雙吸式離心泵的抗震性能以及自吸離心泵幾條重要性能

2021/04/07

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     在傳統的(de)(de)(de)(de)泵(beng)強(qiang)度(du)和(he)抗震性能(neng)分析(xi)中，一(yi)般都(dou)采用殼單元(yuan)，按統一(yi)的(de)(de)(de)(de)厚度(du)進行簡化計(ji)算，但實際(ji)上泵(beng)殼各部(bu)分的(de)(de)(de)(de)厚度(du)是不(bu)均勻的(de)(de)(de)(de)，因此(ci)使用統一(yi)厚度(du)的(de)(de)(de)(de)殼單元(yuan)對泵(beng)進行計(ji)算分析(xi)是一(yi)種近似，這就勢必(bi)會(hui)影(ying)響分析(xi)結果的(de)(de)(de)(de)精(jing)度(du)。

　　雙吸式(shi)離心泵具有(you)渦(wo)室形(xing)狀(zhuang)復雜，多(duo)(duo)流道等特征(zheng)，其三(san)維造型(xing)和(he)性能(neng)分(fen)析涉及到(dao)的問題較多(duo)(duo)，在泵的三(san)維造型(xing)和(he)分(fen)析中具有(you)普(pu)遍性。本文針(zhen)對某型(xing)號雙吸式(shi)離心泵進行了全三(san)維造型(xing)，并按照有(you)關規(gui)(gui)范要(yao)求對其進行了抗震性能(neng)分(fen)析。分(fen)析結果表明(ming)，該泵能(neng)夠(gou)滿足相(xiang)關規(gui)(gui)范的要(yao)求。

　　1、泵(beng)的(de)使用情(qing)況

　　該泵(beng)為(wei)(wei)單級(ji)(ji)、雙(shuang)吸、中開式離心(xin)泵(beng)，泵(beng)體和電動機(ji)分別通過4個M36的螺栓固(gu)定于(yu)機(ji)座上，泵(beng)吸入和吸出口方向(xiang)均為(wei)(wei)水平軸向(xiang)。額定轉速為(wei)(wei)1500r/min，設計壓力為(wei)(wei)O.8MPa，介質溫度為(wei)(wei)45℃。泵(beng)體材(cai)料為(wei)(wei)18Cr8Nio泵(beng)機(ji)組安(an)裝(zhuang)于(yu)地(di)下室一7.5m標高上，水泵(beng)安(an)全等(deng)級(ji)(ji)為(wei)(wei)3級(ji)(ji)，電動機(ji)安(an)全等(deng)級(ji)(ji)為(wei)(wei)1E級(ji)(ji)，泵(beng)/電機(ji)機(ji)組的抗震類別為(wei)(wei)Ⅰ類。

　　2、三維模型的建(jian)立

　　為保(bao)證(zheng)計算結果的(de)(de)準確性，本文使用PrO/E軟(ruan)件(jian)根據(ju)制造(zao)廠商提供的(de)(de)實(shi)(shi)際(ji)泵尺寸(cun)，建立(li)了和實(shi)(shi)際(ji)泵完全(quan)一(yi)致(zhi)的(de)(de)全(quan)三(san)維(wei)模型(xing)(xing)。三(san)維(wei)造(zao)型(xing)(xing)中(zhong)的(de)(de)關(guan)鍵是曲(qu)線曲(qu)面的(de)(de)數學表述問題(ti)，在該(gai)雙吸式離心泵三(san)維(wei)造(zao)型(xing)(xing)中(zhong)，采(cai)用了非均勻(yun)有理(li)化B樣條的(de)(de)方法。

　　建(jian)立(li)(li)泵(beng)體(ti)輪廓模型(xing)時，首先(xian)利用(yong)描(miao)點法生成各截(jie)面上(shang)的(de)關鍵點，然后利用(yong)NURBS法生成截(jie)面的(de)輪廓，zui后運用(yong)掃(sao)描(miao)成型(xing)功能得到泵(beng)體(ti)模型(xing)，泵(beng)的(de)入水(shui)口和出水(shui)口部(bu)分采用(yong)簡單的(de)旋(xuan)轉(zhuan)生成。圖(tu)1為根據(ju)圖(tu)紙建(jian)立(li)(li)的(de)泵(beng)體(ti)全(quan)三(san)維模型(xing)。

