本站原创摘 要：出料管是煤化工用大型隔膜泵液力端的关键部件之一,在出料管的设计过程中应根据隔膜泵液力端的实际工况对其进行应力分析与强度校核,以确保隔膜泵液力端输送高压两相流体的安全性及设备的连续运转率.本文利用有限元分析软件ADINA对大型高压隔膜泵出料管进行应力分析,参考《美国压力容器分析规范》（AEVIII-2）对分析结果进行应力强度评定.分析结果表明,采用有限元分析软件能够对管口承受复杂外载荷的隔膜泵出料管进行强度校核,对出料管的结构优化与系列化具有一定的参考意义.
关 键 词 ：隔膜泵；出料管；应力分析；强度评定
中图分类号：TV67 文献标识码：A
隔膜泵作为固-液两相介质输送的核心设备,在煤化工和石油化工等领域日益得到广泛的应用.隔膜泵液力端主要由隔膜腔、进出料阀箱、进出料管和空气包等关键件组成.其中,出料管与出料阀箱和空气包相连接,其包括多个三通结构,三通为几何形状不连续结构,在其拐角处会形成极大的应力集中,导致在正常的工作条件下,该处也极易达到屈服.为了设计既安全可靠又经济合理,需对应力进行科学的分类,并按不同的设计准则予以限制.
本文采用通用有限元分析程序ADINA,以其功能强大、使用方便、结果可靠和求解效率高而被结构力学、热力学、流体力学等诸多领域所认可的有限元分析软件.
1.有限元模型的建立
出料管分析模型如图1所示,由于出料管模型复杂,分析采用全模型进行计算.网格划分采用四节点四面体单元,三通位置处由于几何形状不连续,对此处网格进行细划,模型有62157个节点,239785个单元,出料管材料的弹性模量为206GPa,泊松比为0.3,设计应力强度为196.7MPa.
边界条件：在出料管内壁施加压强,压强大小为17.5MPa,在X方向的两端法兰分别施加X方向约束与螺栓力,Z方向法兰同样施加螺栓力,螺栓力大小由内壁压强确定,在Y方向三个法兰施加Y、Z方向约束,如图2所示.
2.应力分类及强度评定
通过计算得出出料管的应力分布云图如图3所示,最大压力为350MPa,出现在Y方向左侧第一个法兰的三通相贯线处.对应力集中部位进行应力线性化分为薄膜应力、弯曲应力和峰值应力,为了分析结构的安全性,于应力集中处取5条从内壁贯穿外壁的路径进行应力分类评定,路径选取如图4所示,经处理得出的结果如图5所示.将各条路径的应力分解结果汇总如表1所示.
3.结论
AE Ⅷ-2《压力容器建造另一规则》要求对压力容器各元件进行详细的应力分析,并将各种不同载荷引起的应力,根据其导出应力的方法、应力在元件上存在的区域的大小、沿元件厚度分布的性质等,针对所涉及的失效模式所起不同作用进行分类,按照应力性质影响范围及分布状况将应力分为一次应力、二次应力和峰值应力.对于不同性质的应力给予不同的限制条件.由于出料管所受载荷并非周期性载荷,故会产生破坏影响的只是一次应力和二次应力,对于峰值应力的影响可以不考虑,因而只需满足如下两项应力限制条件.由材料的设计应力强度为Sm 等于196.7MPa,从表1 可以看出：
（1） 一次薄膜应力Pm等于98.07MPa< Sm= 196.7 MPa,满足强度条件.
（2） 一次局部薄膜应力：
（3） 从表1 中可以看出各路径上的一次应力加二次应力的组合当量应力均小于PL+Pb+Q（331.5MPa） < 3.0Sm=3.0×196.7=590.1MPa.其中,PL为一次局部薄膜应力；Pb为一次弯曲应力；Q 为二次应力,故满足强度要求.