大型高压隔膜泵进出料阀箱强度分析与校核

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表 1 不同路径下应力线性化结果汇总工 业 技 术评定路径 薄膜应力/MPa 弯曲应力/MPa 薄膜弯曲/MPa 峰值应力/MPa 总应力/MPa路径 1 41.54 51.91 88.88 40.04 96.30路径 2 76.64 17.57 90.17 6.820 96.3O路径 3 40.35 10.59 44.63 1.307 44.98路径 4 34.5O l7.8l 47.29 3.454 46.133图5 进出料阀箱应力评定路径示意图箱及类似承压 容器的设计与改造具 有-定的理论指导意 义。

1 进出料阀箱强度分析1.1进出料阀箱模型建立应用三维建模软件SolidWorks绘制进出料 阀箱 ，三维 几何模型如 图1所示 。

进出料阀箱所用材质为zG2OMn，其机械性能为：cr510 MPa， ：295 MPa。使用有 限元分析软 件ANSYS对弯管进 行强度分析 ，进而对其结构 强度进行优化 改进 。

1.2 网格划分与边界条件由于该模 型 为对称结 构 ，为了降 低计算规模 、提高求解效率 ，在前处理过程 中仅对1/2几何模型进行分析[2]。在进出料 阀箱前处理 过程 中应修正对结构影响不大的细节 ，在 网格 划分过程 中应将 曲率较大 和易产生应力集中的部位进行网格加密处理，单 元 形 式选 用 四 面体 单 元 ，共得 到 节 点63824个，单元52047个。

根据进 出料 阀箱的 实际受力情 况 ，设定 边界条件 ：阀箱出料 口处 螺栓 孔内表面施加 螺栓 力，连 接阀箱 与阀盖螺 栓孔 内施加螺栓力；将工作压 力加载到阀箱内表面 ；阀箱 下 部法兰 面和 模 型对称 面施 加 约束(如图2所示)。

1.3计算结构及分析从表 1可知 ：(1)- 次薄 膜应 力P 40.35 MPa

(2)-次局部薄膜应 力76.64 MPa<1.5Sm1.5 X l96.7295.05 MPa，显然评定路径l、2、3和4的实际薄膜应 力均满足这个强 度条件。

(3)从 表1中可 以看 出路径 l、2上的 -次 应 力加二 次应 力的 组合 当 量应 力均小于P P Q(90.17MPa)<3.0 S 3.0 X196.7590.1 MPa。其中 ，P 为-次局部薄膜应 力；P 为-次弯 曲应力 ；Q为二次应力 ，故满足强 度要求 。

通过 经典ANSYS有限元分析 ，得到该高压大型隔膜泵进出料阀箱的应力分布图(图3)和变形分布图(图4)。

由图3应力分布云 图可知 ，进出料阀箱的最 大应 力 出现在 阀箱内 腔 与出料 口相贯线处 ，最大应 力值97.2l6 MPa，最大变形出现在 进出料阀箱 内腔 中心处 ，变 形值为0.079 mm。

根据ASMEⅧ-2(20O7)《压力容器建造另-规则》对阀箱定义4条应 力评定路径进行强度校 核，评定路径示意 图如图5所示 。

ASMEVl-2中将压 力容 器的应 力分类为-次 应力(包括总体薄膜 应力、局部薄膜应 力)、二次应 力和总应力 ，并对 各类 型应力的校核给 出了相应 的准 则如下 。

(2)-次局部薄膜应力P 应小于设计应力强度S 的1.5倍(3)-次应力加二次应力的组合当量应力应小于计应力强度S 的3倍 。

设计应 力强度s 的计算公式为 ：S min(G6/2.4， o 2/1.5)根据ANsYs后处理结果对不同路径下不同类型应力的线性化结果进行汇总如表l所示 。

材料的设计当量应力为S 196.7 MPa，2 结论(1)根据ASMEVlI-2中对不同路径下的不同类型应 力线性 化结果进 行校核可知 ，该阀箱的强度满足要求 。

(2)根据对该结构隔膜泵阀箱强度分析结果 ，可以得 到最大应 力值和最大变 形值产生的位 置。

(3)应用有限元分 析软 件ANsYs对高压隔膜泵阀箱进行应力分析并应用ASME应 力评定体系校核 阀箱强 度 ，可作为阀箱结构改进 、优化 的参考依据 ，对设备安全运行和结构优化设计具 有-定的理论指导意。