暖通自吸泵載荷有限元分析

王凱，李金富，林海斌，陳秀芹，樊健，蔡靖宇

（1.濰坊市燃氣供熱管理辦公室，山東 濰坊 261061；2.衢州學(xué)院機械工程學(xué)院，浙江 衢州 324000）

0 引言

暖通自吸泵是農(nóng)用水泵的一種，屬于自吸式離心泵，由于其特殊的結(jié)構(gòu)使其具有運行平穩(wěn)、使用要求低、運行效率高和自吸能力強等一系列優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉和抽水中[1-10]。相比于普通的農(nóng)用離心泵，暖通自吸泵在啟動前只需預(yù)先在泵殼內(nèi)灌滿水或是預(yù)先在泵殼內(nèi)存有一定量的水，暖通自吸泵啟動后高速旋轉(zhuǎn)的葉輪會使在葉輪槽中的水高速流向渦殼，這時在泵的入口處會形成真空，形成較強的吸力，吸引入水管道中的水流向自吸泵。但暖通自吸泵在自然條件下長期受載容易導(dǎo)致變形，這將大大影響自吸泵的使用壽命，基于此，本作品提出了一種針對暖通自吸泵性能的有限元分析，通過Solidworks三維建模軟件[11-13]對暖通自吸泵進行三維建模，同時通過Simulation軟件[14-17]對三維模型進行有限元分析，分析暖通自吸泵在自然條件下的應(yīng)力、位移、應(yīng)變分布及變化情況。為后續(xù)進一步地改善暖通自吸泵提供一定的理論依據(jù)。

1 有限元分析步驟

（1）新建算例：打開Simulation軟件開始新建一個算例，并進行相關(guān)參數(shù)設(shè)定。（包括算例名稱、單位系統(tǒng)、壓力/應(yīng)力單位、運算結(jié)果文件存儲路徑、數(shù)字格式、小數(shù)位數(shù)的設(shè)定）。

（2）泵體材料選取：選擇材料灰鑄鐵應(yīng)用于整個泵殼體，灰鑄鐵彈性模量66178.1 N/mm2，泊松比0.27，質(zhì)量密度7200 kg/mm2，如圖1所示。

（3）固定幾何體：在本次研究過程中，采用定義夾具對自吸泵底部支撐板塊進行固定，以實現(xiàn)泵體在各個方向無運動狀態(tài)，如圖2所示。

圖1 材料應(yīng)用圖Fig.1 Material application diagram

圖2 泵底部支撐板塊固定圖Fig.2 Pump bottom support plate fixed diagram

（4）外部載荷加載：將建好的三維模型模擬實體受力面進行模擬加載，模擬現(xiàn)實中的外部壓力，為有限元分析進行加載準備。

此次研究過程中，需要進行的是對一定材料的泵，在其進口平面與出口平面，分別施加壓力，并且分別改變進口與出口附加壓力的大小，對比泵體應(yīng)力、位移及應(yīng)變的改變情況。因此，在此過程中，模擬泵殼體受壓情況，將載荷受壓于進口與出口法蘭盤表面上，如圖3所示，進口與出口法蘭盤施加的載荷，如表1所示。

（5）網(wǎng)格劃分：SolidWorks Simulation 中的網(wǎng)格劃分是有限元分析中的重要環(huán)節(jié)。在分析過程中，網(wǎng)格劃分過大，會使結(jié)果不夠精確，而網(wǎng)格劃分過小，會影響分析的結(jié)構(gòu)。所以在分析過程中應(yīng)選用合適的網(wǎng)格大小，使泵體某些細小部分的分析結(jié)果也能更精確。選擇網(wǎng)格大小如下圖4所示。

表1 載荷分配表Table 1 Load distribution table

圖3 進口法蘭盤表面施載圖Fig.3 Import flange surface loading diagram

圖4 自吸泵網(wǎng)格劃分圖Fig.4 Self-priming pump meshing diagram

（6）運行算例：將已劃分好網(wǎng)格的待分析建模實體進行算例分析，得到了相應(yīng)的結(jié)果，并對其進行了分析。

2 結(jié)果分析

當泵殼體的進出口法蘭盤表面上受到一定的載荷時，由于泵底部支撐板塊對泵殼體起到支撐和固定作用，所以泵會產(chǎn)生一定的形變，得到應(yīng)力、位移和應(yīng)變不同的靜應(yīng)力分析結(jié)果，如下文對其法蘭施加各載荷下的應(yīng)力圖、位移圖和應(yīng)變圖所示。下圖圖注的括號里左側(cè)數(shù)字表示在進口法蘭上所施加的載荷，右側(cè)數(shù)字表示在出口法蘭上所施加的載荷。

