淺析有限元分析在隔膜泵設計領域的應用

陳博龍

摘 要：本文介紹了大型隔膜泵的結構特點和工作原理，討論并分析了有限元分析軟件及有限元分析法對隔膜泵設計過程的應用，系統說明了有限元分析軟件對于隔膜泵關鍵零部件機械強度分析的作用、意義和影響。

關鍵詞：有限元；隔膜泵；強度分析

中圖分類號：TH32 文獻標識碼：A

隔膜泵是工業往復泵中重要的一類產品。它的突出優點是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無關，適應輸送介質十分廣泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不隨壓力和輸送介質粘度的變動而變動。在當今世界能源緊缺的形勢下，隔膜泵作為節能產品，在石油開發、管道輸煤、煤氣化工、電站排渣、礦山開采等方面起著重要作用，而且在壓力容器檢測和實現現代化石油化工工業全面自動化操作方而也是不可缺少的品種。與傳統離心泵相比，隔膜泵的排出壓力主要取決于泵所裝置的管路特性，且可根據泵裝置的管路特性，建立泵所需的排出壓力，它不會隨著地層壓力變化，流量發生變化，這點離心泵是無法達到的。且隔膜泵的維修十分方便，其主要構件一般不需要維修，檢修周期長，易損件的更換非常簡單，只需要一般工人就可以更換維護。一般只需要打開液力端更換閥件、密封件等。

1 有限元分析軟件簡介

有限元分析（FEA）是對于結構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法。被廣泛應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等問題。目前，有限元方法已經應用于水工、土建、橋梁、機械、電機、冶金、造船、飛機、導彈、宇航、核能、地震、物探、氣象、滲流、水聲、力學、物理學等，幾乎所有的科學研究和工程技術領域。基于有限元分析（FEA）算法編制的軟件，即所謂的有限元分析軟件。通常，根據軟件的適用范圍，可以將之區分為專業有限元軟件和大型通用有限元軟件。實際上，經過了幾十年的發展和完善，各種專用的和通用的有限元軟件已經使有限元方法轉化為社會生產力。

2 有限元分析在隔膜泵動力端的應用

隔膜泵動力端包括曲軸、連桿、十字頭等關鍵部件，在動力端零部件的設計研發過程中，可針對部件的實際運行工況，采用大型有限元分析軟件ANSYS對其進行分析計算，以達到強度校核、優化設計和降低生產制造成本的目的。以某規格隔膜泵動力端連桿為例，根據其實際受力情況在有限元分析軟件中對其進行載荷和邊界條件施加，可得到其應力分布云圖和變形分布云圖如圖1和圖2所示。作為其設計改進的理論依據。

3 有限元分析在隔膜泵液力端的應用

隔膜泵液力端中主要包含隔膜腔、隔膜室蓋、腔體及油缸、活塞及活塞桿等關鍵件，在對隔膜泵液力端關鍵件進行強度分析的過程中，不僅應考慮其在整體裝配條件下的螺栓受力，還應將內腔流體壓力作為設計分析的重要依據。從而找出最大應力及變形發生的大小及位置，在設計過程中將薄弱位置補強、將安全系數裕度較大區域改造，實現結構的優化和成本的降低。以某型號隔膜泵的隔膜室蓋為例，其應力分布云圖和變形分布云圖如圖1所示和圖2所示。

結論

隨著有限元分析法在機械工業領域應用的日益廣泛，在高壓力、大流量隔膜泵設計的過程中，采用有限元分析軟件對動力端和液力端的關鍵零部件進行分析并指導設計已經成為該領域發展的必然趨勢。其分析計算結果也為產品的結構改進和升級換代提供了重要的理論指導和技術支持。

參考文獻

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