基于响应面法的全焊接球阀密封结构参数多目标优化

简介

针对全焊接球阀密封性欠佳的问题,以NPS16 Class600型球阀为例,对其密封结构的密封性能进行了理论推导、仿真分析和试验验证,并基于响应面法对密封结构参数进行了多目标优化设计。首先,利用试验设计法(DOE)及响应面法(RSM)建立了密封结构的优化模型,对密封结构进行了静力学分析;然后,搭建了试验平台,进行了密封结构的开口度测试,并根据测试结果对仿真分析结果进行了验证;利用ANSYS软件对浮动球球阀密封结构进行了静力学分析,并研究了球体的直径(d1)、阀座的厚度(D7)、中径(D10)、倒角(DA)对其密封性能的影响;最后,根据响应面优化(RSO)模块对密封结构参数进行了多目标优化设计,进一步验证了其优化效果及密封性能。研究结果表明:D10对最小间隙值(Cmin)的影响显著性最高,d1对最大等效应力(S1max)的影响显著性最高;在密封结构两参数耦合作用下,DA与D7对最小间隙值(Cmin)的影响显著,DA与d1对最大等效应力(S1max)的影响显著;优化设计后的密封结构最大变形量降低了57.2%,密封面的接触平均压力提高了7.8%,实现了对浮动球球阀密封结构进行高精密设计的目的。