一种球形填料以及制作方法与流程

本发明涉及一种应用于填料塔中的填料结构以及该种结构填料的制作方法。
背景技术：
：填料质量的优劣对于填料塔的效率有着显著的影响。实践证明，没有良好的高效填料，填料的分离性难以发挥，填料塔甚至不可能正常操作。不良分布对效率的影响，在塔径与填料直径比特大(>40)和特小(<10)的场合尤其严重。石化企业需根据供求状况来经常地调整生产策略。如果想让工厂时刻保持高效率生产，就需要填料能够对流体具有再分布作用，从而减少壁流现象的发生。现有的填料采用的都是单一实体结构，在这种结构下，填料的比表面积固定，无法根据实际需要进行调整。技术实现要素：为了解决
背景技术：
中所提到的技术问题，本发明提供一种内伸舌叶球形填料的结构以及该种结构填料的制作方法，该种结构下能让填料保持比表面积最大，能让流体在填料表面接触保持最优工作状态。这种结构下的填料能够起到小型液体再分布器的作用，从而实现流量再控制与减少壁流现象的产生。此外，这种结构的填料还可以按照实际需要调整比表面积，进而增加适用性。本发明的技术方案是：本种内伸舌叶球形填料，包括空心的上半球体和下半球体，其独特之处在于：所述上半球体的上三分之二处开出至少一层带有内伸的舌叶的上窗口，所述舌叶采用圆周阵列布局，单层至少有3个舌叶，所述舌叶带有弧度；所述上半球体内置有一个上连接球，所述上连接球为实心半球体，在所述上连接球的表面沿圆心对称开有两条锁紧卡槽以及与所述锁紧卡槽相接的两条连接滑道；在所述上半球体的下三分之一处设置若干个均匀排布的等高的下支撑柱；所述上半球体与上连接球之间通过所述舌叶的尾端连接；所述下半球体的下三分之二处开出至少一层带有内伸的舌叶的下窗口，所述舌叶采用圆周阵列布局，单层至少有3个舌叶，所述舌叶带有弧度；所述下半球体内置有一个下连接球，所述下连接球为实心半球体；在所述下连接球的表面沿圆心对称设置有两条锁紧插销与两条连接凸道，其中所述锁紧插销与锁紧卡槽相配合，所述连接凸道与连接滑道相配合，以实现所述上、下半球体相扣合时，所述锁紧插销与连接凸道分别嵌入所述锁紧卡槽和连接滑道中，当所述上、下半球体旋合后相互锁紧。在所述下半球体的上三分之一处设置若干个均匀排布的等高的上支撑柱；所述下半球体与下连接球之间通过舌叶的尾端连接；所述上支撑柱之间的柱间距与所述下支撑柱之间的柱间距相同，以实现所述上、下半球体旋合后所述上、下支撑柱拼接后构成若干个方形孔；所述上、下半球体的舌叶旋向相反。用于制造上述内伸舌叶球形填料的方法，其步骤包括：利用计算机软件对内伸舌叶球形填料进行结构设计并完成模型的建立，之后利用所建立的模型通过与计算机相连接的3d打印机打印后生成内伸舌叶球形填料。其中，所述利用计算机软件对内伸舌叶球形填料进行结构设计并完成模型的建立，按照如下步骤进行：首先，利用solidworks软件完成模型建立，按照如下过程进行：即根据相关尺寸建立空心球体，采用拉伸切除命令在空心球体切出带内伸舌叶窗口，采用圆周阵列方式获取若干个矩形窗口；之后完成上半球单个内伸舌叶绘制；再后，以阵列方式获取上半球3个内伸舌叶；完成下半球单个内伸舌叶绘制，再以阵列方式获取下半球3个内伸舌叶；之后，切除球体上半部分和球体下半部分；再进行填料上下支撑柱获取；然后建立填料连接球，之后，切分球体获得上下半球；建立上半球锁紧卡槽与连接滑道；建立下半球锁紧插销与连接凸道；所述利用所建立的模型通过与计算机相连接的3d打印机打印后生成内伸舌叶球形填料，具体过程如下：首先进行3d打印设备与材料的选择；其后将利用solidworks软件建立好的模型进行数据转化，以实现建立好的模型数据可以被所述3d打印机识别并按照该模型来打印产品；最后，控制所述3d打印机的打印头，采用分层加工、叠加成型的方式来构建内伸舌叶球形填料的三维实体。按照1：1的比例进行填料打印。本发明具有如下有益效果：本种填料结构表面采用球面设计，可以将压力降降低到最小。