分子泵叶轮装配过盈量设计与应力分析

泵管道布置及应力计算摘要:石化生产装置中，泵是不可缺少的用于输送介质的机械。

离心泵借助其性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠、操作费用最低，维修工作量小等诸多优点,约占工艺用泵总量的80%～90%。

泵上管道的布置显得尤为重要。

本文具体阐述了泵进出口管道及其支吊架设计的注意事项和泵管口校核的API 610标准。

并对实际工程项目中的两台泵管道进行了应力分析,发现由于泵进口管线的柔性不够，使得其管口受力超出了标准限制。

为此，在原配管的基础上，通过增加L型弯用管道的自然补偿以增加管道自身的柔性。

经分析后,发现管口受力有了很明显的改善，通过标准进行了校核，其满足标准规定。

此外值得注意的是，泵管道的柔性并不是越大越好。

因为柔性的增加意味着管段的增多，管道中压力降的增大。

这除了增加了建造成本外,还可能使其中的介质气化导致泵及管道的噪声和振动。

在实际工程项目中,要根据具体情况进行泵管道的布置，使其技术上满足泵标准受力要求,运行中达到安全稳定。

关键词：泵离心泵布置管道应力在石化行业设计中，泵是不可或缺的输送液体或使液体增压的机械.泵主要分为三大类，即离心泵、往复泵和旋转泵.由于离心泵的性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转可靠、操作费用最低,维修工作量小等诸多优点，因此在石油化工厂中多采用离心泵。

在此所讨论的泵为离心泵.同时各设备之间的连接自然离不开管道,管道在石油化工生产装置建设中占据着很重要的位置，它是物料输送的工具.由于泵属于旋转机械,其承受管道的作用力和力矩受到极大地限制。

当泵管口受力大时,使泵的外壳发生变形，泵旋转的同轴度受到影响，造成泵发出噪音和振动，甚至损坏，则使管口受力尽可能小,并在允许的范围之内显得尤为重要。

最理想状态就是使泵管口不受管道的作用力，显然这是不可能的。

这些力要么来自于管道的热膨胀要么来自于管系本身的重力，应用泵管线应力分析，并通过改变泵管线的走向和确保其得到合理的支撑，以分析其管口受力。

轴伸贯流泵叶轮叶片应力改善有限元分析陈荣杰;阚阚;覃颖聪;张新;贾少华【期刊名称】《中国农村水利水电》【年(卷),期】2017(0)1【摘要】为计算分析轴伸贯流泵叶轮叶片根部加厚后的应力分布情况,采用计算流体力学软件CFX,基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型对某轴深贯流泵装置全流道三维定常不可压湍流流场设计工况进行了数值模拟。

借助ansys workbench平台,将稳态流场数值模拟所得叶片表面静压力作为叶片有限元计算的载荷边界条件,得到四种根部不同加厚厚度的叶片在设计工况下的等效应力与总变形分布。

研究结果表明:通过出对叶片根部应力集中区域的加厚,可以缓解此处应力集中并减小最大等效应力,从而抑制和预防叶片根部裂纹的产生。

而叶片根部的加厚对叶轮叶片总变形并无太大影响,同时提出了一种叶轮叶片根部连接叶片轴处的加厚方法。

研究结果为同类型水泵叶轮结构设优化计和安全稳定性研究提供参考。

【总页数】5页(P185-188)【关键词】轴伸贯流泵;叶轮叶片;根部加厚,等效应力;应力改善【作者】陈荣杰;阚阚;覃颖聪;张新;贾少华【作者单位】河海大学能源与电气学院;河海大学水利水电学院;河海大学商学院;中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TV675;TV533【相关文献】1.S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究 [J], 杨帆;刘超;汤方平;罗灿;陈锋2.轴伸贯流泵全过流系统断电飞逸过渡过程研究 [J], 何中伟;鲍华;高成昊;舒崚峰3.平面S型轴伸贯流泵装置分析 [J], 王东进;王玉心4.轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟 [J], 李龙;王泽5.轴伸贯流泵压力脉动特性及其改善方法 [J], 刘志强;张玉全;戴庆云;郑源;吴东磊;韦雯倩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

叶轮焊接残余应力及变形量的有限元计算分析的开题报告一、研究背景叶轮是一种常见的机械零件，其结构复杂，通常由多个叶片和轮盘组成。

在叶轮的生产过程中，需要将叶片和轮盘进行焊接，因此焊接过程会给叶轮带来残余应力和变形量，影响其性能和寿命。

因此，对叶轮焊接残余应力及变形量进行研究和分析具有重要的理论和应用价值。

二、研究目的本文旨在利用有限元方法，对叶轮焊接过程中残余应力和变形量进行分析，探究其成因和规律。

三、研究内容和方法研究内容：1. 叶轮的三维有限元建模和网格划分；2. 叶轮焊接时的加热过程仿真，并进行温度场分析；3. 叶轮在冷却过程中的变形量仿真，并进行位移场分析；4. 叶轮焊接残余应力的计算和分析，包括主应力、主应力方向、剪应力等参数的求解；5. 叶轮变形量和残余应力与焊接工艺参数（如温度、焊接速度、加热时间等）的关系分析和优化。

