基于遗传算法的干气密封双向槽统一模型与参数优化

通过提出表征能力更强的新型结构模型和引入全局寻优能力更强的智能优化算法以提高双向旋转槽干气密封的稳态密封性能。在综合分析国内外干气密封典型双向旋转槽结构特点的基础上，提出一种动压槽倾角可变的双向旋转槽统一模型。建立双向旋转槽干气密封的几何模型和数学模型，采用有限差分法求解端面膜压控制方程，获得开启力和气膜刚度等稳态性能参数。分析了动压槽倾斜角对干气密封稳态性能的影响规律，对比分析了不同速度条件下单因素优化、迭代优化和遗传算法优化等三种优化方法对提高双向旋转槽干气密封稳态性能的作用。结果表明：相较于以往双向树形槽干气密封单因素优化的结果，基于遗传算法的统一模型槽干气密封获得的开启力和气膜刚度显著提高，最大增幅分别达到6%和55%；在高速条件下，上游动压槽螺旋角为锐角，下游动压槽螺旋角为钝角的似机翼形双向旋转槽干气密封具有最大的开启力和气膜刚度。     

中低压干气密封螺旋槽结构参数优化

基于完全析因设计方法,开展中低压干气密封端面螺旋槽几何结构参数优化.基于气体润滑理论,对中低压条件下螺旋槽干气密封的动压开启力增长率、气膜刚度和刚漏比等密封特性参数进行分析,获得了中压和低压条件下螺旋槽几何结构参数的优选值范围,提出"螺旋槽干气密封特性参数优化带".结果表明:特性参数优化带能较好地反映螺旋槽干气密封在不同压缩数下的最优性能水平;在中低压高速条件下,当螺旋角b=10°～25°,槽深h_g=5～10 mm时能获得较优的密封性能;当槽坝比a_g=1.5～4.0,槽长宽比l=2～8时能获得较好的动压效应和轴向气膜稳定性;当槽坝比a_g=0.7～1.5,槽长宽比l=2～5时能获得较好的综合密封性能.     

干气密封槽型参数的优化及其数值模拟

利用多目标优化方法,构建气膜刚度与泄漏量之比的协调函数,应用maple软件对该目标函数进行近似求解,获得最佳螺旋槽几何参数和密封性能参数.采用CFD软件数值模拟方法,建立流场的几何模型,根据所得进行内平衡计算和密封性能的校核.通过对一个串联式泵用于气密封系统的实例设计,证明可以用该方法进行干气密封系统的优化设计及数值模...     

单列双向螺旋槽干气密封的性能研究

采用商业CFD分析软件FLUENT,对一种能实现双向旋转的单列螺旋槽干气密封端面流场进行数值模拟。应用层流模型、SIMPLE算法,计算密封端面的压力分布、开启力、泄漏量,与单向螺旋槽干气密封性能进行对比分析。结果表明该密封具有较好的动压效应和较小的泄漏量,并克服了普通螺旋槽只能单向旋转的缺点,对该类螺旋槽干气密封的进一步优化设计有一定的指导意义。     

螺旋槽干气密封

介绍螺旋槽干气密封的操作原理以及可行的密封布置，讨论密封对操作条件变化的补偿原理，并说明其优点和应用。     

基于微段组合的干气密封端面型槽结构模型及其参数影响

为解决现有干气密封端面型槽型线方程表征能力不强和结构参数定义体系不统一的问题,提出了一种基于径向微段组合以表征任意形状型线的广义对数螺旋槽结构模型。给出了广义对数螺旋槽结构参数定义体系,对比了不同压力和速度条件下广义螺旋槽与经典螺旋槽干气密封的开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能,重点研究了广义螺旋角分布和型线周向偏转两个特征量对干气密封性能的影响,基于不同目标函数获得了广义螺旋槽的最优形状。结果表明：型槽上游侧壁型线形状对各项稳态性能参数均有显著影响,而下游侧壁型线形状仅对泄漏率和气膜刚度影响显著;经典对数螺旋槽是一种流体动静压效应很强的端面结构,单纯依靠型线优化难以使气膜承载力显著提高,不过在低压高速条件下优化广义螺旋角分布,在高压低速条件下合适设置型线周向偏转有望提高干气密封的气膜刚度和刚漏比。     

