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離心泵廣泛用于石油、化學和天然氣等各行業(yè)，若不能保證強度和密封性，會導致工作介質(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)離心泵設計靠水壓試驗來驗證泵體強度和密封性、設計的合理性和可靠性，不僅研發(fā)周期長、成本高，而且難以保證質(zhì)量。再之，水壓試驗一般由檢測人員用肉眼觀察密封面是否滲漏等，檢查人員的觀測技巧不同，測試結(jié)果不完全相同。因此，如何精確定量分析泵體的應力和變形有限元分析，以此指導結(jié)構(gòu)設計和提高運行中泵體的安全可靠性，具有十分重要的意義。
長期以來，泵體的設計基本上是根據(jù)經(jīng)驗和參考以往的一些設計進行的，但是隨著離心泵向大功率、高揚程、高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展，由于泵體本身承載和結(jié)構(gòu)的復雜性，僅靠經(jīng)驗設計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來驗證設計，不僅可以縮短研發(fā)周期，還可減少反復試制的風險，節(jié)約成本。目前，已有不少學者對不同設備的水壓試驗進行了模擬分析，參考3種計算壁厚的經(jīng)驗公式基礎上，對水平中開多級泵殼體進行水壓試驗數(shù)值模擬，校核了殼體壁厚的強度、剛度，并對殼體進行了加強肋和提高受力螺栓性能等級的結(jié)構(gòu)改進設計；在某型號螺桿壓縮機設計中，通過有限元模擬對鑄件殼體進行了剛強度、動態(tài)響應和聲輻射仿真分析及優(yōu)化設計；利用分析軟件ABAQUS對某型號的旋轉(zhuǎn)防噴器殼體進行了模擬分析，得出了殼體在靜水試驗條件下的應力分布規(guī)律并進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為殼體的進一步改進設計提供了理論依據(jù)。
結(jié)合某汽輪機組配套的高壓主油泵研制過程中需要預評估中分面密封性能和殼體的可靠性，并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實際工程問題，在充分考慮殼體中分面接觸問題、法蘭和螺栓接觸問題以及螺栓預緊力對結(jié)構(gòu)強度的影響的基礎上，對泵體在極限水壓條件下進行數(shù)值仿真。分析整個泵體的剛強度和密封性，以大大減少水壓試驗的工作量，并優(yōu)化泵體和聯(lián)接設計。
在完成了185 MW汽輪機組配套的高壓主油泵流體動力學設計后，在泵腔流道的基礎上初步設計出泵體。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式，中分面將泵體分為上下兩部分，中分面用4顆長螺栓(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化為螺桿和光孔，并將螺母和螺桿豁結(jié)為一體進行處理。同時對一些倒角等結(jié)構(gòu)進行簡化，以便提高有限元分析時的計算速度。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)劣直接影響計算的精度和結(jié)果的準確性�；�ANSYS Workbench平臺，采用自動網(wǎng)格劃分，并對法蘭和螺栓接觸面、泵體中分面等關(guān)鍵部位進行局部加密。共劃分節(jié)點數(shù)(nodes)為312778，單元數(shù)(elements)為171643。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務與解決方案
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