化工学报 ›› 2025, Vol. 76 ›› Issue (1): 324-334.DOI: 10.11949/0438-1157.20240748
李雨诗1(), 陈源1(
), 李运堂1, 彭旭东2, 王冰清1, 李孝禄1
收稿日期:
2024-07-02
修回日期:
2024-07-31
出版日期:
2025-01-25
发布日期:
2025-02-08
通讯作者:
陈源
作者简介:
李雨诗(1999—),女,硕士研究生,yushili09@foxmail.com
基金资助:
Yushi LI1(), Yuan CHEN1(
), Yuntang LI1, Xudong PENG2, Bingqing WANG1, Xiaolu LI1
Received:
2024-07-02
Revised:
2024-07-31
Online:
2025-01-25
Published:
2025-02-08
Contact:
Yuan CHEN
摘要:
提出了一种具有柔性密封坝的新型箔片端面气膜密封结构,基于气体润滑和弹性力学相关理论建立新型柔性坝箔片端面气膜密封气弹耦合润滑理论模型,分析密封端面气膜压力和变形分布规律,探究密封运行机理,研究工况参数、端面结构参数对密封性能的影响,采用拉丁超立方抽样法对关键影响因子随机取样,构建MLP神经网络-遗传算法优化模型,获得了满足目标函数的参数优化范围。结果表明:新型柔性坝箔片端面气膜密封可通过密封坝的变形协调作用进一步提高自适应运行能力;柔性密封坝各扇形平箔片之间间隙会使密封泄漏有一定增大,但因间隙形成的流体动压效应有利于密封端面开启;MLP神经网络-遗传算法优化模型可以准确预测密封性能并有效提高多参数多目标条件下的优化精度和效率。
中图分类号:
李雨诗, 陈源, 李运堂, 彭旭东, 王冰清, 李孝禄. 新型柔性坝箔片端面气膜密封变形协调分析及性能智能优化[J]. 化工学报, 2025, 76(1): 324-334.
Yushi LI, Yuan CHEN, Yuntang LI, Xudong PENG, Bingqing WANG, Xiaolu LI. Intelligent optimization and deformation analysis of novel flexible dam foil face gas seal[J]. CIESC Journal, 2025, 76(1): 324-334.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
密封端面内径ri/mm | 58.42 | 平箔面初始膜厚ha/µm | 3 |
密封端面外径ro/mm | 77.78 | 楔形高度hd/µm | 15 |
箔坝比γ | 1 | 密封区箔片间隙深度ht/µm | 5 |
密封环内径侧大气压力pi/MPa | 0.1 | 动压区箔片数N1 | 8 |
密封环外径侧介质压力po/MPa | 0.3 | 密封区箔片数N2 | 8 |
转速n/(r/min) | 14000 | 动压区箔片端面柔度系数α1 | 0.1 |
波箔片泊松比vb | 0.3 | 密封区箔片端面柔度系数α2 | 0.01 |
波箔片波纹间距s/mm | 0.42 | 波箔片弹性模量Eb/GPa | 214 |
波箔片厚度tb/mm | 0.15 | 波箔片波纹半宽l/mm | 1.778 |
气体黏度μ/(mPa·s) | 0.0185 | 动压区间隙占比c1 | 0.05 |
节距比b | 0.25 | 密封区间隙占比c2 | 0.05 |
表1 新型柔性坝CFFGS初始工况和结构参数
Table 1 Initial working condition and structural parameters of novel flexible dam CFFGS
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
密封端面内径ri/mm | 58.42 | 平箔面初始膜厚ha/µm | 3 |
密封端面外径ro/mm | 77.78 | 楔形高度hd/µm | 15 |
箔坝比γ | 1 | 密封区箔片间隙深度ht/µm | 5 |
密封环内径侧大气压力pi/MPa | 0.1 | 动压区箔片数N1 | 8 |
密封环外径侧介质压力po/MPa | 0.3 | 密封区箔片数N2 | 8 |