在球面壁上开出两层带有内伸的舌叶形状的窗口，球体与填料内壁由支撑柱相连，形成的方形孔可以改善填料层内部两相流的流动情况，适当的减少压力降。同时上下两层舌叶窗向内旋转的方向相反，当流体经过填料表面时会被填料收集与再分布，可增大分离流量，提升分离效率，实现填料的自我流体调节。本种填料将液体分布器与传统球型填料相结合，在保证液体分布的同时也增大了传质接触面积，增大了承受压力载荷，拥有优秀的操作弹性，同时便于填料自身进行清理，便于检维修。在一定程度上避免了壁流情况的发生，减少了液体分布器与液体再分布器的使用，保证生产计划需时常调节的大环境下，填料塔能够时刻保持最佳工作状态，符合经济性原则，具有实际生产意义。此外，本种填料分为上下可分离连接的两部分既可保证流体的收集与再分布作用，又可按照不同的工况，调整填料的具体结构，在便于实现生产加工的同时提高适用性。本发明所述结构的填料采用3d打印技术生成，利用3d打印技术对所设计的新型填料进行打印突破了采用常规材料在制造过程中遇到的困难。附图说明：图1是本发明的填料上半部分结构示意图。图2是本发明的填料上半部分连接球细节放大图。图3是本发明的填料上半部分连接部分示意图。图4是本发明的填料下半部分结构示意图。图5是本发明的填料下半部分连接球放大图。图6是本发明的上下部分拼接整体填料示意图。图7是本发明的填料部分舌叶分布示意图。图8是本发明的替换填料部分舌叶分布示意图。具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明：本种内伸舌叶球形填料，包括空心的上半球体1和下半球体2，其独特之处在于：所述上半球体的上三分之二处开出至少一层带有内伸的舌叶的上窗口101，所述舌叶采用圆周阵列布局，单层至少有3个舌叶，所述舌叶带有弧度；所述上半球体内置有一个上连接球104，所述上连接球为实心半球体，在所述上连接球的表面沿圆心对称开有两条锁紧卡槽102以及与所述锁紧卡槽相接的两条连接滑道103；在所述上半球体的下三分之一处设置若干个均匀排布的等高的下支撑柱105；所述上半球体与上连接球之间通过所述舌叶的尾端连接。所述下半球体的下三分之二处开出至少一层带有内伸的舌叶的下窗口204，所述舌叶采用圆周阵列布局，单层至少有3个舌叶，所述舌叶带有弧度；所述下半球体内置有一个下连接球203，所述下连接球为实心半球体；在所述下连接球的表面沿圆心对称设置有两条锁紧插销201与两条连接凸道202，其中所述锁紧插销201与锁紧卡槽102相配合，所述连接凸道202与连接滑道103相配合，以实现所述上、下半球体相扣合时，所述锁紧插销与连接凸道分别嵌入所述锁紧卡槽和连接滑道中，当所述上、下半球体旋合后相互锁紧。在所述下半球体的上三分之一处设置若干个均匀排布的等高的上支撑柱205；所述下半球体与下连接球之间通过舌叶的尾端连接；所述上支撑柱之间的柱间距与所述下支撑柱之间的柱间距相同，以实现所述上、下半球体旋合后所述上、下支撑柱拼接后构成若干个方形孔。所述上、下半球体的舌叶旋向相反。下面给出具体实施例：所述结构采用液体分布器与球型填料相结合的思路，上下两部分相连接后为φ100mm壁厚4mm的球壳。在填料上半部分开出一层带有内伸的舌叶形状的窗口（图1标号101），舌叶间采用圆周阵列布局，单层有3个阵列带有弧度的舌叶之间的间隔为120°，舌叶层中舌叶间距为45mm舌叶高20mm，舌叶头正对圆心，舌叶φ60mm距离球心4.77mm与8.27mm。填料上半部分的上连接球（图1标号104）由φ45mm实心半球体构成，在表面设置内直径为31.5mm宽2.5mm深1mm的角度为20°的两条锁紧卡槽（图1标号102）与内直径为30mm宽4mm深2mm的角度为120°的两条连接滑道（图1标号103）。在上半部分设置宽5.54mm高10mm的15个均匀排布上支撑柱(图1标号105)。