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[摘 要]进料阀是大型隔膜泵液力端的易损部件.泥浆在进料阀中的流动状态直接影响隔膜泵的传输效率和隔膜泵阀的使用寿命.对泥浆在阀内的流场进行分析从而确定影响泥浆流动状态的阀结构因素是很有必要的.本文以某型三缸单作用隔膜泵进料阀为研究对象,采用有限元分析方法分析了不同阀结构对应的不同流场,并获得了流场中速度分布曲线和矢量图.获得了阀内部结构对流体流动特性的影响规律.本文研究成果可用来指导进料阀和相关产品的设计.
[关 键 词 ]隔膜泵 进料阀 数值模拟 流固耦合 ADINA
中图分类号：TH323 文献标识码：TH 文章编号：1009914X（2013）34063902
1.前言
隔膜泵是输送固-液两相流体介质的重要设备,并被广泛应用于氧化铝、尾矿、冶金和煤化工领域.作为大型隔膜泵液力端的关键易损件,进料阀包括阀锥、阀座及阀橡胶等结构.进料阀具有复杂的内部结构.泥浆的流动状态直接影响了隔膜泵的传输效率和阀的使用寿命.本文采用ADINA软件的流固耦合分析模块对不同阀结构的流场进行了数值模拟.获得了随阀锥上升过程中流体流速的分布规律,从而为不同泥浆使用进料阀选型打下基础.分析结果对阀套的系列化设计提供了理论指导.
2.建模和后处理
图2.1给出了两种不同结构的进料阀.两种阀结构的阀通径相同,具有相同的阀升程和阀倒角.结构B相对结构A减小了30mm壁厚.对两种阀结构几何模型进行简化并且保存为SAT格式文件,作为有限元分析的几何模型.
流体和结构部分的几何模型通过ADINA软件的图形用户界面的前处理工具导入并划分网格.采用六面体单元划分网格,生成11887个单元和11869个节点.两种阀结构A和B的有限元模型,如图2.2和图2.3所示.阀的边界条件和载荷为：阀锥外表面定义为流固耦合边界；流速定义为阀入口流速,流速通过线性增加规律从0增大到2.4m/s；流体模型的外表面定义为非滑移墙；阀锥和阀座之间的间隙通过ADINA里的GAP定义；距阀锥向上30mm处建立一几何面并定义它与阀锥上表面的接触对来限制阀升程.这一几何面也可用来防止阀锥在上升过程中流体网格的扭曲变形.分析类型设置为流固耦合瞬态分析,求解时间为1秒.
4.结论
通过对两种不同阀的流场分析和研究,可得出以下结论：
1、通过比较阀结构A和B的流速分布图和向量图,阀结构A的阀座和阀锥之间的流速大于阀结构B,因此阀结构B更加容易被磨损.
2、通过比较两种阀结构出口处的流速分布图,阀结构A的出口流速大于结构B.结果表明阀结构A更有利于流体介质的输送.
3、比较阀结构A和B的流速分布图,阀结构B有个明显的低流速区域,这一区域的位置在内圆角25mm处.表明在传输高浓度泥浆介质时,阀结构B更容易产生沉淀不利于高浓度矿浆传输.
4、阀结构B相对于结构A有一个较大的流体空间和一个较薄的壁厚.结构B的加工制造成本较低.由于阀结构B的低速区域对低粘度和小颗粒流体介质传输影响较小,因此可以用阀结构B传输.