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1、第25卷第4期武汉工业学院学报Vol.25No.42006年12月JournalofWuhanPolytechnicUniversityDec.2006文章编号:1009-4881(2006)04-0023-03高压往复泵填料函的失效分析及改进李栋,张麟(武汉工业学院机械工程系,湖北武汉430023)摘要:填料函是高压往复泵的密封部件,改进前,填料函与泵体连接处榫面上频繁发生断裂的现象直接影响了高压往复泵的运行寿命。经过对填料函建模,并进行ANSYS有限元力学分析,在此基础上对填料函结构进行了改进,增加了一个缓冲环
2、和一个密封垫,改进后的填料函在生产使用中得到了比较理想的效果。关键词:高压往复泵;填料函;有限元;分析;改进中图分类号:TS235.2文献标识码:A填料函原材质0Cr18Ni2Mo2Ti不变,而从填料函结构0引言方面进行改进的方法。高压往复泵是化工行业中普遍使用的化工设1填料函的失效分析备,其主要作用是用来把液态工作介质从低压系统或中压系统输送到高压系统指定位置,是化工系统1.1高压往复泵填料函造成断裂的原因液态工作介质的动力设备,有化工系统的心脏之称。高压往复泵与填料函装配情况如图1所示。在在工作中,由于液体反复
3、冲击,引起泵头的剧烈振工作中,由于高压往复泵是用间歇运动实现液态介动,造成填料函与泵体连接处榫面上频繁发生断裂质输送的,这就造成了输送液体的波动冲击,在系统的现象。经调研发现,这个问题在化工行业普遍存不稳定的情况下,由于液体的反复冲击会引起泵头在。理论上填料函的使用寿命至少在一年以上,但的剧烈振动,造成填料函与泵体连接处榫面上发生更换上的新填料函实际使用时间只有60～90d。而断裂的现象。在对失效的高压往复泵填料函进行分每次更换填料函,所需备件费用:填料函10000元/件,填料400元,导向套300元。由于更换一次
4、填料函要动用电、气焊,还要把装好的填料函(近250kg)用天车吊上吊下,很费工时,且易碰伤维修工人。因此,在顺利情况下检修时间需用0.5d。这不仅造成生产线停产,检修时部分半成品介质需图1改进前高压往复泵与填料函装配简图排放,也会对环境造成污染。因此,解决填料函与泵析时发现,断裂的填料函榫面上的裂纹大多数是沿体连接处榫面上的发生断裂现象的问题,提高填料根部的径向走势,依据裂纹分析的应力原则和强度函的使用寿命,成了化工企业亟待解决的问题。[2]原则,可知导致径向裂纹形成的主要原因是垂直目前,在解决高压往复泵填料函的失
5、效问题上,于裂纹的主拉伸力或弯曲应力所致。而断裂的填料大多是从填料函材质方面进行改进,相关改进措施[1]函腐蚀情况并不严重,说明现有材质已具有较好的是把填料函改用00Cr25Ni6Mo2N材料。在对填料耐腐蚀性。显然,在保持填料函原材质不变的情况函进行ANSYS建模分析的基础上,本文介绍了保持下,可考虑从填料函结构方面进行改进,来解决填料收稿日期:2006-06-30作者简介:李栋(1975-),男,河南省平顶山市人,研究生。24武汉工业学院学报2006年函榫面上的断裂问题。其加工为一个单独的零件,命名为缓冲环,把
6、原填料1.2对填料函改前建模进行有限元分析函榫镗掉,并按泵头上原尺寸镗为深10mm宽在高压往复泵正常运行及系统打量不稳定、振10mm的环槽,缓冲环按原填料函榫尺寸加工为宽动剧烈的情况下,实地测试得填料函榫面上受力在20mm外径φ140mm内径φ120mm。这样,将填料0～1.45MPa之间变化。根据填料函的对称性,对函改为两个零件。改进后的填料函破裂的机率就至填料函结构(见图2)进行简化建模,使用ANSYS对少降低了一半,如缓冲环破裂,更换时也不用动用电模型进行网格剖分如图3所示,并在填料函受最大焊和气焊及天车,只
7、需把填料函和泵头之间拉开适激振力的情况下进行有限元分析,应力分布如图4当间隙,取出缓冲环及两侧的聚四氟乙烯密封垫进所示。行更换即可,这样就大大降低了维修费用,缩短了维修时间,减小了劳动强度。图5虚拟改进后填料函建模有限元网格剖分图图2改进前填料函建模结构图图6虚拟改进后填料函应力分布图图3改进前填料函建模有限元网格剖分图注:负号表示所受力为压应力,正号或省去表示所受力为拉应力。从改进后的填料函结构的虚拟建模受力分析可以得出,填料函槽外侧末端径向变形的最大位移位为0.03mm,减小为改进前结构变形的一半;在填料函榫根
8、部外侧所受最大拉应力为164MPa,在填图4改进前填料函应力分布图料函榫根部内侧所受最大压应力为154MPa,比改注:负号表示所受力为压应力,进前填料函所受最大应力降低了近100MPa。由此正号或省去表示所受力为拉应力。可见,按此措施改进后可改善填料函受力分布状况,由图4可看出,填料函榫末端径向变形最大位延长了填料函的使用寿命。移为0.0588mm,在填料函
