大型高壓隔膜泵進出料閥箱強度分析與校核

摘 要：大型高壓隔膜泵在冶金、石油化工和長距離管道輸送中應用廣泛，進出料閥箱是隔膜泵中關鍵零部件之一，在高壓以及固液兩相環境下工作，對其強度有特殊要求。在閥箱的設計過程中，應充分考慮閥箱內部所受高壓以及沖擊力等因素，對其進行結構分析并根據分析結果進行優化，以確保隔膜泵在使用過程中的安全性和連續運轉率。本文以煤化工用大型高壓隔膜泵進出料閥箱為例，采用有限元分析軟件ANSYS對其進行應力分析，根據ASMEⅧ-2對分析結果進行強度校核，分析結論對進出料閥箱及同類承壓部件的設計與研發具有一定的理論指導意義。

關鍵詞：高壓隔膜泵 閥箱 ANSYS 強度校核

中圖分類號：TH323 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（c）-0123-02

大型高壓隔膜泵作為往復泵的一種，是輸送固-液兩相介質的關鍵設備，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進出料閥箱、隔膜室、腔體、油缸等關鍵部件所組成。其中，進出料閥箱由于受到內部壓力和沖擊帶來的沖擊力雙重作用，使其在進出料閥箱局部位置處產生應力集中。因此，在進出料閥箱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，提高隔膜泵在使用過程中的安全性和連續運轉率。本文采用大型有限元分析軟件ANSYS對大型高壓隔膜泵液力端進出料閥箱進行強度分析，參考ASMEⅧ-2對應力結果分析并進行強度校核，以此為基礎對進出料閥箱進行結構改進，達到優化結構和降本增效的目的，其分析結論對高壓隔膜泵進出料閥箱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 進出料閥箱強度分析

1.1 進出料閥箱模型建立

1.2 網格劃分與邊界條件

由于該模型為對稱結構，為了降低計算規模、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]。在進出料閥箱前處理過程中應修正對結構影響不大的細節，在網格劃分過程中應將曲率較大和易產生應力集中的部位進行網格加密處理，單元形式選用四面體單元，共得到節點63824個，單元52047個。

1.3 計算結構及分析

由圖3應力分布云圖可知，進出料閥箱的最大應力出現在閥箱內腔與出料口相貫線處，最大應力值97.216 MPa，最大變形出現在進出料閥箱內腔中心處，變形值為0.079 mm。

ASMEⅧ-2中將壓力容器的應力分類為一次應力（包括總體薄膜應力、局部薄膜應力）、二次應力和總應力，并對各類型應力的校核給出了相應的準則如下。

2 結論

（1）根據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，該閥箱的強度滿足要求。

（2）根據對該結構隔膜泵閥箱強度分析結果，可以得到最大應力值和最大變形值產生的位置。

（3）應用有限元分析軟件ANSYS對高壓隔膜泵閥箱進行應力分析并應用ASME應力評定體系校核閥箱強度，可作為閥箱結構改進、優化的參考依據，對設備安全運行和結構優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：化學工業出版社，2007.