　　3、有限元分(fen)析

　　（1）有(you)(you)限(xian)元(yuan)網格的(de)劃分。實體(ti)(ti)(ti)建模后(hou)，將模型(xing)(xing)導(dao)入有(you)(you)限(xian)元(yuan)前后(hou)處理(li)軟件MSC/MARC中，進行有(you)(you)限(xian)元(yuan)網格劃分，單元(yuan)類型(xing)(xing)為八節點(dian)四面體(ti)(ti)(ti)單元(yuan)，共有(you)(you)16724個(ge)單元(yuan)，26183個(ge)節點(dian)。有(you)(you)限(xian)元(yuan)模型(xing)(xing)如圖(tu)2所示。它包含(han)了泵體(ti)(ti)(ti)和出入口法蘭。泵體(ti)(ti)(ti)內的(de)水(shui)的(de)質量被平(ping)均分配到(dao)泵體(ti)(ti)(ti)上。

　　（2）載荷(he)約束(shu)條件。泵(beng)模型的(de)(de)(de)底座與一(yi)塊鋼板剛性(xing)相(xiang)連(lian)，在(zai)泵(beng)內部(bu)存在(zai)著大小為0.8MPa的(de)(de)(de)內壓，入口(kou)和出口(kou)的(de)(de)(de)法(fa)蘭(lan)面上承(cheng)(cheng)受(shou)螺(luo)栓預緊(jin)力，螺(luo)栓預緊(jin)力包括密封法(fa)蘭(lan)所需的(de)(de)(de)力和平衡內壓所需的(de)(de)(de)力，而且在(zai)法(fa)蘭(lan)密封面上承(cheng)(cheng)受(shou)密封所需的(de)(de)(de)力。

　　在泵的(de)出水口和入水口各有一組接(jie)管(guan)(guan)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，接(jie)管(guan)(guan)載荷的(de)大小(xiao)如表1所(suo)示。對(dui)于(yu)(yu)接(jie)管(guan)(guan)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)施(shi)加，其(qi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)部分(fen)，采用對(dui)法蘭平面(mian)上(shang)的(de)結點平均分(fen)配力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)方法進行施(shi)加。而對(dui)于(yu)(yu)接(jie)管(guan)(guan)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩部分(fen)，以力(li)(li)(li)(li)(li)(li)偶形(xing)式加在結點上(shang)。

　　對于地(di)震載荷的(de)施加，可以根據泵安裝廠房一7.5m標高的(de)SSE地(di)震樓層譜(pu)進行確定(ding)，使用時應再(zai)乘以1.5的(de)系數。其反應譜(pu)zui大加速(su)度X方(fang)(fang)向為(wei)(wei)0.8g，Y方(fang)(fang)向為(wei)(wei)0.8g, Z方(fang)(fang)向為(wei)(wei)0.5g， g為(wei)(wei)重力加速(su)度，為(wei)(wei)9.8m/s2。在實(shi)際計算中，3個方(fang)(fang)向都按(an)1.5g給定(ding)，這樣計算結果就(jiu)偏于保守(shou)。

　　（3）計算結果分(fen)(fen)析。首先(xian)進行(xing)模態(tai)分(fen)(fen)析，分(fen)(fen)析得到*階整體(ti)振動模態(tai)的(de)頻率為54Hz，超(chao)過(guo)33.4Hz，故(gu)知設備為剛(gang)性結構。因此泵體(ti)的(de)抗震(zhen)分(fen)(fen)析可以采用(yong)等效靜(jing)力法進行(xing)分(fen)(fen)析。

　　泵(beng)體的(de)Tresca應(ying)(ying)力(li)(li)(li)分(fen)布和變形狀況如(ru)圖3、4所示，由分(fen)析結果可見，泵(beng)體大(da)部分(fen)Tresca應(ying)(ying)力(li)(li)(li)在3.5～10MPa范圍內(nei)，只是(shi)在兩側的(de)約(yue)束(shu)點處Tresca應(ying)(ying)力(li)(li)(li)達到了(le)53.1MPa，這是(shi)約(yue)束(shu)導(dao)致的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)集(ji)中，屬于二次(ci)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)加峰值應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。如(ru)果不(bu)考慮應(ying)(ying)力(li)(li)(li)集(ji)中，泵(beng)體zui大(da)Tresca應(ying)(ying)力(li)(li)(li)為(wei)(wei)了(le)31MPa。泵(beng)體的(de)zui大(da)變形為(wei)(wei)0.08mm，發生(sheng)在入口法蘭(lan)邊緣。

