机床与液压

作者：蒋东雷，王恒，曾春珉，王廷继，罗鸣，刘书玮，刁欢，王国志

单位：中海石油（中国）有限公司海南分公司；中海石油（中国）有限公司海南分公司；中海石油（中国）有限公司海南分公司；成都欧迅科技股份有限公司；成都欧迅科技股份有限公司；西南交通大学机械工程学院；成都欧迅科技股份有限公司；西南交通大学机械工程学院

关键词：高水基先导阀;冲蚀磨损;多目标优化算法;多岛遗传算法(MIGA)

水下换向阀工作环境具有特殊性，如介质特性、小巧且复杂的结构尺寸、高压力、严重的污染和快速的流速，使得传统的解析方法难以有效解决阀内部的冲蚀问题。针对此，考虑到结构参数之间的耦合作用，通过优化先导阀的设计来减少内部的冲蚀率和冲蚀面积。以高水基先导换向阀为研究对象，通过Fluent软件进行仿真模拟，以冲蚀率和冲蚀影响面积为优化目标，深入分析密封球直径、流道角度、节流口管道狭长比等关键参数的影响规律。通过正交优化试验、单一结构参数变化和超拉丁方采样扩建数据集，建立非参数回归的响应面代理模型，并结合多岛遗传算法(MIGA)优化得到多目标结构参数的最优方案。此外，对优化前后的流动状态和冲蚀率进行对比，以验证优化效果。结果表明：水基液的流速及污染物颗粒的质量流量增加会导致冲蚀率和冲蚀面积占比相应增大；颗粒直径的增加对冲蚀率和冲蚀面积的影响并非单调，其最大值出现位置的变化表明颗粒直径对冲蚀的影响较复杂。在确保阀门正常工作的前提下，适当减小密封球直径、增大流道角度以及优化节流口的狭长比和尺寸，可以有效降低冲蚀率，减少冲蚀磨损。相比传统的正交优化方案，多岛遗传算法(MIGA)在不同压差条件下展现出更显著的优化效果。优化后的方案相比正交优化方案冲蚀率平均降低了10.97%，冲蚀面积占比降低了18.99%。与初始模型相比，MIGA优化和正交优化后的方案冲蚀率和冲蚀面积占比分别降低了26.73%～34.70%和45.25%～53.22%。优化后的先导换向阀模型在减少冲蚀磨损方面具有显著效果，表明其较好的工程应用价值和推广前景。

来源：2025年第20期

《机床与液压》期刊编辑部

查看机床与液压杂志2025年第20期