在填料下半部分开出一层带有内伸的舌叶形状的窗口（图4标号204），舌叶间采用圆周阵列布局，单层有3个阵列带有弧度的舌叶之间的间隔为120°，舌叶层中舌叶间距为45mm舌叶高20mm，舌叶头正对圆心，舌叶φ60mm距离球心4.77mm与8.27mm。填料下半部分的舌叶旋向与上层填料舌叶旋向相反。填料下半部分的下连接球（图4标号203）由φ45mm实心半球体构成，在表面设置内直径为30mm宽4mm高1mm的角度为20°的两条锁紧插销（图4标号201）与内直径为30mm宽4mm高2mm的角度为80°的两条连接凸道（图4标号202）。在下半部分设置宽5.54mm高10mm的15个均匀排布下支撑柱(图4标号205)。将上半部分与下半部分相拼接构成整体的球型填料中心处有15个16×20mm的方行孔。上下舌叶层至距离方形孔均为5mm。这些方形孔增加了流体进入填料内部的流入方式以及有效的降低了流体压力降。两层舌叶层以球中心为界限对称错开分布，舌叶层之外无球体部分。在应对不同工况条件情况可运用替换填料部分相拼接以适应改变。替换填料部分通过改变舌叶的弯曲弧度以适应流体状况的变化，连接球及连接部分大小不变。这种分布方式既使得流体实现再分布使填料塔内部面积得到充分利用，也保证了塔中气液两相具有足够的接触面积，同时也保证结构强度较为良好。保证了根据不同工况调整填料结构以及加工的方便性。通过运用3d打印技术突破了常规材料在制作层面的不足，使得复杂结构的出现成为可能，同时保证材料安全，对环境无污染，提高经济效率。图8是替换填料部分3的结构示意图，可以按照需要与拆分后的上、下半球体相结合，以适应不同工况。如图2与图5所示,显示的是填料相连接的结构：将上下部分或替换部分相旋合可进行连接。经过试用后显示，本种球型填料的两层舌叶层可起到对填料塔中流动的流体进行收集与再分布的功效，使传质传热面积大大增加，增大了填料塔再生产工作中气液接触面积。下面给出利用本发明所述方法生产球形填料的一个具体实施例：采用计算机技术对填料进行结构设计首先是在是solidworks中完成模型的建立，然后将建立的模型利用3d打印机进行打印。具体流程如下：一、solidworks完成模型建立。1、打开软件solidworks。2、根据相关尺寸建立空心球体。选择前视基准面绘制草图，绘制φ100mm等距4mm的2个半圆形成闭合曲线，点击旋转命令旋转360°形成φ100mm壁厚为4mm的空心球体。3、采用拉伸切除命令在空心球体切出带内伸舌叶窗口。选择前视基准面绘制草图距离球心15mm的地方往外绘制长450mm×高20mm的矩形，选择该矩形为轮廓选择拉伸切除命令中的完全贯穿。4、采用圆周阵列方式获取6个矩形窗口。选择刚刚进行的拉伸切除命令进行圆周阵列形成3个同样的拉伸切除特征。选择圆周阵列命令以上视基准面为基准进行镜像操作。5、上半球单个内伸舌叶绘制。以上视基准面为基准选中圆周阵列命令进行镜像操作。以上视基准面为基准面进行草图绘制φ40mm的圆，以此为轮廓进行拉伸切除命令中的完全贯穿两者。选择之前进行圆周阵列拉伸切除之后的球体断面以此面为草图绘制面点击转换实体引用命令。再以于此平面垂直的平面为草图绘制面绘制距离原点高4.77mm长8.27mmφ60mm的逆时针圆弧。以这两个草图为基准进行扫描命令形成舌叶。6、阵列方式获取上半球3个内伸舌叶。选择舌叶进行圆周阵列3个等距的舌叶。7、下半球单个内伸舌叶绘制。再在球体下半部选择之前进行圆周阵列拉伸切除之后的球体断面以此面为草图绘制面点击转换实体引用命令。再以于此平面垂直的平面为草图绘制面绘制距离原点高4.77mm长8.27mmφ60mm的顺时针圆弧。以这两个草图为基准进行扫描命令形成舌叶。8、阵列方式获取下半球3个内伸舌叶。选择舌叶进行圆周阵列3个等距的舌叶。9、切除球体上半部分。