原文传递
盾构机盾尾密封系统压力分布特性研究
| 论文题名： | 盾构机盾尾密封系统压力分布特性研究 |
| 关键词： | 隧道掘进;盾构机;盾尾密封油脂腔;压力分布;泄漏检测 |
| 摘要： | 盾构机是目前应用最广的、应对复杂施工环境的隧道掘进设备，正往断面大型化、掘进智能化技术方面发展。在盾构机进行掘进工作时，往往因为施工环境复杂、工况变化而产生各种风险问题，甚至发生事故。盾尾密封系统是盾构机应对地下水渗漏、注浆泄漏等施工风险，保障盾构机施工安全的重要系统之一。 本文基于计算流体力学方法研究了正常状态与泄漏状态下盾尾密封油脂腔的压力分布与变化特性，应用不同状态油脂腔的压力分布规律设计了基于压力监测的泄漏判据，采用代理模型技术与优化算法对盾尾密封系统进行优化。本文的主要研究工作如下： （1）将土压平衡盾构的盾尾密封系统作为研究对象，研究盾尾密封油脂腔内的压力分布变化特性。根据实际工程所用盾构机的相关结构参数与实际的盾尾密封原理搭建盾尾密封油脂腔全尺度流域模型，选择混合网格方案划分模型网格并通过了网格无关性验证，根据实际情况设置仿真模型的初始参数和边界条件，仿真计算得出正常状态下的油脂腔压力分布和流动特性，对各模型设置和模拟方法验证其合理性和可行性。 （2）基于局部全尺寸模型与多相流模型，分析正常与泄漏状态油脂腔压力分布规律以及运行参数对压力分布的影响规律。将全尺寸模型简化为局部模型并进行可行性验证，具体分析油脂腔2周向截面的压力分布规律并建立周向压力分布函数模型与空间压力分布参数集。研究不同的运行参数对正常状态压力分布的影响规律，并给出结构设计方案、油脂注入控制方案的建议。设计泄漏仿真模型，对泄漏过程中不同时刻的油脂腔流动特性与压力变化进行分析，具体研究泄漏状态油脂腔周向压力变化规律，并分析了注脂压力与泥浆侵入特性对油脂腔压力分布和密封失效时间的影响规律。 （3）应用分析得出的压力分布规律和变化特性，进行压力监测系统的泄漏判据设计以及以降低压力分布差异为目标的盾尾密封系统优化。根据正常状态压力分布规律给出泄漏检测系统的压力传感器布设方案，对比正常状态与泄漏状态的压力分布变化特性设计了基于压力监测的泥浆泄漏判据。对设计变量进行试验设计与灵敏度分析，得到油脂腔压力分布的主要影响因素并设计其变化范围，再利用同一试验设计方法生成样本空间构建多项式响应面代理模型，代理模型满足精度要求之后利用多目标优化算法以油脂腔两个方向上的压降值为目标进行优化，对优化解进行仿真模拟验证。验证结果表明响应面模型的优化解降低了油脂腔的压降值，从而增大了油脂腔的密封性能，对盾尾密封系统的注脂注浆压力控制和泄漏监测系统的设置有重要的参考意义。 |
| 作者： | 钭婧 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 王林涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