（1）應(yīng)力分析

首先在進口法蘭和出口法蘭上分別施加1 MPa的載荷，結(jié)果如圖5至圖8所示。

從應(yīng)力變化圖可知，自吸泵泵體應(yīng)力基本保持不變，所受應(yīng)力較集中。從圖5和圖6可知，自吸泵所受到的應(yīng)力集中分布在泵底部支撐板塊與泵殼交接處以及泵進口與蝸殼交接處，泵體應(yīng)力在泵支撐板塊最上部取得最大值，值是515.643 MPa，最小值在泵右側(cè)的通氣孔處，值是0 MPa。如圖6所示，泵出口法蘭處的應(yīng)力都集中在42.97011 MPa左右。由圖8可知，法蘭進口處所受應(yīng)力變化不大，在蝸殼內(nèi)壁出口處應(yīng)力明顯比進口法蘭大，蝸殼內(nèi)部應(yīng)力取得的最大值是85.94022 MPa，最小值是42.97011 MPa。

圖5 應(yīng)力主視圖（1～1 MPa）Fig.5 Stress main view (1～1 MPa)

圖6 應(yīng)力俯視圖（1～1 MPa）Fig.6 Stress top view (1～1 MPa)

圖7 應(yīng)力下視圖（1～1 MPa）Fig.7 Stress lower view (1～1 MPa)

圖8 位移左視圖（1～1 MPa）Fig.8 Displacement left view (1～1 MPa)

使施加在泵出口法蘭上的載荷不變，將進口法蘭上的載荷從1 MPa增加到2 MPa，得到圖9到圖12所示的應(yīng)力圖。

將其變化對比可知，自吸泵應(yīng)力仍集中分布在泵底部支撐板塊與泵殼交接處以及泵進口與蝸殼交接處。由下圖的9和圖12可知，得到的應(yīng)力最大值與所受1 MPa載荷時位置一致，在泵底部與泵殼交接處，大小為870.613 MPa，比在進口法蘭上附加1 MPa載荷時增大了354.9699 MPa；泵發(fā)生應(yīng)力的最小值在泵右側(cè)通氣孔處，大小時0 MPa。由圖10可知，泵出口法蘭處發(fā)生的應(yīng)力值都集中在72.55109 MPa左右，比在進口法蘭上附加1 MPa時增大了29.58098 MPa。由12可知，泵法蘭的進口處產(chǎn)生應(yīng)力大小變化不大，但在泵進口與蝸殼相連接的地方應(yīng)力稍大，值是217.6532 MPa，比在進口法蘭上附加1 MPa的載荷時增大了89.7429 MPa。

繼續(xù)使自吸泵法蘭的進口處的施載從2 MPa增至3 MPa，得出圖13到圖16所示的應(yīng)力圖。

圖9 應(yīng)力主視圖（2～1 MPa）Fig. 9 Stress main view (2～1 MPa)

圖10 應(yīng)力俯視圖（2～1 MPa）Fig. 10 Stress top view (2～1 MPa)

圖11 應(yīng)力下視圖（2～1 MPa）Fig. 11 Stress lower view (2～1 MPa)

從應(yīng)力圖的變化可知，自吸泵應(yīng)力集中分布在泵底部支撐板塊與泵殼交接處以及泵進口與蝸殼交接處。由圖13和圖16可知，在泵的支撐板塊與泵殼底部位置產(chǎn)生最大值，值為1225.692 MPa，比在進口法蘭上附加2 MPa時增大了354.579 MPa；但在泵右側(cè)通氣孔處取得最小值，其值同在法蘭的進口處施加2 MPa載荷時所受應(yīng)力，值是0 MPa。由圖14可知，自吸泵法蘭的出口處所受應(yīng)力變化都很小，值均處于102.1410 MPa左右，比在進口法蘭上附加2 MPa時增大了29.58991 MPa。由圖16可知，法蘭的進口處所受應(yīng)力大小相差不大，但在泵進口法蘭處與蝸殼連接的地方應(yīng)力稍大，其值是306.4230 MPa，比在進口法蘭上附加2 MPa時增大了88.7698 MPa。

