摘 要：彎管是大型高壓隔膜泵液力端的關鍵部件之一，在液力端分別與進料閥和隔膜室相連接。在彎管的設計過程中，應充分考慮彎管所受螺栓力以及內(nèi)腔流體壓力等因素，對其進行應力分析并對分析結果進行評定，以確保隔膜泵液力端在使用現(xiàn)場的安全性和連續(xù)運轉(zhuǎn)率。本文以煤化工用大型高壓隔膜泵液力端彎管為例，采用有限元分析軟件ANSYS對其進行應力分析，根據(jù)ASMEⅧ-2對分析結果進行校核，分析結論對彎管及同類承壓部件的設計與研發(fā)具有一定的理論指導意義。

關鍵詞：大型高壓隔膜泵 彎管 結構改進 ANSYS

中圖分類號：TH323文獻標識碼：A文章編號：1674-098x（2013）04（c）-0085-02

大型高壓隔膜泵作為固-液兩相介質(zhì)輸送的關鍵設備，在冶金、石油化工和長距離管道輸送等領域得到了日益廣泛的應用[1]。大型高壓隔膜泵液力端主要由隔膜室、腔體、油缸和彎管等關鍵部件所組成。其中，彎管由于受到內(nèi)腔壓力和裝配螺栓力的雙重作用，使其在彎管局部位置處產(chǎn)生應力集中。因此，在液力端彎管的設計過程中應對其進行應力分析與強度校核，以確保其能夠滿足設計要求以保證其在用戶現(xiàn)場安全、穩(wěn)定的運行。該文采用大型有限元分析軟件ANSYS對大型高壓隔膜泵液力端彎管進行應力分析，參考ASMEⅧ-2對應力分析結果分類并進行強度校核，以此為基礎對彎管的結構進行改進，以達到優(yōu)化結構和降本增效的目的，其分析結論對高壓隔膜泵液力端彎管及類似承壓容器的設計與改造具有一定的理論指導意義。

1 大型高壓隔膜泵彎管強度分析

1.1 彎管的幾何模型與邊界條件

采用三維幾何建模軟件SolidWorks繪制得到大型高壓隔膜泵液力端彎管的三維幾何模型如圖1所示，彎管所用材質(zhì)為ZG20Mn，其機械性能為σb=510 MPa，σs=295 MPa。使用有限元分析軟件ANSYS對彎管進行強度分析，進而對其結構強度進行優(yōu)化改進。

采用專用前處理軟件對大型高壓隔膜泵液力端彎管三維幾何模型進行前處理，由于該模型為對稱結構，為了降低計算規(guī)模、提高求解效率，在前處理過程中僅對1/2幾何模型進行分析[2]。在彎管前處理過程中應修正對結構影響不大的細節(jié)，在網(wǎng)格劃分過程中應將曲率較大和易產(chǎn)生應力集中的部位進行網(wǎng)格加密處理，單元形式選用三維四面體單元，單元類型為Solid45；共得到節(jié)點43620個，單元35362個。

根據(jù)彎管的實際受力情況定義有限元分析的邊界條件如下：根據(jù)隔膜泵液力端彎管的實際螺栓力將其加載到螺栓孔內(nèi)表面；將工作壓力加載到彎管內(nèi)腔；彎管底面和模型對稱面定義約束（如圖2所示）。

1.2 彎管的強度分析與校核

2 結語

（1）根據(jù)ASMEⅧ-2中對不同路徑下的不同類型應力線性化結果進行校核可知，該彎管的強度能夠滿足設計要求。

（2）根據(jù)對該種結構隔膜泵彎管強度分析結果可以得到最大應力值和最大變形值產(chǎn)生的位置，分析結果可作為該種結構彎管結構改進、改善應力集中和結構變形的參考依據(jù)。

（3）從結構優(yōu)化和降本增效的角度對該結構彎管進行改造，降低彎管壁厚5 mm，依照上述方法對彎管進行強度校核，仍能滿足設計要求，因此采用有限元分析軟件ANSYS對高壓隔膜泵彎管進行應力分析并應用ASME應力評定體系校核的方法對確保設備安全性和結構優(yōu)化設計具有一定的理論指導意義。

參考文獻

[1]凌學勤.DGMB、SGMB系列往復式隔膜泵在氧化鋁工藝流程中的應用[J].有色設備，2003（2）.

[2]李大磊，趙玉奇，張志林.SolidWorks高級功能與工程應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2008.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.