019 收稿日期 2013 10 13 稿件编号 1310 343 作者简介 苏见波 1980 男 工程师 主要从事铸造车间的工程咨 询 工程设计及总承包工作 1 中国铸造装备与技术1 辕 圆园14 车间设计Foundry Design 车间公用专业管线利用 Revit MEP 进行可视 化设计 图 4 避免了管线之间的 错漏碰缺 现象 的发生 在空间狭小的区域也可高效 准确地将各 专业管线以最优方式排布 并直观展示 在施工前解 决碰撞问题 减少返工 有利于控制建设成本和工 期 车间工艺设备均建立其参数化模型 便于后期 运维管理 3绿色工业建筑性能模拟 参照 绿色工业建筑评价标准 对本项目设计 方案进行了光环境 建筑物室内外噪声及重点车间 内气流组织和温度场等绿色工业建筑性能模拟分 析 通过分析结果 对设计方案在建筑材料选用 建 筑照明节能 噪声污染防治 气流组织优化 改善工 人作业环境等方面提供参考和修改建议 改进建筑 性能 达到 绿色 节能 环保 的效果 厂区环境绿色分析侧重于济南市气象数据的分 析 车间采光分析 车间运行时产生的噪音污染情况 分析等方面 从而确定厂区建筑最佳朝向 热舒适 度 采光方案及噪音污染治理措施等 3 1厂区环境绿色分析 由全年各月风频图可知济南主导风向为北风 夏季主导为西南风 设计中加以利用夏季主导风 同 时对冬季主导风向加以防范 各种被动设计策略舒适度百分比影响如图 5 在济南地区 自然通风策略与高热容材料运用得当 可大幅度提高室内热舒适度 通过组织自然通风 在 5 6 7 8 9 12 月能大幅 改善室内热舒适度 本方案结合建筑布局及平面形 状考虑了自然风的导入 以利于室内的通风 通过利用高热容材料的热惰性 可减小室内环境 温度随室外环境温度的波动 提高室内环境的舒适 性 1 2 12 月无作用 尤其在 4 5 6 9 10 月份 本方 案墙体 屋面 地面等实体结构均采用了隔热性能和 蓄热性能较好的材料 阻止热量进入室内并降低室 外温度波动对室内温度的影响 提高室内热舒适度 从图 6 中可以看出在 6 7 8 月通过利用机械通 风可满足室内舒适度要求 本工程结合建筑布局进 行建筑通风设计 减小空调制冷运行时间 从而降低 建筑能耗 各种颜色区块表示所采用的主动式降温 策略 蓝线在区块内部的部分 则表明该蓝线所代表 的时间段可采用的最佳主动式降温策略 济南光气候区为芋类 车间采光等级为芋级 采 光形式为侧面采光兼顶部采光 由于各种因素 设 图 3铸造车间模拟建造 图 4车间公用专业及工艺设备可视化设计 图 5被动设计策略分析 图 6焓湿图分析 2 中国铸造装备与技术 1辕圆园14 Foundry Design车间设计 计难以满足 建筑采光设计标准 的要求 需辅以人 工照明 辅以人工照明后 车间内平均照度大于 300lux 满足 建筑采光设计标准 的要求 图 7 落砂机在不影响功能的情况下采用半密闭罩 除尘风机采取密闭罩隔声措施 风机出口设置阻性 或阻抗复合式消声器 水泵设置在水泵房内 基础均 设置隔声垫 水泵进出水管上设避震喉 可降低水泵 的噪声和震动 空压机采用低噪声的螺杆空压机 空 压站在建筑上采用隔声门窗及内墙贴附吸声材料等 消声降噪措施 各工作时震动大的设备采用减震基 础 减少震动时的噪声和减轻振动的传播 考虑采取以上措施后 模拟分析出厂界噪音白 天低于 60dB 图 8 满足 工厂企业厂界噪声排放 标准 域类标准要求 3 2铸造车间 CFD 模拟 铸造车间 CFD 模拟分析重点研究车间的主厂 房 并根据需要对模型进行了一定的简化 模拟出车 间在室外有风和无风两种状态下运行的最不利工 况 1 工况一 室外无风 熔化 浇铸 开箱同时进 行 平衡状态下 铸造车间 1 5 m 高度温度分布以 发热体为中心呈放射状分布 图 9 温度沿放射方 向快速递减 辐射范围与发热体体积和温度成正比 车间内大部分区域温度与环境温度相同为 35益 浇 铸区温度在 40益以下 熔化区温度在 47益以下 开 箱区温度最高 影响范围最大 靠近铸件处温度超过 70益 铸造车间温度分布大致趋势还是以发热体为 中心呈放射状分布 但沿竖直方向递减较水平方向 缓慢 这主要是受热浮力流动的影响 平衡状态下 铸造车间竖直方向速度分布分层 明显 车间气流主要受车间开窗位置和发热构件布 置影响 平衡状态下 铸造车间竖直方向上压力分布分 层明显 图 10 主要受重力因素影响 1 5 m 高度 上 车间左侧由于高温构件集中分布而静压略高 2 工况二 室外有风 在工况一基础上加入室 外风环境的影响 济南市夏季盛行西南风 风速取平均值 3 m s 受室外风环境影响 铸造车间 1 5 m 高度速度分布 左侧略高 大部分区域风速为 0 4 m s 右侧略低 大 部分区域风速为 0 15 m s 总体速度分布比较均匀 分析发现 冷热空气交汇产生明显的涡流区 有利于 加快冷热空气混合和热空气的排出 图 11 1 5 m 高度温度分布分区明显 大部分区域与环 境温度相同 为 35益 左侧开箱区和浇铸区受高温 铸件影响 温度较高 但大部分区域温度在 41益以 图 7采光分析 图 8噪音分析 图 91 5 m 高度速度分布图 图 101 5 m 高度压力分布图 3 中国铸造装备与技术1 辕 圆园14 车间设计Foundry Design 下 这主要是由于涡流的出现加快冷热空气混合和 热空气的排出 温度分布受气流导向作用明显 热空气可以就 近排出室外 下层空气被高温铸件加热后与空气快 速混合 经气流诱导排出室外 4结束语 该项目利用数字模拟和仿真技术对总图方案 工艺设计 综合管线布局进行了分析 比较 获得最 优方案 提高了现代化工厂的设计水平 项目的建 筑智能化系统主要包括火灾自动报警系统及消防控 制系统 安防系统 灯光控制系统 电能管理系统及 系统集成平台等 为公司的管理提供真实 可靠的运 行数据 参考文献 1 路甬祥 走向绿色和智能制造 中国制造发展之路 J 国内外 机电一体化技术 2010 3 24 29 An Example of Simulation Design of Typical Foundry Workshop SU JianBo XU JiLong LIU Jian SIPPR Engineering Group Co Ltd Zhengzhou 450007 Henan China Abstract The application of 3D model information industrial buildings on typical casting workshop has been introduced with simulation analysis on t