圖12 位移左視圖（2～1 MPa）Fig. 12 Displacement left view (2～1 MPa)

圖13 應(yīng)力主視圖（3～1MPa）Fig. 13 Stress main view (3～1MPa)

圖14 應(yīng)力俯視圖（3～1MPa）14 Stress top view (3～1MPa)

圖15 應(yīng)力下視圖（3～1MPa）Fig.15 Stress lower view (3～1MPa)

圖16 應(yīng)力左視圖（3～1MPa）Fig.16 Stress left view (3～1MPa)

圖17 應(yīng)力主視圖（1～2 MPa）Fig.17 Stress main view (1～2 MPa)

將自吸泵的法蘭盤的進口處繼續(xù)施加1 MPa的載荷，通過改變法蘭出口上的載荷來與之應(yīng)力變化進行對比。首先將出口法蘭上的載荷從1 MPa增加至2 MPa，獲得其應(yīng)力變化圖，如下所示。

圖18 應(yīng)力俯視圖（1～2 MPa）Fig.18 Stress top view (1～2 MPa)

圖19 應(yīng)力下視圖（1～2 MPa）Fig. 19 Stress lower view (1～2 MPa)

圖20 應(yīng)力左視圖（1～2 MPa）Fig.20 Stress left view (1～2 MPa)

從應(yīng)力變化圖可知，應(yīng)力大都分布在泵底部支撐板塊與泵殼交接處。由17和圖20可知，同樣在自吸泵的支撐板塊與泵殼底部連接的位置產(chǎn)生最大值，其大值是676.5712 MPa，比在出口法蘭附加1MPa的載荷時增大160.9290 MPa；在泵右側(cè)通氣孔處取得最小值，其值為0 MPa。由圖18應(yīng)力俯視圖可知，泵出口法蘭上所受應(yīng)力都集中于56.38094 MPa上下變化，相比在出口法蘭上附加1 MPa的載荷增加13.41083 MPa。由圖20可知，在泵法蘭的進口處所受應(yīng)力變化不大，值均在56.38094 MPa上下，自吸泵進口與蝸殼連接的位置也產(chǎn)生一定的應(yīng)力變化，值是112.7619 MPa。

圖21 應(yīng)力主視圖（1～3 MPa）Fig.21 Stress main view (1～3 MPa)

圖22 應(yīng)力俯視圖（1～3 MPa）Fig.22 Stress top view (1～3 MPa)

圖23 應(yīng)力下視圖（1～3 MPa）Fig.23 Stress lower view (1～3 MPa)

繼續(xù)將施加于自吸泵法蘭的出口處的載荷從2 MPa增至3 MPa，同時保持比例因子不變，對比下圖的應(yīng)力變化情況進行分析。

圖24 應(yīng)力左視圖（1～3 MPa）Fig.24 Stress left view (1～3 MPa)

圖25 位移主視圖（1～1 MPa）Fig.25 Displacement main view (1～1 MPa)

圖26 位移俯視圖（1～1 MPa）Fig.26 Displacement top view (1～1 MPa)

由圖21和圖24可知，得出結(jié)論仍然在泵支撐板塊與泵殼底部連接處產(chǎn)生最大值，其值是837.6847 MPa，相比在出口法蘭上施加2 MPa載荷時增加161.1135 MPa；依舊在泵右側(cè)通氣孔處取得最小值，其值與在出口法蘭上施加2 MPa時一樣，是0 MPa。由圖22可知，泵出口法蘭處應(yīng)力大小都在69.80706 MPa左右跳動，比附加2 MPa時增大13.42612 MPa。由圖24可知，在法蘭盤的進口處其所受應(yīng)力變化并不大，但在泵進口與蝸殼交接處的應(yīng)力較大，大小在139.6141 MPa左右變化，比在出口法蘭是附加2 MPa載荷時增加了26.8522 MPa。

圖27 位移下視圖（1～1 MPa）Fig.27 Displacement lower view (1～1 MPa)

圖28 位移左視圖（1～1 MPa）Fig.28 Displacement left view (1～1 MPa)

