大型三缸單作用隔膜泵動力端結構強度研究

武 偉（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧　沈陽　110144）

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大型三缸單作用隔膜泵動力端結構強度研究

武 偉
（中國有色（沈陽）泵業(yè)有限公司，遼寧沈陽110144）

摘要：大型三缸單作用隔膜泵是長距離管道輸送領域中固-液兩相流體輸送的核心設備，隔膜泵動力端結構形式合理與否直接關系著隔膜泵在用戶現(xiàn)場運行行為的優(yōu)劣以及設備自身的安全性。本文針對大型三缸單作用隔膜泵動力端裝配體在不同工況條件下的運行狀態(tài)，應用大型有限元分析軟件ADINA中的結構模塊對其強度進行分析，以確定其能否滿足強度要求。其結論對隔膜泵動力端危險工況的確定以及結構改進提供了一定的理論參考。

關鍵詞：隔膜泵；動力端；結構強度

1 前言

隔膜泵作為長距離管道輸送領域中固-液兩相介質（如水煤漿等）的核心設備，目前已在煤炭、環(huán)保、石油化工等領域獲得了廣泛的應用。以三缸單作用大型隔膜泵為例，其動力端主要包括三拐曲軸、連桿、十字頭及上下滑板等關鍵部件。曲軸在旋轉過程中，帶動十字頭運動，引起導板受力，這一過程中隨著十字頭運動到不同位置時導板所受的力情況不同；此外，由于位于連桿位置的銷軸軸承和介桿分別與動力端十字頭相連接，在隔膜泵的實際運行過程中，十字頭內表面受隔膜泵曲軸活塞力的作用，表現(xiàn)為余弦力分布形式。因此，在設計大型隔膜泵動力端的過程中應充分考慮十字頭分布在不同位置時的各種工況，還應保證十字頭在承受大噸位活塞力的過程中不發(fā)生疲勞破壞，使其在結構強度上滿足設計要求，通過對比得出不同工況條件下動力端裝配體應力分布特性，從而避免產生過度的應力集中。本文采用國際上普遍認可的大型有限元分析軟件ADINA結構模塊對三缸單作用大型隔膜泵動力端裝配體進行強度分析，并對分析結果進行對比評估，從而確定隔膜泵動力端的危險工況以及動力端裝配體中各部件的應力分布特性。其結論對于設計和改進隔膜泵動力端相關部件有著一定的參考意義。

2 隔膜泵動力端裝配體強度分析

2.1 幾何模型與工況條件

將大型三缸單作用隔膜泵動力端裝配體網格模型導入有限元分析軟件ADINA中如圖1所示，分別在十字頭、滑板、導板和導板座之間建立接觸對，其中十字頭與滑板，導板與導板座之間為綁定接觸（MPC），滑板與導板之間為滑動接觸。進而研究各工況下各部件的變形與受力情況。

工況1條件如下：此工況為二三拐受力，二拐在前。經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移為0.099mm，將導板座進行編號，自走向右分別命名為導板座1、2、3，可以看出，位移最大出現(xiàn)在導板3最前端外側。導板最大應力22.53MPa，同樣出現(xiàn)在導板3上，位置正對應于3導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖2所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖3所示。

工況2條件如下：此工況為一二拐受力，一拐在前。經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移為0.09mm，位移最大出現(xiàn)在導板1上，正對于3導板座。導板的最大應力為21.97MPa，出現(xiàn)在導板2上，位置正對應于3導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖4所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖5所示。

工況3條件如下：此工況為二拐受力。經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移0.05mm，位移最大出現(xiàn)在導板2上，位于1、2導板座之間。導板的最大應力為19.93MPa，出現(xiàn)在導板2上，位置正對應于2導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖6所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖7所示。

工況4條件如下：此工況為一拐受力。經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移為0.057mm，位移最大出現(xiàn)在導板3上，位于1、2導板座之間。導板的最大應力為20.00MPa，出現(xiàn)在導板3上，位置正對應于2導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖8所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖9所示。

工況5條件如下：工況五為中間十字頭運動至導板最前端情況，經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移為0.165mm，最大位移最大出現(xiàn)在導板3上，正對于3導板座。導板的最大應力為35.36MPa，出現(xiàn)在導板3上，位置正對應于3導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖10所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖11所示。

工況6條件如下：工況六為中間十字頭運動至導板最后端情況，經分析計算得出此種工況下下導板的最大位移為0.09mm。導板的最大應力為22.22MPa，出現(xiàn)在導板2上，位置正對應于3導板座。此時導板與導板座位移分布云圖如圖12所示；動力端箱體的位移分布云圖如圖13所示。

結論

采用有限元分析軟件ADINA對大型隔膜泵動力端裝配體進行強度分析，在按照實際運行工況對其進行邊界條件的定義并施加載荷的條件下得到不同工況下動力端各部件變形分布云圖，通過以上計算得出，靜態(tài)分析中，在工況五情況下出現(xiàn)最大位移，中間十字頭運動至導板最前端情況，最大位移為0.165mm。

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中圖分類號：TB301

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