锅炉循环泵的泵壳改型与应力安全分析

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1.375TC静态强度使用系数最大值分别为 U (U <1，出于保护原始数据的考虑采用 U 和后文的 ，替代实际数据)，0.99 U ，0.92 U ，0.77 U ，最大值出现的位置均在 path 4处；而在液压试验条件下，4种模型静态强度使用系数最大值分别为 u2，1.11 u2(1.11 u2<1)，0.93 ，0.71 ，最大值出现的位置分别为path 1，path 2，path 2，path 2。

由此可知，4种计算模型在实际运行条件和液压试验条件时，10条路径上的静态强度使用系数均满足 U <1.从静态强度性能角度看，4种计算模型都是安全的，同时，原型泵壳用铸造代替锻造生产，其静态强度是安全的.所选的铸造材料与原泵壳所用的锻造材料在室温时的力学和热力学性能几乎- 致，结果表明 R-TF模型和 R-TC模型在实际运行条件下的 最大值分别为 U 和0.99 U ，故采用力学和热力学性能接近的铸造材料对泵壳的静态强度几乎没有影响。

另外，静态强度使用系数的最大值出现在path4，位于泵壳和出水管之间的连接区域.由于出水管是斜向上的，所以这-过渡区域窄小，对应的圆心角很小，该区域是研究对象静态强度性能最差的区域，因此后续改善工作应该着重考虑该位置。

3.2 尺寸变化对静态强度性能的影响由于铸造材料对泵壳的静态强度几乎没有影响，故研究几何尺寸变化对静态强度性能的影响。

将泵壳 内径 由 R(R-TC)减 小至 0.875R(0.875R-TC)，最大的 (/ 分别为 0.99 U 和0.92，减小了7%.由此可知，保持壁厚不变时，减小内径，泵壳静态强度性能是安全的.也即，文献[7]中通过减小泵壳内径降低生产成本的改型方法在静态强度方面是安全的。

进-步探讨壁厚对静态强度的影响，保持减小了的内径，增大壁厚至1.375 T，即比较0.875R-TC和0.875R-1.375TC模型，可以看出，最大的 分别为0.92 U。和0.77 U ，减小了 16.3%，故壁厚增大可以明显提高静态强度性能。

分析其原因，观察工况① 运行压力条件下和工况② 接管载荷条件下 0.875R-TC和 0.875R-1.375TC模型的静态强度性能，可知由运行压力引起的等效应力强度远大于由接管载荷引起的等效应力强度；增大壁厚可以明显减小由运行压力引起的等效应力强度.如 0.875R-TC模型在 path 5的外点，压力载荷等效应力强度为 106.9 MPa，接管载荷等效应力强度为 9.1 MPa；而0.875R-1.375TC模型在 path 5的外点，压力载荷等效应力强度为91.2 MPa，接管载荷等效应力强度为 10.0 MPa.故壁厚增大后，个别位置的接管载荷等效应力强度的微小增大不足以弥补压力载荷等效应力强度的减小幅度。

4 低循环疲劳分析低循环疲劳分析是-个动态的安全校核.根据- 般迈内尔(Miner)准则执行，采用某公司提供的3种循环，参考ASME标准中的相关 s-Ⅳ曲线等内容 J，通过编写的-系列程序(APDL语言)在Ansys中得出 10条路径上内点和外点共 20个点的疲劳使用系数 U .疲劳使用系数表达式为r， - 煎 筮生 ，0、-循环许用发生的最大次数3个循环的发生次数都已给定，相当于该锅炉循环泵运行 30 a，以此计算疲劳使用系数.模型 R-TF，R-TC，0.875R-TC，0.875R-1.375TC的 最大值分别为 U ( <1)，0.87 u3，0.14 ，0.45 。

比较 R-TF和 R-TC模型可知，最大疲劳使用系数减小了13%，可见选用合适的铸造材料代替锻造材料后，泵壳的低循环疲劳性能是安全的；比较R-TC和0.875R-TC模型，最大疲劳使用系数减小了84%，可知减小泵壳内径可以极大地改善泵壳的低循环疲劳性能；比较 0.875R-TC和 0.875R-1.375TC模型，最大疲劳使用系数增大了221.4%，可知增大壁厚会显著降低泵壳的低循环疲劳性能。

另外，文中锅炉循环泵 30 a寿命的疲劳使用系数均小于 1，可以看出4种计算模型都是低循环疲劳安全的。

5 结 论文中采用有限元方法，参照 ASME标准和-般迈内尔准则，在 Ansys软件中对4种计算模型进行了静态强度分析和低循环疲劳分析，得出以下结论：1)对于同-个锅炉循环泵模型，选用合适的铸造材料铸造生产原为锻造生产的锅炉循环泵，可以保证应力安全。

2)泵壳内径由尺减小至0.87R时，最大 减小了7%，最大疲劳使用系数减小了84%，可知减小泵壳内径对应力安全是有利的，并可极大地改善泵壳的低循环疲劳性能。

l： 瞳 3)文中研究的锅炉循环泵，高压载荷引起的等效应力强度远大于接管载荷引起的等效应力强度，所以增大壁厚可以显著提高泵壳的静态强度性能。

致 谢感谢德国 KSB泵 阀集团 (KSB Aktiegesel-schafi)的项目支持。