大型煤化工隔膜泵出料三通的强度分析与结构优化
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摘 要：大型隔膜泵作为煤化工行业水煤浆输送的核心设备，其具有大流量、高压力和输送稳定等诸多优点，并已得到广泛应用。出料三通作为隔膜泵液力端的关键零部件，其内部承受较高工作压力载荷并容易在相贯线位置产生疲劳破坏。本文应用大型有限元分析软件ANSYS对出料三通根据实际工况进行强度分析，并对其结构进行优化，其结论对隔膜泵液力端相关零部件的设计研发具有一定的理论指导意义。
关键词：隔膜泵；出料三通；结构优化
中图分类号：TB301 文献标识码：A
1 前言
大型三缸单隔膜泵作为煤化工行业水煤浆输送的核心设备，其液力端主要由进出料阀箱、进出料管、隔膜室以及活塞缸等关键部件组成。其中，出料三通作为位于隔膜泵出料端的大型铸件，其两侧焊接于隔膜泵出料管上且内部承受料浆压力载荷，受其影响该件为液力端主要易损件之一。设计出料三通关键在于改善三通内腔相贯线处的应力分布，避免因过度的应力集中致三通在泵运行现场发生疲劳破坏。此外，设计中还应充分考虑铸造件的成本因素，这要求设计者在能够满足强度要求的前提下降低铸件的重量。本文采用大型有限元分析软件ANSYS对出料三通进行强度分析，并对分析结果进行评价。通过对比分析确定符合强度设计要求并重量较轻的结构形式。其分析方法与结论对相关产品的设计与研发具有一定的理论指导意义。
2 隔膜泵液力端出料三通强度分析
2.1 几何模型与边界条件
三缸单作用隔膜泵液力端出料三通所处位置如图1所示，由图1可知，出料三通焊接于出料管之上并在其后端安装三通支架以保证其稳定性。出料三通上方与出料氮气包相连。在隔膜泵的现场运行过程中，出料三通内部受输送料浆的较高的工作压力载荷作用。出料三通三维剖视结构如图2所示。
根据图2可知，对三通强度产生影响的内腔结构主要表现为相贯线位置处的圆角值以及内腔扩张角（图中为45°）。由于出料三通为对称结构，为降低计算规模，可以对1/2模型进行分析计算。利用三维几何建模软件Solid Works建立液力端出料三通的几何模型并以.SAT的格式导入有限元分析软件ANSYS中。采用ANSYS前处理模块对几何模型进行网格划分，对易产生应力集中的位置进行细化（相贯线处圆角），共...
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