研究方法：在ANSYS软件平台下，利用有限元方法建立三维叶轮模型，并进行热力耦合分析和残余应力分析，采用不同的焊接工艺参数，比较分析不同方案下叶轮焊接残余应力和变形量的变化情况，并对其影响因素进行探究。

四、研究意义1. 深入了解叶轮焊接过程中的残余应力和变形量成因和规律；2. 为叶轮焊接工艺的优化提供有力支持；3. 对叶轮结构的优化及寿命提高有一定帮助。

五、计划进度第一章绪论（已完成）第二章叶轮三维有限元建模和网格划分（已完成）第三章叶轮的热力耦合分析（正在进行中）第四章叶轮的变形量仿真和位移场分析第五章叶轮焊接残余应力的计算和分析第六章焊接工艺参数对残余应力和变形量的影响第七章结论与展望六、参考文献1. 马利军. 焊接变形控制技术的研究与运用[D]. 长春: 吉林大学, 2005.2. 黄国庆. 叶轮焊接残余应力数值计算与仿真研究[D]. 青岛: 青岛科技大学, 2013.3. Doyoyo, M. Infrared thermography technique for residual stress measurement in welded components: a review[J]. Science and Technology of Welding and Joining, 2012, 17(5): 365-375.4. Yoon N K, Kim J H. Evaluation of residual stresses in a thick-walled cylinder fabricated by gas tungsten arc welding using a ring-core technique[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2006, 180(1-3): 23-29.。

涡轮分子泵叶片的结构设计与分析涡轮分子泵是一种精密高速旋转机械，在设计过程中对主轴、转子等关键件的设计作科学准确的计算、校核尤为重要。

文章阐述了借助PRO/E、PRO/MECHANICA 软件（试用版）对涡轮分子泵的涡轮叶片进行结构设计、有限元分析（应力分析及位移分析），大大提高了设计的准确率、增强了设计的可靠性及缩短了产品的研发周期。

把CAD、CAE 有效地应用于实际的产品结构设计中，将会对产品的研发起很大的作用。

涡轮分子泵是一种精密高速旋转机械系统，主要用来获得高真空和超高真空。

目前国内外飞速发展的半导体电子产业、半导体照明产业、平板显示产业、太阳能电池产业、光学元器件产业、薄膜产业推动了分子泵的快速发展；与此同时，介于时代及行业的迫切要求，在分子泵的设计过程中，一种“短周期性、高可靠性”的设计理念应运而生，然而分子泵的设计本身就是一个相对比较复杂的过程，要实现“短周期性、高可靠性”的设计理念，单凭传统的设计方法远远做不到，必须借助当今的主流CAD、CAE 软件协作方可实现。

PRO/MECHANICA 是PTC 公司开发的有限元分析软件，该软件与该公司的PRO/E 完全无缝集成，即通过PRO/E 构建的3D 几何模型，可以直接引入PRO/MECHANICA 里做结构或热力学分析，而当3D 几何结构有变更时，PRO/MECHANICA里所建立的结构或热力学分析经过简单的“分析更新”即可方便让分析结果随着更新，完全做到无数据损失，这样，PRO/MECHANICA 就能让结构设计师们将精力集中在设计工作上，在设计初期就能因为结合了分析，实时优化结构，而缩短整个设计周期，从而降低设计成本，这也是其他主流CAE 软件无法比拟的优点。

文章描述了在涡轮分子泵（以本公司研发的FF250- 250/1600 型复合分子泵为例）的设计中，以关重件之一（涡轮转片）为例，巧妙借助PRO/E、PRO/MECHANICA 软件对其进行3D 结构设计及分析，很大程度上缩短了研发周期，提高了产品结构设计的可靠性，真正实现了“短周期性、高可靠性”的设计理念。

叶轮热装有限元仿真分析王水霞【摘要】文中先用ANSYS软件建立叶轮及叶轮和主轴装配体有限元分析模型,首先根据叶轮热安装要求的变形量仿真分析叶轮的加热温度,并对加热叶轮变形的分布情况及热应力分布进行仿真分析,随后对叶轮和主轴的装配体进行有限元分析,主要仿真分析装配体冷却后叶轮和主轴的残余应力的分布,为保障转子的安装精度及可靠性提供理论依据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P146-148)【关键词】热装;仿真分析;变形;残余应力【作者】王水霞【作者单位】西安陕鼓动力股份有限公司,西安710075【正文语种】中文【中图分类】TP391.7叶轮和主轴组装成的转子构成离心压缩机的心脏，转子运行的可靠性与稳定性基本上代表了大型离心压缩机的可靠性与效率。

叶轮和主轴组装是压缩机制造过程中的重要工序，然而目前国内外有关压缩机的研究主要集中在结构强度、叶片形状优化、流道设计、可靠性分析等方面，很少涉及到压缩机转子安装过程中的工艺问题。