圖29 位移主視圖（2～1 MPa）Fig.29 Displacement main view (2～1 MPa)

圖30 位移俯視圖（2～1 MPa）Fig. 30 Displacement top view (2～1 MPa)

圖31 位移下視圖（2～1 MPa）Fig. 31 Displacement lower view (2～1 MPa)

圖32 位移左視圖（2～1 MPa）Fig. 32 Displacement left view (2～1 MPa)

通過以上應(yīng)力變化所得數(shù)據(jù)對比可知，自吸泵的應(yīng)力變化隨附加載荷的變化成正相關(guān)，最大應(yīng)力也變大。泵所受應(yīng)力均集中分布在泵支撐板塊和泵殼底部連接的地方，且最大應(yīng)力也發(fā)生在此處，從中可得知在以后的設(shè)計中需加大此處的強度。將不同載荷下的進口法蘭及出口法蘭進行對比而知，改變進口法蘭上的載荷比改變出口法蘭上的載荷，其應(yīng)力變化更明顯，且附加載荷分別與進口法蘭和出口法蘭的應(yīng)力呈正線性相關(guān)[18]。

圖33 位移主視圖（3～1 MPa）Fig.33 Displacement main view (3～1 MPa)

圖34 位移俯視圖（3～1 MPa）Fig. 34 Displacement top view (3～1 MPa)

圖35 位移下視圖（3～1 MPa）Fig. 35 Displacement lower view (3～1 MPa)

（2）位移分析

圖 36 位移左視圖（3～1 MPa）Fig. 36 Displacement left view (3～1 MPa)

圖37 位移主視圖（1～2 MPa）Fig.37 Displacement main view (1～2 MPa)

圖38 位移俯視圖（1～2 MPa）Fig. 38 Displacement top view (1～2 MPa)

首先對在進口法蘭與出口法蘭分別附加1 MPa載荷時所得結(jié)果進行分析，如圖25到圖28所示。從以下位移變化圖得知，自吸泵泵體的位移變化明顯且成遞增關(guān)系，其值于0.8599521 mm上下浮動；但是泵的最底部支撐板塊位移幾乎一樣，值大都在0.1433253 mm上下。由圖25和圖28可知，在自吸泵法蘭的出口處的右下方位置發(fā)生變化最大，值是1.719904 mm；其中泵的最底部支撐板塊位移變化最小，幾乎接近于0 mm。由圖26可知，泵法蘭盤的出口處位移變化不大，值都在1.576579 mm上下跳動。由圖28位移左視圖可知，法蘭盤的進口處的位移變化呈現(xiàn)有規(guī)律的遞增模式，在法蘭的最上方取得最大值，是1.288928 mm，在其最下方取得最小值是0.7166267 mm。

圖40 位移左視圖（1～2 MPa）Fig. 40 Displacement left view (1～2 MPa)

圖41 位移主視圖（1～3 MPa）Fig.41 Displacement main view (1～3 MPa)

圖42 位移俯視圖（1～3 MPa）Fig. 42 Displacement top view (1～3 MPa)

圖43 位移下視圖（1～3 MPa）Fig. 43 Displacement lower view (1～3 MPa)

圖44 位移左視圖（1～3 MPa）Fig. 44 Displacement left view (1～3 MPa)

繼續(xù)增加法蘭的進口處的載荷至2 MPa，位移變化比附加1 MPa時更加明顯。由圖29和圖32可知，仍在法蘭盤的出口處位移變化最大，但是其位置有相應(yīng)的移動，處于法蘭凸臺的右側(cè)位置，值是3.380547 mm，相比在進口處施加1 MPa載荷時增加1.550643 mm；位移變化最小的仍在泵底座邊緣位置，值幾乎為0 mm。從圖中可知，泵體位移變化自下而上逐漸變大，其中泵體的最小位移從0.2866507 mm增大到0.3030721 mm，最大位移從1.433253 mm增大到1.515361 mm。由圖30可知，泵法蘭盤的出口處位移變化幾乎不變，其值都在3.098835 mm上下，相比附加1 MPa時增大了1.522256 mm，由圖32可知，在法蘭盤進口處的位移變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，在其最上方恰好取得最大值，是2.535410 mm，相比在進口處施加1 MPa時增加了1.245482 mm；在最下方恰好取得最小值，值是1.408561 mm，相比在進口處施加1 MPa時增加0.6919343 mm。