干气密封螺旋槽几何参数优选交互影响

为解决干气密封（DGS）端面型槽优化中未考虑型槽几何参数之间对目标函数交互影响而导致几何参数优化结果不准确的问题,研究了不同速度条件下DGS螺旋槽中其他几何参数对某一几何参数优选值的交互影响。基于气体润滑理论,建立了螺旋槽DGS的几何模型和数学模型,数值求解获得端面膜压分布和稳态性能参数,定义了综合表征螺旋槽几何结构的特征参数。以气膜刚度最大为优选目标,获得了不同速度条件下DGS螺旋槽中某一几何参数优选值随其他几何参数的变化规律。结果表明：DGS螺旋槽各几何参数两两之间呈现出复杂的交互影响关系,不过总体符合趋向于降低槽内实际通流面积、槽长宽比和槽长深比3个综合参数变化幅值的原则;与单因素优化方法相比,在给定算例参数条件下所提出的考虑几何参数交互影响的优化方法所获得气膜刚度最优值提高11.4%。     

干气密封螺旋槽几何参数优选交互影响

为解决干气密封(DGS)端面型槽优化中未考虑型槽几何参数之间对目标函数交互影响而导致几何参数优化结果不准确的问题,研究了不同速度条件下DGS螺旋槽中其他几何参数对某一几何参数优选值的交互影响。基于气体润滑理论,建立了螺旋槽DGS的几何模型和数学模型,数值求解获得端面膜压分布和稳态性能参数,定义了综合表征螺旋槽几何结构的特征参数。以气膜刚度最大为优选目标,获得了不同速度条件下DGS螺旋槽中某一几何参数优选值随其他几何参数的变化规律。结果表明:DGS螺旋槽各几何参数两两之间呈现出复杂的交互影响关系,不过总体符合趋向于降低槽内实际通流面积、槽长宽比和槽长深比3个综合参数变化幅值的原则;与单因素优化方法相比,在给定算例参数条件下所提出的考虑几何参数交互影响的优化方法所获得气膜刚度最优值提高11.4%。     

乙烯三机干气密封设计参数优化

乙烯生产中三台离心压缩机(乙烯三机)运行是否平稳,直接影响乙烯生产的能耗和效率。而其中密封设备的性能直接影响压缩机运行周期的长短。干气密封技术的应用为乙烯三机的可靠性和高效率提供了保证,干气密封的应用堪称乙烯装置压缩机密封的革命性进步。文章针对乙烯三机干气密封提出新型J20槽型,基于CFD方法计算端面微间隙流场的压力及温度分布,并以静环力学平衡方程为收敛判据,对J20槽型的参数进行优化,同时验证了J20槽型在乙烯三机上应用的可靠性。最后通过数值仿真技术和长达200 h的累积实验,证明J20槽型干气密封装置在乙烯三机上实施是有效可行的。     

双列燕尾槽干气密封结构参数对密封性能的影响

从计算流体动力学出发,采用Fluent软件对双列燕尾槽端面流场进行了数值模拟,研究了密封端面主要结构参数,如槽深、燕尾燕身比、槽台比、槽数等对其最大压力、泄漏率、开启力及摩擦功率等的影响规律。结果表明,燕尾槽槽尾尖角处的锐利程度直接影响动压效应,决定密封效果;槽区比例越大,动压效果越好;迎风面尖角处的减压影响区与背风面尖角处的增压影响区的尖角效应相叠加,会削弱整体动压效应。     

基于CFD的螺旋槽干气密封气膜刚度的计算

应用Gambit软件建立三维螺旋槽干气密封模型,并对其进行网格划分。在相同特定工况下,运用Fluent软件对6种不同气膜厚度的螺旋槽干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到其流场的压力分布及径向压力分布。通过不同厚度的气膜所产生的动压来获得它们的气膜推力,再利用最小二乘法则拟合得到了气膜推力关于气膜厚度的解析式,求得气膜刚度。结果表明,气膜刚度是关于气膜厚度的负指数函数,通过与试验进行对比,证明了利用此函数来求解气膜刚度是正确的。     

