基于ADINA进行隔膜泵液力端流固耦合分析

蒋彪

摘 要：在隔膜泵中，导杆在导杆支架内部往复运动，进而通过导杆磁环位置的反馈保证隔膜在正常范围之内运动。而在少数工况恶劣条件下，隔膜腔内料浆流量的脉动急剧突变，使导杆有被拉出导杆支架的风险，本文讨论了是否能在不影响隔膜腔内隔膜变形规律的条件下，通过修改隔膜室盖的凸起尺寸来限制导杆极限位置，进而保护导杆不脱离导杆支架。通过对两种结构的液力端进行流固耦合分析对比，证明了改进隔膜室盖尺寸并不会影响隔膜的运动规律。

关键词：ADINA；液力端；橡胶隔膜；流固耦合

中图分类号：TH323 文献标志码：A

0 引言

隔膜泵凭其运输能力大、效率高、地形适应性强、环境污染小、安全可靠等特点被矿山、化工、氧化铝等行业广泛应用。隔膜泵使用在每个行业的工况各不相同，各种恶劣条件会给隔膜的正常运动带来一定影响，进而影响隔膜泵的连续运转率。本文通过采用ADINA有限元分析软件对液力端流固耦合分析对比，解决了隔膜腔导杆在脉动突变情况下脱离导杆支架的问题，并提出修改建议。

在隔膜泵里与隔膜相连的导杆，在导杆支架限位之下进行往复运动，进而通过导杆磁环位置的反馈给推进液控制系统，保证隔膜在正常运动范围之内运動。隔膜腔内流量的脉动突变，使导杆有被拉出导杆支架的风险。而隔膜腔是隔膜泵重要的过流部件，隔膜腔及隔膜室盖的尺寸结构对隔膜腔内的流场有着直接的影响。拟对隔膜室盖结构进行修改，令隔膜室盖内凸起尺寸增大，以起到阻挡隔膜的作用，确保导杆不至于被拉出导杆支架。本分析针对隔膜室盖结构修改前后，流体是否对隔膜变形规律产生影响进行分析，确定是否对隔膜室盖结构进行修改。

1 液力端流固耦合分析条件

本文采用ADINA进行流固耦合分析，分析模型结构如图1所示，对比分析分为两种结构，结构一为现有结构，结构二对现有结构进行修改，修改隔膜室盖的凸起尺寸，两种结构隔膜距离隔膜室盖凸起的尺寸分别为L1和L2（图中的L）。整体分析模型如图2所示，由于液力端模型为对称结构，因此本文采用对称模型分析，结构部分包括橡胶隔膜以及进出料阀，流场部分包括隔膜腔、进出料阀、腔体等部分。

2 液力端流固耦合分析结果对比

首先进行试算一次，确定隔膜达到完全翻曲时，Moving Wall（活塞）所需移动的距离。试算后，确定Moving Wall的最大移动距离，编写Moving Wall的时间函数，然后正式计算。

分析结果如图3所示，图3为结构一的流场的流速分布与隔膜变形图，当时间为2.0552s时，Moving Wall（活塞）推至最前端，此时隔膜的最大位移为262.5mm。之后，Moving Wall回程，然而隔膜继续向前移动，最大位移达到266.7mm。

图4为结构二的隔膜变形图，当时间为2.0552s时，Moving Wall（活塞）推至最前端，此时隔膜的最大位移为265.6mm，如图4。之后，Moving Wall回程，然而隔膜继续向前移动，最大位移达到266.9mm。

对比以上分析结果可以看出，隔膜室盖结构形状的改变造成的流场结构变化并未对隔膜的运动规律产生影响。图5为提取的隔膜铁芯的位移曲线，对比两种结构的曲线可以看出基本完全一致，也可以证明隔膜室盖结构形状的改变并未影响隔膜的运动规律。

3 分析结论

由上述分析可得知，按图1方案修改隔膜室盖凸起尺寸，其变化不会影响隔膜的运动规律，可以通过修改隔膜室盖的凸起尺寸来限制导杆的极限位置，进而保护导杆在合理范围内运动，使隔膜位置准确反馈。

参考文献

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]《往复泵设计》编写组.往复泵设计[M].北京：机械工业出版社，1987.

[4]马野，袁志丹，曹金凤.ADINA有限元经典实例分析[M].北京：机械工业出版社，2011.