转速n/(r/min) | 14000 | 动压区箔片端面柔度系数α1 | 0.1 |
波箔片泊松比vb | 0.3 | 密封区箔片端面柔度系数α2 | 0.01 |
波箔片波纹间距s/mm | 0.42 | 波箔片弹性模量Eb/GPa | 214 |
波箔片厚度tb/mm | 0.15 | 波箔片波纹半宽l/mm | 1.778 |
气体黏度μ/(mPa·s) | 0.0185 | 动压区间隙占比c1 | 0.05 |
节距比b | 0.25 | 密封区间隙占比c2 | 0.05 |
结构参数 | 最小值 | 最大值 |
---|---|---|
动压区柔度系数α1 | 0.1 | 0.3 |
密封区柔度系数α2 | 0.01 | 0.1 |
箔坝比γ | 1 | 3 |
表2 各结构参数取值范围
Table 2 Value range of each factor
结构参数 | 最小值 | 最大值 |
---|---|---|
动压区柔度系数α1 | 0.1 | 0.3 |
密封区柔度系数α2 | 0.01 | 0.1 |
箔坝比γ | 1 | 3 |
优化方案 | 权重 | 动压区 柔度系数α1 | 密封区 柔度系数α2 | 箔坝比γ |
---|---|---|---|---|
方案一 | w1=w2=w3=w4=1 | 0.1045 | 0.0303 | 1.6157 |
方案二 | w1=3,w2=w3=w4=0 | 0.1021 | 0.0756 | 2.6772 |
方案三 | w2=3,w1=w3=w4=0 | 0.1018 | 0.0201 | 2.8231 |
方案四 | w3=3,w1=w2=w4=0 | 0.1853 | 0.0112 | 1.0736 |
方案五 | w4=3,w1=w2=w3=0 | 0.1032 | 0.0184 | 1.0244 |
表3 MLP神经网络-遗传算法最优解集
Table 3 MLP neural network-genetic algorithm optimal solution set
优化方案 | 权重 | 动压区 柔度系数α1 | 密封区 柔度系数α2 | 箔坝比γ |
---|---|---|---|---|
方案一 | w1=w2=w3=w4=1 | 0.1045 | 0.0303 | 1.6157 |
方案二 | w1=3,w2=w3=w4=0 | 0.1021 | 0.0756 | 2.6772 |
方案三 | w2=3,w1=w3=w4=0 | 0.1018 | 0.0201 | 2.8231 |
方案四 | w3=3,w1=w2=w4=0 | 0.1853 | 0.0112 | 1.0736 |
方案五 | w4=3,w1=w2=w3=0 | 0.1032 | 0.0184 | 1.0244 |
优化方案 | 开启力 增长率/% | 气膜刚度 增长率/% | 泄漏率 增长率/% | 刚漏比 增长率/% |
---|---|---|---|---|
方案一 | 6.42 | 39.72 | -11.66 | 58.17 |
方案二 | 12.83 | 65.82 | 70.77 | -2.87 |
方案三 | 12.56 | 70.43 | 44.95 | 17.67 |
方案四 | -5.87 | -17.50 | -58.43 | 99.12 |
方案五 | 2.16 | 10.22 | -54.27 | 142.64 |
表4 优化后稳态性能增长率
Table 4 Steady state performance growth rate after optimization
优化方案 | 开启力 增长率/% | 气膜刚度 增长率/% | 泄漏率 增长率/% | 刚漏比 增长率/% |
---|---|---|---|---|
方案一 | 6.42 | 39.72 | -11.66 | 58.17 |
方案二 | 12.83 | 65.82 | 70.77 | -2.87 |
方案三 | 12.56 | 70.43 | 44.95 | 17.67 |
方案四 | -5.87 | -17.50 | -58.43 | 99.12 |
方案五 | 2.16 | 10.22 | -54.27 | 142.64 |
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