圖45 應(yīng)變主視圖（1～1 MPa）Fig.45 Strain main view (1～1 MPa)

圖46 應(yīng)變俯視圖（1～1 MPa）Fig. 46 Strain top view (1～1 MPa)

圖47 應(yīng)變下視圖（1～1 MPa）Fig. 47 Strain lower view (1～1 MPa)

圖48 應(yīng)變左視圖（1～1 MPa）Fig. 48 Strain left view (1～1 MPa)

圖49 應(yīng)變主視圖（2～1 MPa）Fig.49 Strain main view (2～1 MPa)

圖50 應(yīng)變俯視圖（2～1 MPa）Fig. 50 Strain top view (2～1 MPa)

繼續(xù)使得法蘭進口處的載荷不斷變大，增至3 MPa，其位移變化明顯增大，如圖33到圖36所示。由圖33和圖36可知，位移變化最大的位置仍在法蘭盤的出口處凸臺右側(cè)，值是5.048742 mm，相比在進口法蘭處施加2 MPa的載荷變化了1.668195 mm；在泵的底部支撐板塊處產(chǎn)生最小位移變化，值幾乎為0 mm。從圖中可看出，泵體的位移并不是幾乎不變的，而是呈現(xiàn)一種遞增的趨勢，其中泵體的最小位移從0.3030721 mm增大到0.4207285 mm，最大位移從1.515361 mm增大到3.786557 mm。由圖34可知，法蘭盤的出口處形變不明顯，即位移變化不大，同附加力為2 MPa時一致，大小均在4.628014 mm，相比附加2 MPa時增大了1.539179 mm。由圖36可知，進口法蘭盤上位移變化呈現(xiàn)遞增規(guī)律，并且在法蘭的頂端位移變化最大，值是3.786557 mm，相比在上一條件下的增加1.251147 mm；在法蘭最下端取得最小值，值是2.13643 mm，中最大位移為3.786557 mm，相比在上一附加載荷下的增加1.695082 mm。

圖51 應(yīng)變下視圖（2～1 MPa）Fig. 51 Strain lower view (2～1 MPa)

圖52 應(yīng)變左視圖（2～1 MPa）Fig. 52 Strain left view (2～1 MPa)

圖53 應(yīng)變主視圖（3～1 MPa）Fig. 53 Strain main view (3～1 MPa)

圖54 應(yīng)變俯視圖（3～1 MPa）Fig. 54 Strain top view (3～1 MPa)

圖55 應(yīng)變下視圖（3～1 MPa）Fig. 55 Strain lower view (3～1 MPa)

圖56 應(yīng)變左視圖（3～1 MPa）Fig. 56 Strain left view (3～1 MPa)

圖57 應(yīng)變主視圖（1～2 MPa）Fig. 57 Strain main view (1～2 MPa)

圖58 應(yīng)變俯視圖（1～2 MPa）Fig. 58 Strain top view (1～2 MPa)

圖59 應(yīng)變下視圖（1～2 MPa）Fig. 59 Strain lower view (1～2 MPa)

使泵法蘭的進口處保持附加載荷1 MPa不變，改變法蘭出口處的載荷，首先使其增至2 MPa，得到結(jié)果如圖37至圖40所示。從位移變化圖得知，泵體發(fā)生的位移幾乎一樣，大都在0.9092164 mm上下，相比在出口法蘭上附加1 MPa載荷時位移變化增加0.0493643 mm。由圖37，圖39可知，在泵法蘭盤的最右邊位置產(chǎn)生最大位移，值是1.818433 mm，比附加1 MPa時增大0.098529 mm；同樣在底部支撐板塊處的位移變化最小，幾乎接近0 mm。由圖38可知，泵法蘭的出口處的位移變化不大，其大小約在1.666897 mm，相比附加1 MPa位移變化增大0.090318 mm。由圖40可知，泵法蘭盤的進口處的位移變化呈現(xiàn)遞增的規(guī)律，在其最上端位移變化產(chǎn)生最大值，是1.363825 mm，相比在出口法蘭處附加載1 MPa荷時增至0.074897 mm；在其最下端的位移變化最小，其值是0.6061442 mm，相比附加1 MPa時增大0.1104825 mm。由此可見，增加出口法蘭上的載荷時的位移變化沒有增加進口法蘭上的載荷時的位移變化明顯。

