基于流固耦合分析研究工作压力对隔膜泵泵阀运动规律的影响

2016-12-12张洋

中国新技术新产品 2016年19期

关键词：泵阀隔膜泵进料

张　洋

（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁沈阳 110144）

基于流固耦合分析研究工作压力对隔膜泵泵阀运动规律的影响

张洋

（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁沈阳 110144）

泵阀是隔膜泵最主要的易损件，泵阀的寿命是影响隔膜泵连续运转率高低的主要因素。经过工业实践发现，随着隔膜泵工作压力的升高，泵阀的使用寿命降低。工作压力是隔膜泵设计过程中最为重要的参数之一，由工艺系统决定的固定参数，因此，需根据不同的工作压力对泵阀进行有区别地设计。本文采用流固耦合分析手段得出阀的运动机理，对比不同工作压力对泵阀运动机理的影响，以此研究为基础，针对不同工作压力设计合理的泵阀结构，提高泵阀的使用寿命。

隔膜泵；泵阀寿命；工作压力；流固耦合

隔膜泵凭借其压力适应范围广，效率高，地形适应性强，环境污染小，安全可靠等特点被更加广泛地应用。目前正在运行的隔膜泵中，问题最为突出的就是隔膜泵泵阀的寿命问题。由于泵阀寿命不稳定，导致隔膜泵的连续运转率无法保证，造成巨大的直接与间接的经济利益损失。本文针对影响泵阀寿命因素之一的工作压力展开研究，采用有限元分析软件ADINA进行隔膜泵液力端流固耦合分析，从而得出泵阀的运动规律。研究不同工作压力对于泵阀运动规律的影响，通过调整出料口的工作压力，对比不同工作压力下泵阀的运动速度，以此对泵阀结构进行修改，从而达到提高泵阀寿命的目的。

1.流固耦合分析模型的建立

以三缸单作用隔膜泵液力端的其中一列为基础建立分析模型，由于模型为对称结构，因此本分析模型采用对称模型进行分析，从而降低分析计算量。模型如图1所示。左侧为流场部分，右侧为结构部分，即进料阀与出料阀。由于隔膜只是起到分离液压油与泵送浆体的作用，因此本模型将隔膜简化掉。边界条件如下：流场部分的进料管口与出料管口添加压力边界，即泵的喂料压力与工作压力；油缸端面处按照泵的实际工作状态添加移动墙边界，模拟活塞的运动，与泵阀结构部分相接处为流固耦合边界。泵阀结构部分按泵阀的设计参数进行限位。

2.结果对比分析

在相同工作条件下，即相同的喂料压力、相同的冲次及相同的弹簧刚度。改变工作压力，分别为6MPa、13MPa和30MPa。提取计算结果进行对比，结果对比如下。

出料阀运动速度如图2所示，当工作压力为6MPa时，出料阀与紧固导管和阀座的碰撞速度分别为1.04m/s和0.45m/s；当工作压力为13MPa时，两速度分别为1.15m/s和0.45m/s；当工作压力为30MPa时，两速度分别为1.26m/s和0.45m/s。由以上数据可以得出，随着工作压力的增大，出料阀对紧固导管的碰撞速度增大，对阀座的碰撞速度无影响。同样，对比进料阀的运动速度可以得到相同的规律，即随着工作压力的增大，进料阀对于导管支架的碰撞速度增大，对阀座的碰撞速度无影响。

工作压力的提高除了对泵阀的冲击速度产生影响，还会对泵阀的开启与关闭产生影响。图3为出料阀的升程对比曲线，以第二周期为例，1.27s移动墙开始推进，1.87s回程，当工作压力为6MPa、13MPa和30MPa时，出料阀分别在1.45s、1.46s和1.49s开启，分别延迟0.18s、0.19s和0.22s，即随着工作压力的升高，泵阀的开启延迟越大，降低隔膜泵的容积效率。进料阀存在同样的运动规律。

图4为阀隙流速对比曲线，由图中可以看出，3种工况下除了前期由于阀开启延迟不同造成的阀隙流速不同外，之后的阀隙流速均相同。以此可以得出，工作压力的增大，对阀隙流速无影响，不会增强料浆对泵阀的冲蚀破坏。