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(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(jié)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*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，zui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(zhuǎn)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(jié)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(jié)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zui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(jié)果就偏于保守。
（3）計算結(jié)果分析。首*行模態(tài)分析，分析得到*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(jié)構(gòu)。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(jié)果可見，泵體大部分tresca應力在3.5～10mpa范圍內(nèi)，只是在兩側(cè)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zui大tresca應力為了31mpa。泵體的zui大變形為0.08mm，發(fā)生在入口法蘭邊緣。
入口法蘭的tresca應力分布如圖5所示，由分析結(jié)果可見，入口法蘭zui大tresca應力為53.1mpa，發(fā)生在施加接管載荷點上，這是約束導致的應力集中，屬于二次應力加峰值應力。除了這些點，大部分tresca應力為3.5~9 mpa左右。
出口法蘭的tresca應力分布如圖6所示，出口法蘭zui大tress。應力為30 mpa，發(fā)生在施加接管載荷點上，這也是約束導致的應力集中。除此之外大部分tresca應力為5-9 mpa左右。
由以上結(jié)果可知，泵體、入口法蘭、出口法蘭在自重，接管載荷，螺栓預緊力和地震載荷同時作用下都遠遠小于材料的應力極限值133 mpa，該泵的承壓部分滿足asme3級部件的要求，因此滿足了在地震下的結(jié)構(gòu)和受壓邊界完整性要求。
4、結(jié)論
（1）分析表明。該泵的動力學性能對抗震性能影響較小，可用等效靜力的方法分析抗震性能。
（2）有限元分析計算結(jié)果表明泵體所有節(jié)點應力均遠小于asme規(guī)范的要求，變形量也在要求的范圍之內(nèi)。
（3）計算中采用了放大加速度值的做法來提高地震力，計算結(jié)果表明應力能夠滿足要求，證明該泵不僅能滿足地震條件下壓力邊界的完整性，而且能滿足可運行性的要求。