淺析有限元分析在隔膜泵設(shè)計領(lǐng)域的應用

陳博龍

摘 要：本文介紹了大型隔膜泵的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，討論并分析了有限元分析軟件及有限元分析法對隔膜泵設(shè)計過程的應用，系統(tǒng)說明了有限元分析軟件對于隔膜泵關(guān)鍵零部件機械強度分析的作用、意義和影響。

關(guān)鍵詞：有限元；隔膜泵；強度分析

中圖分類號：TH32 文獻標識碼：A

隔膜泵是工業(yè)往復泵中重要的一類產(chǎn)品。它的突出優(yōu)點是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無關(guān)，適應輸送介質(zhì)十分廣泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不隨壓力和輸送介質(zhì)粘度的變動而變動。在當今世界能源緊缺的形勢下，隔膜泵作為節(jié)能產(chǎn)品，在石油開發(fā)、管道輸煤、煤氣化工、電站排渣、礦山開采等方面起著重要作用，而且在壓力容器檢測和實現(xiàn)現(xiàn)代化石油化工工業(yè)全面自動化操作方而也是不可缺少的品種。與傳統(tǒng)離心泵相比，隔膜泵的排出壓力主要取決于泵所裝置的管路特性，且可根據(jù)泵裝置的管路特性，建立泵所需的排出壓力，它不會隨著地層壓力變化，流量發(fā)生變化，這點離心泵是無法達到的。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，易損件的更換非常簡單，只需要一般工人就可以更換維護。一般只需要打開液力端更換閥件、密封件等。

1 有限元分析軟件簡介

有限元分析（FEA）是對于結(jié)構(gòu)力學分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。被廣泛應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等問題。目前，有限元方法已經(jīng)應用于水工、土建、橋梁、機械、電機、冶金、造船、飛機、導彈、宇航、核能、地震、物探、氣象、滲流、水聲、力學、物理學等，幾乎所有的科學研究和工程技術(shù)領(lǐng)域。基于有限元分析（FEA）算法編制的軟件，即所謂的有限元分析軟件。通常，根據(jù)軟件的適用范圍，可以將之區(qū)分為專業(yè)有限元軟件和大型通用有限元軟件。實際上，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展和完善，各種專用的和通用的有限元軟件已經(jīng)使有限元方法轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。

2 有限元分析在隔膜泵動力端的應用

隔膜泵動力端包括曲軸、連桿、十字頭等關(guān)鍵部件，在動力端零部件的設(shè)計研發(fā)過程中，可針對部件的實際運行工況，采用大型有限元分析軟件ANSYS對其進行分析計算，以達到強度校核、優(yōu)化設(shè)計和降低生產(chǎn)制造成本的目的。以某規(guī)格隔膜泵動力端連桿為例，根據(jù)其實際受力情況在有限元分析軟件中對其進行載荷和邊界條件施加，可得到其應力分布云圖和變形分布云圖如圖1和圖2所示。作為其設(shè)計改進的理論依據(jù)。

3 有限元分析在隔膜泵液力端的應用

隔膜泵液力端中主要包含隔膜腔、隔膜室蓋、腔體及油缸、活塞及活塞桿等關(guān)鍵件，在對隔膜泵液力端關(guān)鍵件進行強度分析的過程中，不僅應考慮其在整體裝配條件下的螺栓受力，還應將內(nèi)腔流體壓力作為設(shè)計分析的重要依據(jù)。從而找出最大應力及變形發(fā)生的大小及位置，在設(shè)計過程中將薄弱位置補強、將安全系數(shù)裕度較大區(qū)域改造，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和成本的降低。以某型號隔膜泵的隔膜室蓋為例，其應力分布云圖和變形分布云圖如圖1所示和圖2所示。

結(jié)論

隨著有限元分析法在機械工業(yè)領(lǐng)域應用的日益廣泛，在高壓力、大流量隔膜泵設(shè)計的過程中，采用有限元分析軟件對動力端和液力端的關(guān)鍵零部件進行分析并指導設(shè)計已經(jīng)成為該領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。其分析計算結(jié)果也為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)改進和升級換代提供了重要的理論指導和技術(shù)支持。

參考文獻

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