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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)，若不能保證強度和密封性，會導(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)計靠水壓試驗來驗證泵體強度和密封性、設(shè)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(yīng)力和變形有限元分析，以此指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計基本上是根據(jù)經(jīng)驗和參考以往的一些設(shè)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(fù)雜性，僅靠經(jīng)驗設(shè)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(shè)計，不僅可以縮短研發(fā)周期，還可減少反復(fù)試制的風險，節(jié)約成本。目前，已有不少學(xué)者對不同設(shè)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(chǔ)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(shè)計；在某型號螺桿壓縮機設(shè)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(yīng)和聲輻射仿真分析及優(yōu)化設(shè)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(yīng)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(shè)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(yù)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(yù)緊力對結(jié)構(gòu)強度的影響的基礎(chǔ)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(shè)計。
在完成了185 MW汽輪機組配套的高壓主油泵流體動力學(xué)設(shè)計后，在泵腔流道的基礎(chǔ)上初步設(shè)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(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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