摘 要：大型高壓隔膜泵在冶金、石油化工和長(zhǎng)距離管道輸送中應(yīng)用廣泛，進(jìn)出料閥箱是隔膜泵中關(guān)鍵零部件之一，在高壓以及固液兩相環(huán)境下工作，對(duì)其強(qiáng)度有特殊要求。在閥箱的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮閥箱內(nèi)部所受高壓以及沖擊力等因素，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，以確保隔膜泵在使用過程中的安全性和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率。本文以煤化工用大型高壓隔膜泵進(jìn)出料閥箱為例，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，根據(jù)ASMEⅧ-2對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核，分析結(jié)論對(duì)進(jìn)出料閥箱及同類承壓部件的設(shè)計(jì)與研發(fā)具有一定的理論指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高壓隔膜泵 閥箱 ANSYS 強(qiáng)度校核

中圖分類號(hào)：TH323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（c）-0123-02

大型高壓隔膜泵作為往復(fù)泵的一種，是輸送固-液兩相介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備，在冶金、石油化工和長(zhǎng)距離管道輸送等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用[1]。大型高壓隔膜泵液力端主要由進(jìn)出料閥箱、隔膜室、腔體、油缸等關(guān)鍵部件所組成。其中，進(jìn)出料閥箱由于受到內(nèi)部壓力和沖擊帶來(lái)的沖擊力雙重作用，使其在進(jìn)出料閥箱局部位置處產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，在進(jìn)出料閥箱的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核，以確保其能夠滿足設(shè)計(jì)要求，提高隔膜泵在使用過程中的安全性和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率。本文采用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)大型高壓隔膜泵液力端進(jìn)出料閥箱進(jìn)行強(qiáng)度分析，參考ASMEⅧ-2對(duì)應(yīng)力結(jié)果分析并進(jìn)行強(qiáng)度校核，以此為基礎(chǔ)對(duì)進(jìn)出料閥箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)和降本增效的目的，其分析結(jié)論對(duì)高壓隔膜泵進(jìn)出料閥箱及類似承壓容器的設(shè)計(jì)與改造具有一定的理論指導(dǎo)意義。

1 進(jìn)出料閥箱強(qiáng)度分析

1.1 進(jìn)出料閥箱模型建立

1.2 網(wǎng)格劃分與邊界條件

由于該模型為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了降低計(jì)算規(guī)模、提高求解效率，在前處理過程中僅對(duì)1/2幾何模型進(jìn)行分析[2]。在進(jìn)出料閥箱前處理過程中應(yīng)修正對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大的細(xì)節(jié)，在網(wǎng)格劃分過程中應(yīng)將曲率較大和易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，單元形式選用四面體單元，共得到節(jié)點(diǎn)63824個(gè)，單元52047個(gè)。

1.3 計(jì)算結(jié)構(gòu)及分析

由圖3應(yīng)力分布云圖可知，進(jìn)出料閥箱的最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥箱內(nèi)腔與出料口相貫線處，最大應(yīng)力值97.216 MPa，最大變形出現(xiàn)在進(jìn)出料閥箱內(nèi)腔中心處，變形值為0.079 mm。

ASMEⅧ-2中將壓力容器的應(yīng)力分類為一次應(yīng)力（包括總體薄膜應(yīng)力、局部薄膜應(yīng)力）、二次應(yīng)力和總應(yīng)力，并對(duì)各類型應(yīng)力的校核給出了相應(yīng)的準(zhǔn)則如下。

2 結(jié)論

（1）根據(jù)ASMEⅧ-2中對(duì)不同路徑下的不同類型應(yīng)力線性化結(jié)果進(jìn)行校核可知，該閥箱的強(qiáng)度滿足要求。

（2）根據(jù)對(duì)該結(jié)構(gòu)隔膜泵閥箱強(qiáng)度分析結(jié)果，可以得到最大應(yīng)力值和最大變形值產(chǎn)生的位置。

（3）應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)高壓隔膜泵閥箱進(jìn)行應(yīng)力分析并應(yīng)用ASME應(yīng)力評(píng)定體系校核閥箱強(qiáng)度，可作為閥箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)、優(yōu)化的參考依據(jù)，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的理論指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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