减压塔底泵是炼油装置中的关键设备，基于流固耦合的有限元分析方法可以检验泵体的可靠性。对泵体的强度分析包括计算泵体的应力值与泵体的总变形量。BHONE等利用试验技术和有限元分析方法分析了离心式通风机叶轮的应力、噪声及流动状态等；GAMEZ-MONTERO等利用有限元法研究了齿轮泵作为液压器械工作时的接触应力特性ASL等利用试验和有限元软件，通过建模、结构静力分析、优化几何构型的方法优化离心泵蜗壳结构；周俊等采用有限元分析软件ANSYS，对某型号泵体进行了参数化模型的建立以及应力计算和分析；黄敬贺等提出了如何提高应力应变测试精度、减少测量误差的方法；PENG等利用有限元分析方法，对大型离心泵做了强度分析方面的研究。计算结构应力采用ALE描述方法。对泵体的强度分析以对减压塔底泵外特性试验为基础，采用将CFX软件与ANSYS Workbench软件结合使用的单项流固耦合计算方法。通过对泵体进行强度分析来验证其设计的合理性和检验泵体的可靠性，预计结果为所计算的泵体最大等效应力值小于材料2Cr13的强度极限值。该研究可以为泵体的结构优化设计提供一定的理论依据。
      研究的减压塔底泵结构如图所示，首级为双吸双蜗壳，次级为单吸单蜗壳，泵体结构较为复杂。设计参数如下：流量qV=405.6 m3/h，扬程H=280 m，转速n=2 960 r/min，介质温度θ=360℃，密度ρ=799.5 kg/m3。
      采用pro/Engineer软件对泵系统进行实体造型。水体造型如图所示，包括首级吸水室水体、首级前泵腔水体、首级叶轮水体、首级后泵腔水体、首级蜗壳水体、中间流道水体、次级吸水室水体、次级前泵腔水体、次级叶轮水体、次级后泵腔水体、次级蜗壳水体。泵体造型如图所示。
      采用ICEM-CFD软件对高温泵水体进行网格划分。水体网格如图所示，首、次级前后泵腔采用结构化六面体网格，其他部分采用非结构化四面体网格，网格数为3526556。泵体网格如图所示，采用Workbench的网格自动划分功能自动生成，网格数为1285182。泵体内部全流场定常数值模拟控制方程由连续性方程和动量方程组成，忽略流体密度变化，且假设流动中无热量交换，不考虑能量守恒方程。
      目前涡粘模型中应用最广泛的是双方程模型，其最基本的模型是标准k-ε模型，选用标准k-ε双方程湍流模型。
      泵内部流场定常数值模拟中，出口设定为压力出口，压力值为2.1795 MPa；固体壁面取无滑移边界条件，近壁处采用标准壁面函数法，同时根据实际情况设定壁面粗糙度。流体和固体区域间的相互作用通过Frozen Rotor Interface进行传递，网格的关联采CFX软件的GGI方式。
      流固耦合数值模拟中，泵体结构的材料为2Cr13，材料特性包括密度7750 kg/m3，弹性模量206 GPa，泊松比0.3。设置6个流固相互作用面，包括泵体与首级吸水室相接触表面、泵体与首级蜗壳相接触表面、泵体与中间流道相接触表面、泵体与次级蜗壳相接触表面、泵体与首级后泵腔相接触表面、泵体与次级前泵腔相接触表面。
      由于篇幅原因只对设计工况下的泵体应力云图和总变形云图进行分析，设计工况下泵体等效应力分布云图如图所示。泵体所承受的应力值大部分在0～120 MPa，总共有九处部位所承受应力值在120 MPa之上：竖支撑板与中间流道的接触部位；中心支撑板靠近竖支撑板部位；首级吸水室与首级蜗壳连接部位；中心支撑板与首级蜗壳连接部位；次级蜗壳第四断面附近的流道；次级蜗壳第八断面上方的流道；泵体与轴承接触位置；中间流道靠近首级叶轮部位；泵体与轴接触面靠近次级叶轮部位。



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