基于ADINA進(jìn)行隔膜泵液力端流固耦合分析

蔣彪

摘 要：在隔膜泵中，導(dǎo)桿在導(dǎo)桿支架內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)導(dǎo)桿磁環(huán)位置的反饋保證隔膜在正常范圍之內(nèi)運(yùn)動(dòng)。而在少數(shù)工況惡劣條件下，隔膜腔內(nèi)料漿流量的脈動(dòng)急劇突變，使導(dǎo)桿有被拉出導(dǎo)桿支架的風(fēng)險(xiǎn)，本文討論了是否能在不影響隔膜腔內(nèi)隔膜變形規(guī)律的條件下，通過(guò)修改隔膜室蓋的凸起尺寸來(lái)限制導(dǎo)桿極限位置，進(jìn)而保護(hù)導(dǎo)桿不脫離導(dǎo)桿支架。通過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的液力端進(jìn)行流固耦合分析對(duì)比，證明了改進(jìn)隔膜室蓋尺寸并不會(huì)影響隔膜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

關(guān)鍵詞：ADINA；液力端；橡膠隔膜；流固耦合

中圖分類(lèi)號(hào)：TH323 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隔膜泵憑其運(yùn)輸能力大、效率高、地形適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境污染小、安全可靠等特點(diǎn)被礦山、化工、氧化鋁等行業(yè)廣泛應(yīng)用。隔膜泵使用在每個(gè)行業(yè)的工況各不相同，各種惡劣條件會(huì)給隔膜的正常運(yùn)動(dòng)帶來(lái)一定影響，進(jìn)而影響隔膜泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)率。本文通過(guò)采用ADINA有限元分析軟件對(duì)液力端流固耦合分析對(duì)比，解決了隔膜腔導(dǎo)桿在脈動(dòng)突變情況下脫離導(dǎo)桿支架的問(wèn)題，并提出修改建議。

在隔膜泵里與隔膜相連的導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿支架限位之下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)導(dǎo)桿磁環(huán)位置的反饋給推進(jìn)液控制系統(tǒng)，保證隔膜在正常運(yùn)動(dòng)范圍之內(nèi)運(yùn)動(dòng)。隔膜腔內(nèi)流量的脈動(dòng)突變，使導(dǎo)桿有被拉出導(dǎo)桿支架的風(fēng)險(xiǎn)。而隔膜腔是隔膜泵重要的過(guò)流部件，隔膜腔及隔膜室蓋的尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)隔膜腔內(nèi)的流場(chǎng)有著直接的影響。擬對(duì)隔膜室蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，令隔膜室蓋內(nèi)凸起尺寸增大，以起到阻擋隔膜的作用，確保導(dǎo)桿不至于被拉出導(dǎo)桿支架。本分析針對(duì)隔膜室蓋結(jié)構(gòu)修改前后，流體是否對(duì)隔膜變形規(guī)律產(chǎn)生影響進(jìn)行分析，確定是否對(duì)隔膜室蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。

1 液力端流固耦合分析條件

本文采用ADINA進(jìn)行流固耦合分析，分析模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，對(duì)比分析分為兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)一為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)二對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，修改隔膜室蓋的凸起尺寸，兩種結(jié)構(gòu)隔膜距離隔膜室蓋凸起的尺寸分別為L(zhǎng)1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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此本文采用對(duì)稱(chēng)模型分析，結(jié)構(gòu)部分包括橡膠隔膜以及進(jìn)出料閥，流場(chǎng)部分包括隔膜腔、進(jìn)出料閥、腔體等部分。

2 液力端流固耦合分析結(jié)果對(duì)比

首先進(jìn)行試算一次，確定隔膜達(dá)到完全翻曲時(shí)，Moving Wall（活塞）所需移動(dòng)的距離。試算后，確定Moving Wall的最大移動(dòng)距離，編寫(xiě)Moving Wall的時(shí)間函數(shù)，然后正式計(jì)算。

分析結(jié)果如圖3所示，圖3為結(jié)構(gòu)一的流場(chǎng)的流速分布與隔膜變形圖，當(dāng)時(shí)間為2.0552s時(shí)，Moving Wall（活塞）推至最前端，此時(shí)隔膜的最大位移為262.5mm。之后，Moving Wall回程，然而隔膜繼續(xù)向前移動(dòng)，最大位移達(dá)到266.7mm。

圖4為結(jié)構(gòu)二的隔膜變形圖，當(dāng)時(shí)間為2.0552s時(shí)，Moving Wall（活塞）推至最前端，此時(shí)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(xù)向前移動(dòng)，最大位移達(dá)到266.9mm。

對(duì)比以上分析結(jié)果可以看出，隔膜室蓋結(jié)構(gòu)形狀的改變?cè)斐傻牧鲌?chǎng)結(jié)構(gòu)變化并未對(duì)隔膜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生影響。圖5為提取的隔膜鐵芯的位移曲線，對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)的曲線可以看出基本完全一致，也可以證明隔膜室蓋結(jié)構(gòu)形狀的改變并未影響隔膜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3 分析結(jié)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(huì)影響隔膜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以通過(guò)修改隔膜室蓋的凸起尺寸來(lái)限制導(dǎo)桿的極限位置，進(jìn)而保護(hù)導(dǎo)桿在合理范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使隔膜位置準(zhǔn)確反饋。

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