欢迎访问 上海弘泱机械科技有限公司提供：一体化泵站,一体化预制泵站,一体化提升泵站,一体化污水泵站,一体化雨水泵站,一体化智慧泵房,智能截流井,一体化灌溉泵房,一体化污水处理设备,智能供水设备,换热机组

一体化预制泵站的发展时间较短,但已经被广泛应用于各种工程中,解决了在城镇排水中出现的问题。一体化预制泵站以强大的流体提升和输送能力,在城市水循环系统和正在兴起的海绵城市工程中得到了广泛的应用。目前,国内对于该设备的设计及试验尚无相关的国家标准,对于质检行业尚无相关检测规范和标准。基于国家经济社会发展大局和上海加快推进五个中心建设,以贴近政府监管、贴近产业政策和贴近国计民生为服务宗旨,以新的质检基地建设为契机,不断提升经济发展支撑能力和产品质量安全保障能力为落脚点,这一研究课题具有重大的实际意义。

笔者首先对一体化预制泵站的研究背景进行阐述,然后在理论分析基础上,通过 Solidworks 软件进行三维建模,再基于 ANSYS软件对该泵站筒体进行仿真分析,最后提出一种刚度仿真分析的方法,研究结论不仅为一体化预制泵站的优化设计及稳定运行提供参照,还可以为一体化预制泵站的筒体检测提供重要的理论依据。

相关研究

近年来,有许多科研人员和学者对一体化预制泵站的应用和结构进行了探索。尤鑫"通过研究总结了体化预制泵站的优势,改善了传统污水泵站施工周期长、工作环境差、重复利用性差、建设成本高等缺点。候宏林9结合泵站引、排、灌的一体化建设,指出泵站的一体化设计施工能够合理地减少占地、优化泵站建设方案、缩短建设周期及节约泵站的投资成本。孟凡有中等从筒体有效容积及其内部扬程损失、抗浮设计及校验、基础螺栓选用以及筒体结构强度等方面,详细介绍了一体化预制泵站的选型设计及施工注意事项。张建立"结合一体化预制泵站的机构和运行特点,设计了一套包含一体化泵站在内的通道积水自动排除系统,从而解决了低路堤设计所带来的下挖通道排水问题。徐雁翔总结了在泵站设计中应用有限元分析，可以弥补传统理论公式的不足,同时结合生产实际,给出了合适的刚性环宽高比。王默从不同水泵安装位置、泵坑形状、导水锥几何尺寸三个方面分析了一体化泵站几何参数对水力性能的影响。

结构

一体化预制泵站主要由玻璃钢筒体、污水污物排水泵组、阀门、管道、提升装置、格栅、控制系统、检修平台、通风系统等组成,格栅一般有粉碎格栅或提篮格栅。目前,一体化预制泵站刚度分析的研究存在以下问题。一方面是泵站太大,实际试验难度高,局部的刚度试验不具有实际参考性价值,同时泵站的刚度试验不仅是破环性试验,试验成本大。另一方面,国内暂无与之对应的设计规范和产品标准,同时企业在实际设计生产中,往往因没有统一设计规范,忽略了简体刚度测试的重要性。对此,笔者以上海某给排水设备公司提供的 YOP12-34-D-G一体化预制泵站为例,建立筒体直径为1200 mm,高为3 400 mm 的一体化预制泵站模型,对其进行理论分析、有限元分析,校核其刚度,并提出一种刚度仿真分析的方法。一体化预制泵站结构如图1所示。

理论分析

一体化预制泵站的应力由筒底至筒顶逐渐减小，其应变则逐渐增大。随着工作水位和安装高度的上升,简体最大应力下降。随着安装高度的上升,简体最大应变减小!。一体化预制泵站的主要原材料为玻璃钢,因此一体化预制泵站的刚度分析主要是针对玻璃钢筒体的刚度分析。玻璃钢材料参数见表1。笔者以粉质黏土进行土压力的计算。

建模

计算机辅助工程应用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导三维多体接触、弹塑性等力学性能,进行结构性能的优化设计,是一种近似数值分析方法。计算机辅助工程软件应用至今已有50多年的发展史,不仅理论技术成熟,而且应用技术广泛,现已成为工程和产品结构分析必不可缺的数值计算工具,并且也是有限元分析力学各类问题的一种手段。

对一体化预制泵站进行实测后,使用SolidWorks三维软件对实物泵站进行建模,三维模型如图2所示有限元分析模型如图3所示。对结构部件进行自适应网格划分,网格划分结果如图4所示。

应力分析

静应力的分析需对物体施加约束和载荷,根据一体化预制泵站实际固定方式,对底座约束部位添加固定约束,如图5所示。

根据一体化预制泵站的实际受力情况,规定竖直向下为重力加速度方向,即-%方向,在筒体和底座的外壁施加载荷。

将沙土看作具有流动性,沙土对筒体外部的压力P 与预埋深度h 有关,为:

P,=p₁g₁h,

式中：ρ１ 为沙土密度，取 １ ９００ ｋｇ ／ ｍ ３ 。 沙土对筒体壁面和底座底面施加载荷，筒体荷载 后的应力分布云图如图 ６ 所示。 由图 ６ 可见，筒体外 壁面受力自上而下逐渐增大，筒体外壁面接近底座处 受到的应力最大，为 ０． ０５８ ０１５ ＭＰａ。 筒体内部有水时，筒体内部受到的压力Ｐ２与水的深度 ｈ２ 有关，为： Ｐ２ ＝ ρ２ ｇｈ２ （２） 式中：ρ２ 为水的密度，取 １ ０００ ｋｇ ／ ｍ ３ 。 筒体加水至启泵液位，高度为 ３ ４００ ｍｍ，水对筒 体壁面和底面施加载荷，筒体壁面荷载后的应力分布 云图如图 ７ 所示。 由图 ７ 可见，筒体壁面受力自上而 下逐步增大，筒体壁面接近底座处受到的应力最大，为 ０． ０３０ ０２３ ＭＰａ7

刚度分析

刚度指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力,是材料或结构弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量来衡量。在宏观弹性范围内，刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数,即引起单位位移所需的力。刚度的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。通常采用材料在一定受力下的变形量大小来校核材料的刚度是否满足要求。简体在不同条件下的变形云图如图8所示当筒体内部为空筒时,简体最大变形量为3.8733mm。当筒体内部为水时,简体最大变形量为5.8658mm。

筒体的最大变形量与简体尺寸相比极小,即筒体刚度满足要求。

第二强度理论认为材料破坏的主因是最大伸长应变,当达到拉伸极限时材料会出现断裂。简体外部为沙,内部为水时的等效应变云图如图9所示,最大等效应变出现在进口管道和底座附近区域,最大等效应变值为0.0050089.与筒体相比变化极小，不会出现断裂的危险。

简体外部为沙,内部为空筒时的等效应变云图如图10所示,最大等效应变出现在进口管道和底座附件区域,其值为0.003 3151,与简体相比变化极小,不会出现断裂的危险。

结束语

笔者通过理论计算,得到一体化预制泵站玻璃钢简体的最大主动压力小于玻璃钢材料许用应力,符合刚度要求。基于一体化预制泵站三维模型,通过有限元分析,并刚度校核,一体化预制泵站筒体的最大变形量为5.865 8 mm,最大等效应变为 0.005 008 9.与筒体尺寸相比极小,简体刚度合格。企业可以在不同的筒体厚度和材料下,通过有限元分析进行刚度仿真,获得最大许用应力,通过与材料许用应力比较,获得一个参考值,进而反推出筒体厚度的合适值。