浅析有限元分析在隔膜泵设计领域的应用
陈博龙
（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁  沈阳  110144）

摘 要：本文介绍了大型隔膜泵的结构特点和工作原理，讨论并分析了有限元分析软件及有限元分析法对隔膜泵设计过程的应用，系统说明了有限元分析软件对于隔膜泵关键零部件机械强度分析的作用、意义和影响。

关键词：有限元；隔膜泵；强度分析

隔膜泵是工业往复泵中重要的一类产品。它的突出优点是：可获得高的排/压，且流量与压力无关，适应输送介质十分广泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不随压力和输送介质粘度的变动而变动。在当今世界能源紧缺的形势下，隔膜泵作为节能产品，在石油开发、管道输煤、煤气化工、电站排渣、矿山开采等方面起着重要作用，而且在压力容器检测和实现现代化石油化工工业全面自动化操作方而也是不可缺少的品种。与传统离心泵相比，隔膜泵的排出压力主要取决于泵所装置的管路特性，且可根据泵装置的管路特性，建立泵所需的排出压力，它不会随着地层压力变化，流量发生变化，这点离心泵是无法达到的。且隔膜泵的维修十分方便，其主要构件一般不需要维修，检修周期长，易损件的更换非常简单，只需要一般工人就可以更换维护。一般只需要打开液力端更换阀件、密封件等。

1 有限元分析软件简介

有限元分析（FEA）是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。被广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等问题。目前，有限元方法已经应用于水工、土建、桥梁、机械、电机、冶金、造船、飞机、导弹、宇航、核能、地震、物探、气象、渗流、水声、力学、物理学等，几乎所有的科学研究和工程技术领域。基于有限元分析（FEA）算法编制的软件，即所谓的有限元分析软件。通常，根据软件的适用范围，可以将之区分为专业有限元软件和大型通用有限元软件。实际上，经过了几十年的发展和完善，各种专用的和通用的有限元软件已经使有限元方法转化为社会生产力。

图1 隔膜泵动力端连杆应力分布云图

图2 隔膜泵动力端连杆变形分布云图

2 有限元分析在隔膜泵动力端的应用

隔膜泵动力端包括曲轴、连杆、十字头等关键部件，在动力端零部件的设计研发过程中，可针对部件的实际运行工况，采用大型有限元分析软件ANSYS对其进行分析计算，以达到强度校核、优化设计和降低生产制造成本的目的。以某规格隔膜泵动力端连杆为例，根据其实际受力情况在有限元分析软件中对其进行载荷和边界条件施加，可得到其应力分布云图和变形分布云图如图1和图2所示。作为其设计改进的理论依据。

3 有限元分析在隔膜泵液力端的应用
隔膜泵液力端中主要包含隔膜腔、隔膜室盖、腔体及油缸、活塞及活塞杆等关键件，在对隔膜泵液力端关键件进行强度分析的过程中，不仅应考虑其在整体装配条件下的螺栓受力，还应将内腔流体压力作为设计分析的重要依据。从而找出最大应力及变形发生的大小及位置，在设计过程中将薄弱位置补强、将安全系数裕度较大区域改造，实现结构的优化和成本的降低。以某型号隔膜泵的隔膜室盖为例，其应力分布云图和变形分布云图如图1所示和图2所示。

结论

随着有限元分析法在机械工业领域应用的日益广泛，在高压力、大流量隔膜泵设计的过程中，采用有限元分析软件对动力端和液力端的关键零部件进行分析并指导设计已经成为该领域发展的必然趋势。其分析计算结果也为产品的结构改进和升级换代提供了重要的理论指导和技术支持。