螺旋槽干气密封端面间气膜特性

螺旋槽干气密封是一种新型的非接触式机械密封,它具有介质泄漏量少、端面磨损小、能耗低、运行寿命长和可靠性高等优点.采用有限元法对螺旋槽干气密封端面间气体的流动过程进行了数值模拟研究,得到了端面间气膜的压力分布规律并对主要的密封性能参数——开启力、端面摩擦力、摩擦功耗、轴向刚度以及泄漏量进行了计算,最后,探讨了操作参数和端面槽形几何参数对密封性能的影响.研究结果为螺旋槽干气密封的设计提供了有益的参考.     

转速压力对T型槽干气密封槽型几何结构参数优选值的影响

T型槽干式气体端面密封（T-DGS）已被广泛应用于石化、化工用离心压缩机轴端密封中,但是目前缺少系统的设计理论与方法,因此也难以对T-DGS失效进行实质性分析研究。基于气体润滑理论模型,采用有限单元法求解控制密封端面间气体流动的雷诺方程,以最大气膜刚度为几何结构参数优选目标,分析了不同压力及转速条件下开启力、泄漏率和气膜刚度等密封性能参数随T型槽几何结构参数的变化规律。结果表明：转速对T型槽的型槽几何周向比α1、槽宽比α2和槽深hg优选值产生较大影响,对径向比β1和槽长比β2优选值的影响可以忽略不计;转速越高,密封性能参数达到最大值时所对应的α1和hg优选值越大,而所需要的α2优选值越小。密封压力对T-DGS的α1、β1及hg的优选值都将产生一定的影响,对α2和β2优选值的影响可以忽略不计;压力越高,密封性能参数对上述5个型槽几何结构参数的敏感度越小,且α1和hg的优选值越小,β1的优选值越大。研究结果为T-DGS在不同操作条件下的实际设计与应用提供了理论依据。     

CFD软件对螺旋槽干气密封的模拟

采用了通用计算流场分析软件fluent,使用gambit软件建立三维计算模型并划分网格。基于三维N-S方程,选用RNG K-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对螺旋槽气体密封的三维流场进行了数值研究。通过验证。表明流场的数值计算结果与文献中的试验值吻合较好,模拟了气膜场的压力分布。对进一步研究具有指导意义和实用价值。     

螺旋槽干气密封静环的变形分析

在高压下运行的螺旋槽干气密封,静环端面将会产生较大的轴向位移,对3~5μm厚的气膜稳定性影响至关重要。应用ANSYS软件对螺旋槽干气密封静环建立有限元模型,进行力变形和热力耦合变形分析。研究结果表明:在力单独作用下,静环端面轴向变形随着半径呈近似线性变化,在内径处产生最大轴向压缩位移;热力耦合作用下,静环端面轴向变形随着半径呈非线性变化,同样在内径处产生最大轴向压缩位移。但在两种工况下,端面最大变形量都没有超过密封时气膜厚度,对气膜稳定性没有影响,所以对整个螺旋槽干气密封系统的密封性能没有影响。     

基于Kriging模型与遗传算法结合的RHCM成型工艺参数优化

为了提高高光无痕注塑成型(rapid heat cycle molding,RHCM)制品综合品质,提出了一种基于Kriging模型与遗传算法(genetic algorithm,GA)结合的工艺参数优化策略.将该策略应用于某空调柜机出风面板成型,以正交实验法规划实验,通过CAE分析获取实验样本数据,借助数据归一化法、线性加权法、直观分析法等数据处理方法,得到了对RHCM成型影响显著的工艺参数依次为保压时间、冷却时间、熔体温度、加热时间.然后引入Kriging建模理论,建立了RHCM成型制品综合品质与主要成型工艺参数的近似模型,采用GA对建立的近似模型在可行解空间搜寻最优解.得到的最优工艺参数为:加热时间36.9 s,熔体温度182.9℃,保压压力88.5 MPa,冷却时间51.3 s.最后,通过CAE分析和生产试制分别验证了该优化策略的可行性和合理性.     