圖60 應(yīng)變左視圖（1～2 MPa）Fig. 60 Strain left view (1～2 MPa)

圖61 應(yīng)變主視圖（1～3 MPa）Fig. 61 Strain main view (1～3 MPa)

圖62 應(yīng)變俯視圖（1～3 MPa）Fig. 62 Strain top view (1～3 MPa)

圖63 應(yīng)力下視圖（1～3 MPa）Fig. 63 Stress lower view (1～3 MPa)

將法蘭盤的出口處的附加載荷增加至3 MPa，取得由圖41到圖44的位移圖。從以下位移變化圖可知，觀察其位移變化同上一附加載荷下的變化，只是形變程度更明顯。由圖41和圖44所示，自吸泵在其法蘭的出口右端位置的位移變化最明顯，其值是1.953341 mm，相比在其法蘭出口處施加2 MPa的載荷增加0.134908 mm；在其最底部的支撐板塊處的位移變化最小，此處位移變化同上一條件下的變化情況，幾乎為0 mm。其法蘭盤的出口處的位移都大約在1.790562 mm上下變化，比附加2 MPa時增加0.133666 mm，由圖41可得知。由圖45可知，泵法蘭盤的進口處的位移變化仍然呈現(xiàn)遞增的規(guī)律，在其最上端位移變化產(chǎn)生最大值，值是1.4650006 mm，比附加2 MPa時增大0.101181 mm；在其最下端的位移變化最小，值是0.6511136 mm，比附加1 MPa時增大0.0449694 mm。相比改變進口法蘭盤上的附加力大小時位移變化不明顯。

對以上位移變化結(jié)果分析可知，泵的位移變化與附加在法蘭上載荷的大小成正相關(guān)，施加的載荷大，則位移變化更明顯，泵體位移最明顯的位置也隨之更明顯。并且，在法蘭的出口處位移變化總是最明顯，而泵的最底部支撐板塊由于固定的作用幾乎不產(chǎn)生位移變化。通過改變進口法蘭與出口法蘭上的附加載荷，對其位移變化結(jié)果分析可知，增加進口法蘭上的載荷比增加出口法蘭的載荷所產(chǎn)生的位移變化更明顯。

（3）應(yīng)變分析

圖64 位移左視圖（1～3 MPa）Fig. 64 Displacement left view (1～3 MPa)

與應(yīng)力與位移分析相似，首先在法蘭盤的兩個口施加相同的載荷1 MPa，可得應(yīng)變圖可見圖45至圖48。如圖45和圖48所示，泵產(chǎn)生的應(yīng)變主要集中在泵底部支撐板塊與泵殼交接處，其中最大應(yīng)變在泵底部支撐板塊與泵殼交接處，大小為4.904315×10-3；進而由圖46可知，蝸殼內(nèi)壁處應(yīng)變明顯比出口法蘭大，最大約為1.634772×10-3；泵體最小應(yīng)變發(fā)生在泵右側(cè)通氣孔處，大小為0。由圖46和圖48可知，泵的法蘭盤進口處與出口處的應(yīng)變幾乎一樣大，均在4.086929×10-4上下變化。

將法蘭盤進口處的載荷增至2 MPa，應(yīng)變明顯增大，如圖49到圖52所示。從圖49主視圖和圖52左視圖可知，泵的應(yīng)變?nèi)约性诒玫撞恐伟鍓K與泵殼交接處，并且在此處有最大值，大小為8.279481×10-3，相比在進口法蘭上附加1 MPa時增大了3.375166×10-3，從圖50中可知，蝸殼內(nèi)壁處應(yīng)變增加至2.759827×10-3，比附加1 MPa時增大1.125055×10-3；在泵的右側(cè)通氣孔處取得最低值，值是0，與上一對比條件在法蘭進口處附加1 MPa時大小一樣。由圖50和圖52可知，泵的進口法蘭與出口法蘭所受應(yīng)變較均勻，均在6.899568×10-4左右變化，相比附加1 MPa時增大 2.812639×10-4。

