現(xiàn)代水泵數(shù)值模擬和分析技術都是以水泵的全三維造型為基礎，因而研究水泵的全三維造型具有重要的意義。在傳統(tǒng)的泵強度和抗震性能分析中，一般都采用殼單元，按統(tǒng)一的厚度進行簡化計算，但實際上泵殼各部分的厚度是不均勻的，因此使用統(tǒng)一厚度的殼單元對泵進行計算分析是一種近似，這就勢必會影響分析結果的精度。
雙吸式離心泵具有渦室形狀復雜，多流道等特征，其三維造型和性能分析涉及到的問題較多，在泵的三維造型和分析中具有普遍性。本文針對某型號雙吸式離心泵進行了全三維造型，并按照有關規(guī)范要求對其進行了抗震性能分析。分析結果表明，該泵能夠滿足相關規(guī)范的要求。
1、泵的使用情況
該泵為單級、雙吸、中開式離心泵，泵體和電動機分別通過4個M36的螺栓固定于機座上，泵吸入和吸出口方向均為水平軸向。額定轉速為1500r/min，設計壓力為O.8MPa，介質(zhì)溫度為45℃。泵體材料為18Cr8Nio泵機組安裝于地下室一7.5m標高上，水泵安全等級為3級，電動機安全等級為1E級，泵/電機機組的抗震類別為Ⅰ類。
2、三維模型的建立
為保證計算結果的準確性，本文使用PrO/E軟件根據(jù)制造廠商提供的實際泵尺寸，建立了和實際泵完全一致的全三維模型。三維造型中的關鍵是曲線曲面的數(shù)學表述問題，在該雙吸式離心泵三維造型中，采用了非均勻有理化B樣條的方法。
建立泵體輪廓模型時，首先利用描點法生成各截面上的關鍵點，然后利用NURBS法生成截面的輪廓，最后運用掃描成型功能得到泵體模型，泵的入水口和出水口部分采用簡單的旋轉生成。圖1為根據(jù)圖紙建立的泵體全三維模型。
3、有限元分析
(1)有限元網(wǎng)格的劃分。實體建模后，將模型導入有限元前后處理軟件MSC/MARC中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為八節(jié)點四面體單元，共有16724個單元，26183個節(jié)點。有限元模型如圖2所示。它包含了泵體和出入口法蘭。泵體內(nèi)的水的質(zhì)量被平均分配到泵體上。
(2)載荷約束條件。泵模型的底座與一塊鋼板剛性相連，在泵內(nèi)部存在著大小為0.8MPa的內(nèi)壓，入口和出口的法蘭面上承受螺栓預緊力，螺栓預緊力包括密封法蘭所需的力和平衡內(nèi)壓所需的力，而且在法蘭密封面上承受密封所需的力。
在泵的出水口和入水口各有一組接管力，接管載荷的大小如表1所示。對于接管力的施加，其力的部分，采用對法蘭平面上的結點平均分配力的方法進行施加。而對于接管力的力矩部分，以力偶形式加在結點上。
對于地震載荷的施加，可以根據(jù)泵安裝廠房一7.5m標高的SSE地震樓層譜進行確定，使用時應再乘以1.5的系數(shù)。其反應譜最大加速度X方向為0.8g，Y方向為0.8g, Z方向為0.5g， g為重力加速度，為9.8m/s2。在實際計算中，3個方向都按1.5g給定，這樣計算結果就偏于保守。
(3)計算結果分析。首先進行模態(tài)分析，分析得到第一階整體振動模態(tài)的頻率為54Hz，超過33.4Hz，故知設備為剛性結構。因此泵體的抗震分析可以采用等效靜力法進行分析。
泵體的Tresca應力分布和變形狀況如圖3、4所示，由分析結果可見，泵體大部分Tresca應力在3.5～10MPa范圍內(nèi)，只是在兩側的約束點處Tresca應力達到了53.1MPa，這是約束導致的應力集中，屬于二次應力加峰值應力。如果不考慮應力集中，泵體最大Tresca應力為了31MPa。泵體的最大變形為0.08mm，發(fā)生在入口法蘭邊緣。
