基于響應面法的管線平板閘閥浮動閥座結構參數多目標優化

黃曉云， 夏勝建， 全 軍， 張曉忠， 陳曉雷， 戴雄浩， 吳 靜， 陳 浩

（保一集團有限公司， 浙江 溫州 325000）

管線平板閘閥是石油、 天然氣等輸送管道系統的主要組成設備，應用越來越廣泛［1-2］。 管線平板閘閥是一種關閉件為平行閘板的滑動閥， 通過旋轉閥桿螺母帶動閘板上、下運動實現輸油、輸氣管線的啟閉。 浮動閥座- 閘板密封結構是管線平板閘閥的主要密封結構之一［3-4］，其可靠性與整個管道系統安全性緊密相關。

文獻［5-7］中指出，相較拓撲優化和形狀優化而言，尺寸優化是最簡單的結構優化方式，更易快速實現工程結構的降本增效， 是設備輕量化設計的重要手段。 而目前國內的閥門設計大多停留在經驗設計階段。

為此，本文以NSP6-Class300 硬密封管線平板閘閥的浮動閥座-閘板密封結構中浮動閥座結構參數優化為研究重點進行多目標參數優化，采用有限元分析軟件對浮動閥座-閘板密封結構的剛度、強度、接觸應力以及靈敏度進行分析。 利用對浮動閥座主要結構參數的敏感性分析和響應曲線分析，通過響應面法達到降低應力集中、減輕質量及提高使用壽命的優化設計目的， 實現浮動閥座結構參數的快速設計。

1 浮動閥座結構參數優化理論分析

1.1 中心組合設計法

設定自變量的初始值及變化范圍之后， 就確定了試驗的樣本空間， 取樣時選取的設計點應具有代表性， 盡可能以少的點數來最大限度地反映出樣本空間數值特點。

中心組合設計法 （Central Composite Design，CCD）［8］是被廣泛運用的一種取樣方法，該方法中每個自變量都有5 個水平， 即β、-β、0 、1及-1， 中心點保證了一致精度， 軸向距離中心點±β 處為極值點。……