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弹簧金属C形环密封特性分析及优化设计方法研究

姜露 李辉 张瀛 邵雪娇 张丽屏 傅孝龙

姜露, 李辉, 张瀛, 邵雪娇, 张丽屏, 傅孝龙. 弹簧金属C形环密封特性分析及优化设计方法研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 54-59. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0054
引用本文: 姜露, 李辉, 张瀛, 邵雪娇, 张丽屏, 傅孝龙. 弹簧金属C形环密封特性分析及优化设计方法研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(S2): 54-59. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0054
Jiang Lu, Li Hui, Zhang Ying, Shao Xuejiao, Zhang Liping, Fu Xiaolong. Study on Analysis and Optimization Design Method of Sealing Characteristics of Spring Metal C-ring[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 54-59. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0054
Citation: Jiang Lu, Li Hui, Zhang Ying, Shao Xuejiao, Zhang Liping, Fu Xiaolong. Study on Analysis and Optimization Design Method of Sealing Characteristics of Spring Metal C-ring[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(S2): 54-59. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0054

弹簧金属C形环密封特性分析及优化设计方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.S2.0054
详细信息
    作者简介:

    姜 露(1991—),男,工程师,现从事反应堆结构力学分析与优化设计研究,E-mail: npic_lujiang@163.com

  • 中图分类号: TL352.2+3

Study on Analysis and Optimization Design Method of Sealing Characteristics of Spring Metal C-ring

  • 摘要: 为完善弹簧金属C形环密封特性分析及设计方法,通过建立精细化分析模型,对压缩回弹特性曲线进行精确模拟,并通过试验数据验证数值方法的有效性和正确性;此外,采用试验设计方法开展结构参数敏感性系统分析,深入研究设计参数对密封特性的交互影响规律;并基于多岛遗传算法(MIGA)建立优化模型,对关键参数进行优化设计研究。研究结果表明,压缩回弹特性曲线模拟结果与试验数据吻合良好,且数值方法具有非常好的稳定性;弹簧丝直径、密封层和包覆层厚度对密封面接触压力特性产生重要影响,但弹簧丝直径不宜过大或过小;采用本文所建立的优化模型及方法,可以快速获得关键参数的最优组合,有效提高密封性能。

     

  • 图  1  C形环结构示意图

    t1—密封层厚度;t2—包覆层厚度;S—弹簧丝节距;d—弹簧丝径;D1—弹簧中径;D2—密封环直径

    Figure  1.  Structure Diagram of C-ring

    图  2  几何模型

    Figure  2.  Geometry Model

    图  3  分析模型

    Figure  3.  Analysis Model

    图  4  1.0 mm初始压缩量下的密封环变形情况

    Figure  4.  Deformation of Sealing Ring under Initial Compression of 1.0 mm

    图  5  压缩回弹特性曲线试验与模拟结果对比

    Figure  5.  Comparison of Compression and Rebound Characteristic Curves Obtained by Test and Simulation Respectively

    图  6  不同匝数模型密封特性曲线对比

    Figure  6.  Comparison of Sealing Characteristic Curves of Models with Different Spring Turns

    图  7  不同匝数模型应力分布

    Figure  7.  Stress Distribution Obtained by Models with Different Spring Turns

    图  8  不同初始压缩量下的Pcont分布

    Figure  8.  Pcont Distribution under Different Initial Compression

    图  9  Pareto图(各因子对响应的影响程度)

    Figure  9.  Pareto Graph(Influence Degree of Each Factor on Response)

    图  10  主效应图(各因子对响应的影响趋势)

    Figure  10.  Main Effect Graph(Influence Trend of Each Factor on Response)

    图  11  MIGA优化流程图

    Figure  11.  Flow Chart of Optimization Procedure using MIGA

    图  12  密封面Pcont对比情况

    Figure  12.  Comparison of Sealing Surface Pcont

    表  1  试验设计模型参数定义

    Table  1.   Parameter Definition of Test Design Model

    输入/输出参数参数名称
    因子t1 /mm
    t2 /mm
    d /mm
    S /mm
    响应Pavg/MPa
    Pvari/MPa
    R= Pavg/ Pvari
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    表  2  优化前后主要性能指标

    Table  2.   Main Performance Indexes Before and After Optimization

    类别Pavg/MPaPvari/MPaR
    初始设计121.24109.561.668
    优化设计104.9585.571.843
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-19
  • 录用日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2021-11-11
  • 刊出日期:  2021-12-29

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