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離心泵廣泛用于石油、化學(xué)和天然氣等各行業(yè)，若不能保證強(qiáng)度和密封性，會(huì)導(dǎo)致工作介質(zhì)泄露，不僅造成環(huán)境污染，甚至危及人體健康與生命安全。傳統(tǒng)離心泵設(shè)計(jì)靠水壓試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證泵體強(qiáng)度和密封性、設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，不僅研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，而且難以保證質(zhì)量。再之，水壓試驗(yàn)一般由檢測(cè)人員用肉眼觀察密封面是否滲漏等，檢查人員的觀測(cè)技巧不同，測(cè)試結(jié)果不完全相同。因此，如何精確定量分析泵體的應(yīng)力和變形有限元分析，以此指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高運(yùn)行中泵體的安全可靠性，具有十分重要的意義。
長(zhǎng)期以來(lái)，泵體的設(shè)計(jì)基本上是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和參考以往的一些設(shè)計(jì)進(jìn)行的，但是隨著離心泵向大功率、高揚(yáng)程、高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，由于泵體本身承載和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，僅靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)己不能滿足泵體安全性等要求。采用有限元分析輔助水壓試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，不僅可以縮短研發(fā)周期，還可減少反復(fù)試制的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本。目前，已有不少學(xué)者對(duì)不同設(shè)備的水壓試驗(yàn)進(jìn)行了模擬分析，參考3種計(jì)算壁厚的經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上，對(duì)水平中開(kāi)多級(jí)泵殼體進(jìn)行水壓試驗(yàn)數(shù)值模擬，校核了殼體壁厚的強(qiáng)度、剛度，并對(duì)殼體進(jìn)行了加強(qiáng)肋和提高受力螺栓性能等級(jí)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)；在某型號(hào)螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，通過(guò)有限元模擬對(duì)鑄件殼體進(jìn)行了剛強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和聲輻射仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)；利用分析軟件ABAQUS對(duì)某型號(hào)的旋轉(zhuǎn)防噴器殼體進(jìn)行了模擬分析，得出了殼體在靜水試驗(yàn)條件下的應(yīng)力分布規(guī)律并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為殼體的進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
結(jié)合某汽輪機(jī)組配套的高壓主油泵研制過(guò)程中需要預(yù)評(píng)估中分面密封性能和殼體的可靠性，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)際工程問(wèn)題，在充分考慮殼體中分面接觸問(wèn)題、法蘭和螺栓接觸問(wèn)題以及螺栓預(yù)緊力對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響的基礎(chǔ)上，對(duì)泵體在極限水壓條件下進(jìn)行數(shù)值仿真。分析整個(gè)泵體的剛強(qiáng)度和密封性，以大大減少水壓試驗(yàn)的工作量，并優(yōu)化泵體和聯(lián)接設(shè)計(jì)。
在完成了185 MW汽輪機(jī)組配套的高壓主油泵流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)后，在泵腔流道的基礎(chǔ)上初步設(shè)計(jì)出泵體。采用NX4. 0軟件建立數(shù)值模擬所需的幾何模型。
泵體剖分方式為水平中開(kāi)式，中分面將泵體分為上下兩部分，中分面用4顆長(zhǎng)螺栓(M24)和10顆法蘭螺栓(M30)聯(lián)接，出口用8顆法蘭螺栓( M22 )與封板聯(lián)接。由于本研究中不考慮局部螺紋聯(lián)接情況，因此將螺栓和螺紋孔簡(jiǎn)化為螺桿和光孔，并將螺母和螺桿豁結(jié)為一體進(jìn)行處理。同時(shí)對(duì)一些倒角等結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，以便提高有限元分析時(shí)的計(jì)算速度。泵蓋、底座所用材料為QT400，螺栓所用材料為25CrMoVA。
網(wǎng)格劃分是仿真模擬極其重要的部分，網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響計(jì)算的精度和結(jié)果的準(zhǔn)確性�；�ANSYS Workbench平臺(tái)，采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分，并對(duì)法蘭和螺栓接觸面、泵體中分面等關(guān)鍵部位進(jìn)行局部加密。共劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)(nodes)為312778，單元數(shù)(elements)為171643。
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