距离上视基准面35mm绘制φ100mm的圆以此向外进行拉伸切除以切去球体上部。10、切除球体下半部分。距离上视基准面35mm绘制φ100mm的圆以此向外进行拉伸切除以切去球体下部。11、填料上下支撑柱获取。在上视基准面上绘制草图水平中心线以此为基准再做相距47°的中心线。以这条47°的中心线为基准建立基准面。在基准面上绘制长16.07mm×高20mm的长方体进行拉伸切除。选择圆周阵列阵列15个长16.07mm×高20mm的长方体拉伸切除。12、建立填料连接球。在上视基准面上绘制φ50mm的半圆在进行旋转形成实心中心球体。在分割后会形成上下两个连接半球。13、切分球体获得上下半球。选择上视基准面绘制φ100mm的圆，以此进行拉伸切除命令，另存为填料上半球，选择上视基准面绘制φ100mm的圆，以此进行拉伸切除命令，另存为填料下半球。14、上半球连接滑道与锁紧卡槽建立。选择填料上半球的连接球部分建立草图绘制以竖直中心线为基准的角度为20°的圆弧，选择右视基准面绘制与圆弧相切的距离连接球表面1mm的长4mm高1mm的矩形。以上述两草图为基准进行扫描切除命令。扫描切除后选择连接面，绘制半径为18.25mm与半径为15.75弧度为20°的封闭圆弧进行拉伸切除1mm。选择连接球面接着上述圆弧绘制弧度为120°的圆弧，以上述扫描切除断面绘制长4mm高2mm的矩形。以此两草图进行扫描切除命令获得一段连接处。选择连接球面作为基准面绘制另一侧距离竖直中心线20°的的圆弧，选择右视基准面绘制与圆弧相切的距离连接球表面1mm的长4mm高1mm的矩形。以上述两草图为基准进行扫描切除命令。扫描切除后选择连接面，绘制半径为18.25mm与半径为15.75弧度为20°的封闭圆弧进行拉伸切除1mm。选择连接球面接着上述圆弧绘制弧度为120°的圆弧，以上述扫描切除断面绘制长4mm高2mm的矩形。以此两草图进行扫描切除命令获得另一段连接处。这样就构成了上半球连接滑道与锁紧卡槽。15、下半球连接凸道与锁紧插销建立。在连接球表面以竖直中心线为基准距离中心线20°绘制半径为19与半径为15的80°的封闭圆弧选择凸台拉伸命令拉伸2mm高。在连接球表面接着刚进行的凸台拉伸特征处绘制半径为19与半径为15的20°的封闭圆弧选择凸台拉伸命令拉伸1mm高。在连接球表面以竖直中心线为基准距离中心线另一侧20°绘制半径为19与半径为15的80°的封闭圆弧选择凸台拉伸命令拉伸2mm高。在连接球表面接着刚进行的凸台拉伸特征处绘制半径为19与半径为15的20°的封闭圆弧选择凸台拉伸命令拉伸1mm高。这样就构成了下半球的连接凸道与锁紧插销。16、替换填料建立。重复上述步骤1-12，将内伸舌叶尺寸进行适当调整即可实现不同工况要求，提高操作弹性。二、模型3d打印。1、3d打印设备与材料选择。本次新型填料的3d打印采用的设备为：makerbot3d打印机，以1.75mm的pla为打印材料，采用的是熔融堆积的方式。1、将模型数据转化。将已经建立好的三维模型通过设备后台软件程序makerbotdesktop转化为数据。2、控制相关打印参数。控制打印头，采用分层加工、叠加成型的方式来构建三维实体。按1：1的比例进行填料打印。具体工艺参数如表1所示。喷头温度/℃热床温度/℃首层高度/mm层高/mm填充密度/％填充方式230250.2mm0.210线性表13d打印技术是一种采用“增材制造”的三维制造技术，其思想源于1989年的美国麻省理工学院，并在20世纪后期得到了发展。而如今工业发展与人工智能的相互结合，促使3d打印技术成为第三次工业革命的标志之一。因其具有成型速度快，操作简单、通用性高等优点，使3d打印的生产模式在工业制造中越来越受重视。同时在机械设计中一些结构设计复杂的元件可以利用3d技术来进行制造，从而促进制造技术的发展。利用3d打印技术对所设计的新型填料进行打印也突破了常规材料在制造过程的困难。当前第1页12