近年来，随着压缩机大型化的发展，叶轮结构也向大型化发展，给叶轮安装带来一系列问题[1]。

这些问题严重影响产品质量，也是压缩机稳定运行的隐患。

因此，仿真分析叶轮的热装是十分必要的。

本研究利用有限元软件仿真分析叶轮的加热温度、变形及叶轮热装后装配体的残余应力，为叶轮热装的合理性提供理论依据。

叶轮热装配是一种较为常见的装配方法，该方法可以减小装配难度，但不是所有的叶轮都适合用热装配方式。

热装配要求叶轮和主轴的耐热性能好，并要求装配后叶轮的传递转矩、传动比、转速都不受到影响。

叶轮的热装配过程是将加热后的叶轮装配在轮毂直径大于该叶轮内孔直径的轴上，是一种常用的过盈装配方法。

加热是指装配前先将叶轮进行加热，叶轮受热膨胀，内径增大、轮毂伸长，达到装配条件。

装配时叶轮轮毂一个端面贴住轴的基准端面，作为轴向定位，装配后，在环境温度中进行冷却，叶轮温度下降，叶轮产生径向和轴向的收缩，内孔缩紧抱在轴上，完成叶轮的热装配。

基于有限元的矿用潜水泵叶轮的应力与变形分析王裕清;张朋飞;李建中;张俊辉【摘要】叶轮作为矿用潜水泵的重要部件,对其进行应力及变形分析,可为提高潜水泵的性能,优化叶轮结构,指导设计生产提供参考依据.利用有限元分析软件ANSYS 13.0,从矿用潜水泵实际运行工况出发,对潜水泵叶轮在耦合载荷作用下的应力及变形情况进行分析.分析结果表明:在耦合载荷作用下,叶轮径向、周向、轴向应力以及第一主应力远小于叶轮材料强度极限;最大变形位置在叶片与叶轮外缘前后盖板之间的流道上.该分析结果有利于分析叶轮变形失效原因,校验叶轮受力及设计合理性,并且为潜水泵叶轮的优化设计提供了充分的理论依据.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】5页(P64-68)【关键词】矿用潜水泵;叶轮;耦合载荷;有限元分析;变形分析【作者】王裕清;张朋飞;李建中;张俊辉【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;纽科伦起重机有限公司河南新乡453000【正文语种】中文【中图分类】TH311(1.School of Mechnical and Power Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000,Henan,China；2.Nucleon Crane Co., Ltd, Xinxiang 453000,Henan,China)Key words：mine submersible pump； impeller；coupling load；finite element analysis；deformation analysis目前，矿山抢险排水用潜水泵的叶轮材料多为铸铁或锡青铜，质量大，转动惯量大，在长时间的抢险排水过程中需要耗费大量电能，造成许多不必要的能源浪费[1]。

应力线性化在水泵结构分析中的应用1 概述水泵作为承压部件，其设计强度与一般的压力容器有很多共同点。

因此，参照压力容器的校核准则，要保证水泵在设计压力作用下不会发生塑形失效。

应力线性化是针对压力容器设计的规范验算提供的一项计算功能。

按照容标委的规范设定一个应力分类线，然后对应力分类线上的应力强度分布进行应力分类，也就是按照力平衡原则将应力分解为线性成分和非线性成分，这些数据是进行压力容器设计校验做需要的规范数据。

在对水泵进行强度校核时，也会应用应力线性化对结构件的关键位置进行应力评定。

应力线性化原理内嵌在一些有限元软件的后处理中，能够快速实现应力评定。

本文以某型号水泵为例，对其抗震分析结果进行应力评定以作说明。

2 分类应力强度的评定压力容器规范中，应力从不同角度分类：从范围分总体应力和局部应力；按沿壁厚的分布情况分为均匀分布（薄膜应力），线性分布（弯曲应力）和非线性分布应力；按性质分为一次应力、二次应力和峰值应力。

这些应力往往相互交叉，常用的有一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、峰值应力等。

应力分析和应力分类的强度评定中通常采用第三强度理论，即最大剪应力理论。

评定时，选取穿过壁厚或者经过关键位置的评定线，即确定路径，将评定线上的应力分解为薄膜应力、弯曲应力和峰值应力，求取应力强度，按照不同准则进行评定。

如下表所示，Sm为设计许用应力，Sa为疲劳曲线得到的许用应力强度幅。

表1分类应力强度的评定３水泵应力强度评定案例水泵的第一主应力和第三主应力云图如图１所示。

图１水泵第一主应力和第三主应力云图针对水泵，应力评定只涉及总体一次薄膜应力以及局部薄膜应力与一次弯曲应力之和。

以蜗壳内隔板处沿隔板厚度作为评定路径，如图2所示。

图2水泵隔板处评定路径图3为评定路线上插值各点应力线性化曲线。

其横坐标为评定路径上的评定点与起点之间的距离，单位为ｍｍ；其纵坐标为路径上各插值点的应力强度数值，单位为ＭPａ。