基于迹线的拟合曲线槽干气密封气膜流场的性能研究

对螺旋槽中间面的中间线上的流体迹线进行拟合,将该拟合曲线作为干气密封的槽型线,建立拟合曲线槽三维立体模型,运用Fluent软件对该拟合曲线槽在干气密封特定工况下(压力为0.50MPa、转速为3kr/min)的最大压力、泄漏量进行数值模拟和分析,并与螺旋槽进行比较。研究结果表明:在相同工况下拟合曲线槽的最大压力为0.60MPa,螺旋槽的最大压力为0.55MPa;拟合曲线槽的泄漏量为8.0×10-3m3/h,螺旋槽的泄漏量为9.6×10-3m3/h。拟合曲线槽和螺旋槽相比,其动压效果更好,泄漏量更小,在工程上可以考虑用拟合曲线槽代替螺旋槽实现更好的密封效果。     

基于响应面模型与遗传算法的空气喷涂工艺参数优化

为提高空气喷涂漆膜厚度的均匀性,提出一种基于响应面模型和遗传算法结合的优化方法。以铁板为基材,以漆料黏度、喷涂距离、喷枪移动速率、雾化气压、扇面气压和流量气压作为影响某白色聚氨酯面漆均匀度(即厚度标准差)的主要工艺参数,按正交实验法获取实验样本数据,得到关于漆膜厚度和均匀度的多项式回归响应面模型。然后运用遗传算法,以一定漆膜厚度为约束,对均匀度响应面模型进行寻优求解,并与正交实验喷涂结果进行对比。结果发现,喷涂工艺参数优化后的漆膜均匀度提高了6%～33%。运用响应面模型与遗传算法对漆膜均匀度进行单目标优化,提高了优化效率和漆膜均匀度,为之后的机器人喷涂工艺参数设置提供了有效的优化方法。     

螺旋槽干气密封微尺度气膜的温度场计算

螺旋槽干气密封在高压、高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而使运行不稳定和泄漏量增大。首先在速度滑移边界条件下,求出气膜压力和气膜速度;然后推导出气膜的能量微分方程,同时引入温度阶跃边界条件,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Matlab软件数值计算得到气膜的温度分布。结果表明,随着气体从外径流入内径,气膜速度的分布规律是先降低后升高,槽根部周围速度较低;随着气体从外径流入内径,气膜温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;考虑温度阶跃下的温度分布与不考虑温度阶跃下的温度分布相差较小,可以不予考虑温度阶跃对干气密封气膜温度的影响。     

实际气体对T槽干气密封动态特性的影响

目前,针对干气密封的研究一般把气体处理为理想气体,但是在高压工况下,气体的实际行为与理想气体有较大差异。采用维里方程表达气体的实际行为,获得实际气体效应修正的气体润滑雷诺方程,利用小扰动法和有限差分法求解该雷诺方程,获得压力分布,进而获得气膜刚度和气膜阻尼等表征干气密封动态特性参数。针对T槽干气密封,以二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和氮气(N2)为例,分别分析了实际气体效应对T槽干气密封的气膜刚度和气膜阻尼等动态特性的影响,并与理想气体进行对比,结果表明:随着压缩数的增大,三种实际气体与理想气体的气膜刚度、气膜阻尼均增大。随着频率数的增大,实际气体与理想气体的气膜刚度增大,气膜阻尼减小。实际气体气膜刚度、气膜阻尼偏离理想气体气膜刚度、气膜阻尼的程度随着压缩因子Z偏离理想气体(Z=1)的程度增加而增加。对于CO2(Z1),气膜刚度大于理想气体气膜刚度,而气膜阻尼小于理想气体气膜阻尼。对于H2(Z1),气膜刚度小于理想气体气膜刚度,而气膜阻尼大于理想气体气膜阻尼。N2(Z≈1)的气膜刚度与气膜阻尼与理想气体近似相等。