繼續(xù)向法蘭盤的進口處添加1 MPa的載荷，應(yīng)變明顯增大，如圖53至圖56所示。從圖53主視圖和圖56左視圖可知，泵的應(yīng)變?nèi)约性诒玫撞恐伟鍓K與泵殼交接處，并且在此處有最大值，大小為1.171396×10-2，相比在進口法蘭上附加1 MPa時增大了3.434479×10-3，從圖54中可知，蝸殼內(nèi)壁處應(yīng)變增加至3.904654×10-3，比附加1 MPa時增大1.144827×10-3；泵在后邊的通氣孔處應(yīng)變最小值是0，與附加1 MPa的值一樣。由圖54和圖56可知，泵的進口法蘭與出口法蘭所受應(yīng)變較均勻，均在9.761635×10-4左右變化，相比附加1 MPa時增大 2.862067×10-4。

不改變法蘭進口處的載荷，使得法蘭盤的出口處載荷變化，首先施載2 MPa，得到應(yīng)變圖如下所示。從圖57及圖60可知，應(yīng)變分布與出口法蘭上附加1 MPa時的載荷一樣，其應(yīng)變?nèi)约性诒玫撞恐伟鍓K與泵殼交接處，并且在此處產(chǎn)生最大值，大小為6.466796×10-3，相比在出口法蘭上附加1 MPa時增大了1.562481×10-3，由圖58中可知，蝸殼內(nèi)壁處應(yīng)變增加至2.155598×10-3，比附加1 MPa時增大5.208260×10-4；在泵的右邊通氣空處應(yīng)變最小，值是0，其值同在法蘭盤的出口處附加1 MPa時的一樣。由圖58和圖60可知，泵的進口法蘭與出口法蘭所受應(yīng)變較均勻，均在5.388996×10-4左右變化，相比附加1 MPa時增大 1.302067×10-4。

其次繼續(xù)向法蘭盤的出口處添加載荷，增至3 MPa，得到應(yīng)變圖如下所示。從圖61及圖64可知，應(yīng)變分布情況與上一載荷條件下的情況出口一樣，其應(yīng)變?nèi)约性诒玫撞恐伟鍓K與泵殼交接處，且在此處產(chǎn)生最大值，大小為8.032217×10-3，相比在出口法蘭上附加2 MPa時增大了1.565421×10-3，由圖62中可知，蝸殼內(nèi)壁處應(yīng)變增加至2.677405×10-3，比附加1 MPa時增大5.21807×10-4；始終在泵的右邊通氣孔處產(chǎn)生最小應(yīng)變，其值始終是0。由圖62和圖64可知，泵的進口法蘭與出口法蘭所受應(yīng)變較均勻，均在6.693514×10-4左右變化，相比附加1 MPa時增大1.304618×10-4。

通過對以上的應(yīng)變結(jié)果分析可知，自吸泵的應(yīng)變隨附加載荷的增加而增大，最大應(yīng)變也會隨之增大，應(yīng)變均集中分布在泵底部支撐板塊與泵殼交接處，且在此處產(chǎn)生最大應(yīng)變，對之后的自吸泵研究有了新的見解，應(yīng)加強此處的強度。對在進口法蘭與出口法蘭兩處附加不同載荷進行數(shù)據(jù)分析可知，應(yīng)變大小的變化隨進口法蘭上的附加載荷的變化更明顯，且附加載荷的大小分別與進口法蘭與出口法蘭的應(yīng)變大小成正線性相關(guān)。

3 結(jié)論

本文運用Simulation軟件對暖通自吸泵三維模型進行有限元分析，通過觀察三維模型在設(shè)定的條件的應(yīng)力、應(yīng)變、位移變化，發(fā)現(xiàn)在自然條件下泵所受應(yīng)力、應(yīng)變均集中分布在泵底部支撐板塊和泵殼連接的地方，且最大應(yīng)力、應(yīng)變也發(fā)生在此處，泵的出口處位移變化最明顯，而泵的最底部支撐板塊由于固定的作用幾乎不產(chǎn)生位移變化。改變進口法蘭上的載荷比改變出口法蘭上的載荷，其應(yīng)力、位移、應(yīng)變變化更明顯，且附加載荷分別與進口法蘭和出口法蘭的應(yīng)力呈正線性相關(guān)。在實際應(yīng)用中我們可以選擇相應(yīng)的部位進行加固以增強暖通自吸泵的穩(wěn)定性。