鍋爐給水泵前置泵結(jié)構(gòu)可靠性分析

【摘要】介紹了兩種吸入形式鍋爐給水泵前置泵的結(jié)構(gòu)特點，對鍋爐給水泵前置泵殼體進行了穩(wěn)態(tài)熱分析、瞬態(tài)熱分析和穩(wěn)態(tài)熱分析+結(jié)構(gòu)分析，給出了上進上出殼體與上進下出殼體應(yīng)力評定結(jié)果與比較。

【關(guān)鍵詞】前置泵；殼體；可靠性分析

引言

一般大型鍋爐給水系統(tǒng)由主給水泵與前置泵組成，前置泵為主給水泵提供一定的壓力，以滿足主給水泵較高的必需汽蝕余量。通用大型前置泵為單級雙吸兩端支撐、徑向剖分臥式蝸殼式離心泵，有上進上出和上進下出兩種結(jié)構(gòu)，見圖一、圖二，上進下出結(jié)構(gòu)泵殼與泵座之間以導(dǎo)向鍵固定，以適應(yīng)熱膨脹和保證檢修。本文皆在通過商業(yè)ANSYS軟件對兩種結(jié)構(gòu)殼體進行強度分析，比較兩種結(jié)構(gòu)在設(shè)備運行中的穩(wěn)定性。

1、前置泵參數(shù)

一臺600MW鍋爐用50%容量前置泵參數(shù)：流量Q=1200m?/h揚程H=75m效率η=82%。轉(zhuǎn)速n=1485r/min必須汽蝕余量NPSHr=6m介質(zhì)溫度T=210℃

2、殼體模型設(shè)計與網(wǎng)格劃分

2.1殼體模型設(shè)計與網(wǎng)格劃分。利用SOLIDWORKS對兩種結(jié)構(gòu)的殼體進行三維空間造型，然后分別導(dǎo)入ANSYS軟件中用Mesh模塊進行網(wǎng)格劃分，針對殼體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的特點，采用三維非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格劃分，上進上出結(jié)構(gòu)殼體網(wǎng)格數(shù)為317065，節(jié)點為514897，上進下出結(jié)構(gòu)殼體網(wǎng)格數(shù)為359790，節(jié)點為580483。

2.2邊界條件與載荷的確定。有限元分析時，其約束條件選取為殼體支腳支撐約束其三個方向的位移，殼體進出口承受2倍的管口力矩，殼體內(nèi)腔承受1.0MPa的壓力，殼體內(nèi)腔的溫度為210℃，外壁與大氣接觸。上進下出結(jié)構(gòu)泵殼吐出管與泵座之間以導(dǎo)向鍵固定，可以沿進出口方向滑動。材料選用ZG230-450，彈性模量為211.7GPa，密度為7830kg/m?，抗拉強度極限為450MPa。

3、計算結(jié)果與分析

利用ANSYS軟件對兩種結(jié)構(gòu)的殼體進行分析，結(jié)果如下：

3.1穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力分析

（1）熱載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力。通過計算可以看出，在殼體單獨受210℃的溫度影響下，兩個結(jié)構(gòu)的殼體支腳與泵蓋法蘭連接部位均存在著較高的應(yīng)力水平，且上進上出結(jié)構(gòu)略高于上進下出結(jié)構(gòu)。（2）載荷所產(chǎn)生的變形。通過計算可以看出，在殼體單獨受210℃的溫度影響下，兩個結(jié)構(gòu)的殼體進出口法蘭部位總體變形位移比較大，且上進上出結(jié)構(gòu)大于上進下出結(jié)構(gòu)，致使機組在熱運行時，管路所產(chǎn)生的力矩上進上出結(jié)構(gòu)大于上進下出結(jié)構(gòu)。

3.2穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力+2倍管口力矩+1.2MPa內(nèi)靜壓力

通過計算可以看出，在殼體承受210℃，進出口法蘭承受2倍的管口力矩，殼體內(nèi)腔承受1.2MPa靜壓的情況下，兩個結(jié)構(gòu)的殼體支腳與泵蓋法蘭連接部位均存在著較高的應(yīng)力水平，且兩個結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力基本一致。

3.3瞬態(tài)熱應(yīng)力分析

通過計算可以看出，在殼體瞬間受到210℃的高溫時，上進下出結(jié)構(gòu)殼體所受應(yīng)力水平均高于上進上出結(jié)構(gòu)且應(yīng)力越大的部位應(yīng)力值相差越大。

3.4應(yīng)力評定結(jié)果

從上面的分析可以看出，同一殼體在承受不同載荷的作用和上進上出殼體與上進下出殼體承受同一載荷的作用時，高水平應(yīng)力的部位是不同的，所產(chǎn)生的危險截面和危險點的位置是不同的。

4、結(jié)語

（1）基于ANSYS有限元強度分析，可以比較準(zhǔn)確的了解殼體的應(yīng)力和位置，從而找到危險截面和危險點的位置，進行較精確的強度計算。（2）可以通過ANSYS有限元強度分析，可以為殼體優(yōu)化設(shè)計和工藝強化設(shè)計提供參考依據(jù)。

參考文獻

[1]沈陽水泵研究所.葉片泵設(shè)計手冊.北京.機械工業(yè)出版社.1983

[2]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵理論與設(shè)計.北京.中國宇航出版社.1995

作者簡介

王燕鑫：出生年：1988年；籍貫：甘肅；最高學(xué)歷：大學(xué)本科；目前職稱：助理工程師；研究方向：水力機械.