王連丹

摘 要：本文介紹了大型隔膜泵的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重闡述并分析了流體分析軟件ADINA在隔膜泵設(shè)計(jì)過(guò)程的應(yīng)用，系統(tǒng)說(shuō)明了此種軟件對(duì)于隔膜泵液力端關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用、意義和影響。

關(guān)鍵詞：有限元；隔膜泵；強(qiáng)度分析

中圖分類號(hào)：TH323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隔膜泵是泵類中重要的一類產(chǎn)品，包括三缸單作用和雙缸雙作用兩大門類。以三缸單作用往復(fù)式活塞隔膜泵為例，該泵通過(guò)設(shè)置橡膠隔膜將壓力油與輸送的物料分隔開(kāi)，使隔膜泵主要部件在清潔的油液中工作，保證了這些零部件的長(zhǎng)期使用壽命。該泵的常備易損件僅為閥和橡膠隔膜，大大降低了運(yùn)行和維護(hù)的成本。與此同時(shí)，采用合理的易損件裝配結(jié)構(gòu)和適用的檢修工具，令檢修和更換操作便捷，從而提高了泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率，完全可以滿足客戶需求。隔膜泵具有高效節(jié)能、運(yùn)行平穩(wěn)可靠，以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，已成為料漿輸送系統(tǒng)中理想的具有高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率的料漿輸送設(shè)備。且隔膜泵的維修十分方便，其主要構(gòu)件一般不需要維修，檢修周期長(zhǎng)，易損件的更換非常簡(jiǎn)單，只需要一般工人就可以更換維護(hù)。一般僅需要更換閥件、密封件等。

1 ADINA軟件簡(jiǎn)介

ADINA出現(xiàn)于1975年，在K. J. Bathe 博士的帶領(lǐng)下，其研究小組共同開(kāi)發(fā)出ADINA有限元分析軟件。ADINA的名稱是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis 的首字母縮寫。這表達(dá)了軟件開(kāi)發(fā)者的最初目標(biāo)，即ADINA除了求解線性問(wèn)題外，還要具備分析非線性問(wèn)題的強(qiáng)大功能——求解結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)之外的多場(chǎng)耦合問(wèn)題。除了機(jī)械結(jié)構(gòu)分析之外，ADINA-CFD 程序?yàn)榭蓧嚎s和不可壓縮的流體提供了世界一流的有限元和控制流量的解決能力，流體可包含自由表面和流體間以及流體與結(jié)構(gòu)間的流動(dòng)界面。程序運(yùn)用一個(gè)任意拉格朗日歐拉（ ALE ）公式。

2 基于ADINA的隔膜泵動(dòng)力端分析

隔膜泵動(dòng)力端包括曲軸、連桿、活塞桿等關(guān)鍵部件，在動(dòng)力端零部件的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，可采用有限元分析軟件ADINA對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵件的強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)改進(jìn)和降低生產(chǎn)制造成本的目的。以隔膜泵動(dòng)力端活塞桿為例，根據(jù)其實(shí)際受力情況在有限元分析軟件中對(duì)其進(jìn)行載荷和邊界條件施加，可得到其邊界條件圖和應(yīng)力分布云圖如圖1所示和圖2所示。

3 基于ADINA的隔膜泵液力端分析

隔膜泵液力端包括隔膜腔、隔膜室蓋、腔體及油缸、進(jìn)出料閥箱等關(guān)鍵件，在隔膜泵液力端關(guān)鍵件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)將內(nèi)腔流體流動(dòng)狀態(tài)作為設(shè)計(jì)分析的重要依據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造。以隔膜泵液力端進(jìn)出料閥箱為例，其流場(chǎng)特性分布如圖3所示和如圖4所示。

結(jié)論

隨著有限元分析軟件在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸推廣，在大型隔膜泵設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用ADINA分析軟件對(duì)動(dòng)力端和液力端的關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析并改進(jìn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢(shì)，也為設(shè)備的升級(jí)改造提供了重要的理論指導(dǎo)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]馬野，袁志丹，曹金鳳.ADINA有限元經(jīng)典實(shí)例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.