基于ADINA進行隔膜泵液力端流固耦合分析

蔣彪

摘 要：在隔膜泵中，導桿在導桿支架內部往復運動，進而通過導桿磁環位置的反饋保證隔膜在正常范圍之內運動。而在少數工況惡劣條件下，隔膜腔內料漿流量的脈動急劇突變，使導桿有被拉出導桿支架的風險，本文討論了是否能在不影響隔膜腔內隔膜變形規律的條件下，通過修改隔膜室蓋的凸起尺寸來限制導桿極限位置，進而保護導桿不脫離導桿支架。通過對兩種結構的液力端進行流固耦合分析對比，證明了改進隔膜室蓋尺寸并不會影響隔膜的運動規律。

關鍵詞：ADINA；液力端；橡膠隔膜；流固耦合

中圖分類號：TH323 文獻標志碼：A

0 引言

隔膜泵憑其運輸能力大、效率高、地形適應性強、環境污染小、安全可靠等特點被礦山、化工、氧化鋁等行業廣泛應用。隔膜泵使用在每個行業的工況各不相同，各種惡劣條件會給隔膜的正常運動帶來一定影響，進而影響隔膜泵的連續運轉率。本文通過采用ADINA有限元分析軟件對液力端流固耦合分析對比，解決了隔膜腔導桿在脈動突變情況下脫離導桿支架的問題，并提出修改建議。

在隔膜泵里與隔膜相連的導桿，在導桿支架限位之下進行往復運動，進而通過導桿磁環位置的反饋給推進液控制系統，保證隔膜在正常運動范圍之內運動。隔膜腔內流量的脈動突變，使導桿有被拉出導桿支架的風險。而隔膜腔是隔膜泵重要的過流部件，隔膜腔及隔膜室蓋的尺寸結構對隔膜腔內的流場有著直接的影響。擬對隔膜室蓋結構進行修改，令隔膜室蓋內凸起尺寸增大，以起到阻擋隔膜的作用，確保導桿不至于被拉出導桿支架。本分析針對隔膜室蓋結構修改前后，流體是否對隔膜變形規律產生影響進行分析，確定是否對隔膜室蓋結構進行修改。

1 液力端流固耦合分析條件

本文采用ADINA進行流固耦合分析，分析模型結構如圖1所示，對比分析分為兩種結構，結構一為現有結構，結構二對現有結構進行修改，修改隔膜室蓋的凸起尺寸，兩種結構隔膜距離隔膜室蓋凸起的尺寸分別為L1和L2（圖中的L）。整體分析模型如圖2所示，由于液力端模型為對稱結構，因此本文采用對稱模型分析，結構部分包括橡膠隔膜以及進出料閥，流場部分包括隔膜腔、進出料閥、腔體等部分。

2 液力端流固耦合分析結果對比

首先進行試算一次，確定隔膜達到完全翻曲時，Moving Wall（活塞）所需移動的距離。試算后，確定Moving Wall的最大移動距離，編寫Moving Wall的時間函數，然后正式計算。

分析結果如圖3所示，圖3為結構一的流場的流速分布與隔膜變形圖，當時間為2.0552s時，Moving Wall（活塞）推至最前端，此時隔膜的最大位移為262.5mm。之后，Moving Wall回程，然而隔膜繼續向前移動，最大位移達到266.7mm。

圖4為結構二的隔膜變形圖，當時間為2.0552s時，Moving Wall（活塞）推至最前端，此時隔膜的最大位移為265.6mm，如圖4。之后，Moving Wall回程，然而隔膜繼續向前移動，最大位移達到266.9mm。

對比以上分析結果可以看出，隔膜室蓋結構形狀的改變造成的流場結構變化并未對隔膜的運動規律產生影響。圖5為提取的隔膜鐵芯的位移曲線，對比兩種結構的曲線可以看出基本完全一致，也可以證明隔膜室蓋結構形狀的改變并未影響隔膜的運動規律。

3 分析結論

由上述分析可得知，按圖1方案修改隔膜室蓋凸起尺寸，其變化不會影響隔膜的運動規律，可以通過修改隔膜室蓋的凸起尺寸來限制導桿的極限位置，進而保護導桿在合理范圍內運動，使隔膜位置準確反饋。

參考文獻

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