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摘 要：大型高压隔膜泵在冶金、石油化工和长距离管道输送中应用广泛,进出料阀箱是隔膜泵中关键零部件之一,在高压以及固液两相环境下工作,对其强度有特殊要求.在阀箱的设计过程中,应充分考虑阀箱内部所受高压以及冲击力等因素,对其进行结构分析并根据分析结果进行优化,以确保隔膜泵在使用过程中的安全性和连续运转率.本文以煤化工用大型高压隔膜泵进出料阀箱为例,采用有限元分析软件ANSYS对其进行应力分析,根据AEⅧ-2对分析结果进行强度校核,分析结论对进出料阀箱及同类承压部件的设计与研发具有一定的理论指导意义.
关 键 词 ：高压隔膜泵 阀箱 ANSYS 强度校核
中图分类号：TH323 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0123-02
大型高压隔膜泵作为往复泵的一种,是输送固-液两相介质的关键设备,在冶金、石油化工和长距离管道输送等领域得到了日益广泛的应用[1].大型高压隔膜泵液力端主要由进出料阀箱、隔膜室、腔体、油缸等关键部件所组成.其中,进出料阀箱由于受到内部压力和冲击带来的冲击力双重作用,使其在进出料阀箱局部位置处产生应力集中.因此,在进出料阀箱的设计过程中应对其进行应力分析与强度校核,以确保其能够满足设计要求,提高隔膜泵在使用过程中的安全性和连续运转率.本文采用大型有限元分析软件ANSYS对大型高压隔膜泵液力端进出料阀箱进行强度分析,参考AEⅧ-2对应力结果分析并进行强度校核,以此为基础对进出料阀箱进行结构改进,达到优化结构和降本增效的目的,其分析结论对高压隔膜泵进出料阀箱及类似承压容器的设计与改造具有一定的理论指导意义.
1.进出料阀箱强度分析
1.1 进出料阀箱模型建立
1.2 网格划分与边界条件
由于该模型为对称结构,为了降低计算规模、提高求解效率,在前处理过程中仅对1/2几何模型进行分析[2].在进出料阀箱前处理过程中应修正对结构影响不大的细节,在网格划分过程中应将曲率较大和易产生应力集中的部位进行网格加密处理,单元形式选用四面体单元,共得到节点63824个,单元52047个.
1.3 计算结构及分析
由图3应力分布云图可知,进出料阀箱的最大应力出现在阀箱内腔与出料口相贯线处,最大应力值97.216 MPa,最大变形出现在进出料阀箱内腔中心处,变形值为0.079 mm.
AEⅧ-2中将压力容器的应力分类为一次应力（包括总体薄膜应力、局部薄膜应力）、二次应力和总应力,并对各类型应力的校核给出了相应的准则如下.
2.结论
（1）根据AEⅧ-2中对不同路径下的不同类型应力线性化结果进行校核可知,该阀箱的强度满足要求.
（2）根据对该结构隔膜泵阀箱强度分析结果,可以得到最大应力值和最大变形值产生的位置.
（3）应用有限元分析软件ANSYS对高压隔膜泵阀箱进行应力分析并应用AE应力评定体系校核阀箱强度,可作为阀箱结构改进、优化的参考依据,对设备安全运行和结构优化设计具有一定的理论指导意义.