　　入(ru)口法蘭的(de)Tresca應(ying)力(li)分(fen)布如圖5所示，由分(fen)析(xi)結果可見，入(ru)口法蘭zui大Tresca應(ying)力(li)為(wei)53.1MPa，發生(sheng)在施加接管(guan)載(zai)荷(he)點上，這是約束導致的(de)應(ying)力(li)集中，屬于二次應(ying)力(li)加峰值(zhi)應(ying)力(li)。除(chu)了這些點，大部分(fen)Tresca應(ying)力(li)為(wei)3.5~9 MPa左(zuo)右。

　　出口(kou)法(fa)蘭的Tresca應力(li)(li)分(fen)布如圖6所示(shi)，出口(kou)法(fa)蘭zui大(da)Tress。應力(li)(li)為30 MPa，發生在(zai)施加接管載荷(he)點上(shang)，這也是約束導(dao)致的應力(li)(li)集中。除(chu)此(ci)之外(wai)大(da)部分(fen)Tresca應力(li)(li)為5-9 MPa左右(you)。

　　由(you)以上結果可知，泵(beng)(beng)體、入口法(fa)蘭、出口法(fa)蘭在自重，接管(guan)載荷，螺栓預緊力和(he)地震載荷同時作用下都遠(yuan)遠(yuan)小于材(cai)料的應力極限值133 MPa，該泵(beng)(beng)的承壓(ya)部(bu)分滿足ASME3級部(bu)件的要(yao)(yao)求(qiu)，因此滿足了在地震下的結構(gou)和(he)受壓(ya)邊界完整(zheng)性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)。

　　4、結論(lun)

　　（1）分析(xi)(xi)表明。該泵的(de)動力學性能對抗震性能影響(xiang)較(jiao)小，可用等效靜力的(de)方(fang)法分析(xi)(xi)抗震性能。

　　（2）有限(xian)元分析計算結果表明泵體(ti)所有節點(dian)應(ying)力均(jun)遠小于ASME規(gui)范的要求(qiu)，變形量(liang)也在要求(qiu)的范圍之內。

　　（3）計算(suan)中采(cai)用了放大加速(su)度值的(de)做法來(lai)提高(gao)地(di)震(zhen)力，計算(suan)結果表明應力能夠(gou)滿(man)(man)足(zu)要求，證明該泵(beng)不僅能滿(man)(man)足(zu)地(di)震(zhen)條件(jian)下(xia)壓力邊界(jie)的(de)完整(zheng)性，而(er)且能滿(man)(man)足(zu)可運行性的(de)要求。

自吸式離心油泵的性能參數如流量Q 揚程H 軸功率N 轉速n效率η之間存在的一定的關系。他們之間的量值變化關系用曲線來表示，這種曲線就稱為水泵的性能曲線。
    離心泵的性能參數之間的相互變化關系及相互制約性：首先以該水泵的額頂轉速為先決條件的。
    離心油泵性能曲線主要有三條曲線：流量—揚程曲線，流量—功率曲線，流量—效率曲線。
    A、流量—揚程特性曲線
    它是自吸離心泵的基本的性能曲線。比轉速小于80的自吸離心泵具有上升和下降的特點（既中間凸起，兩邊下彎），稱駝峰性能曲線。比轉速在80～150之間的自吸離心泵具有平坦的性能曲線。比轉數在150以上的自吸離心泵具有陡降性能曲線。一般的說，當流量小時，揚程就高，隨著流量的增加揚程就逐漸下降。 
    B、流量—功率曲線
    軸功率是隨著流量而增加的，當流量Q=0時，相應的軸功率并不等于零，而為一定值（約正常運行的60%左右）。這個功率主要消耗于機械損失上。此時水泵里是充滿水的，如果長時間的運行，會導致泵內溫度不斷升高，泵殼，軸承會發熱，嚴重時可能使泵體熱力變形，我們稱為悶水頭，此時揚程為zui大值，當出水閥逐漸打開時，流量就會逐漸增加，軸功率亦緩慢的增加。
    C、流量—效率曲線
    它的曲線象山頭形狀，當流量為零時，效率也等于零，隨著流量的增大，效率也逐漸的增加，但增加到一定數值之后效率就下降了，效率有一個zui高值，在zui率點附近，效率都比較高，這個區域稱為率區。