Параметрический синтез допустимого базового профиля винтовых роторов SRM на основе генетического алгоритма

Описана процедура автоматизации подбора и построения профилей винтовых роторов типа SRM (Svenska Rotor Maskiner). В работе рассматривается классический случай винтовых роторов с постоянным по длине шагом винтовой линии и неизменной формой поперечного сечения профиля от окна всасывания до окна нагнетания. Предложен метод параметрического синтеза базового профиля – исходного профиля, служащего отправной точкой для последующей оптимизации его формы и удовлетворяющего техническому заданию и условиям геометрической допустимости (далее – допустимого базового профиля, или кратко базового профиля) по техническому заданию, в котором поиск девяти проектных параметров выполняется генетическим алгоритмом с контролем геометрической и кинематической допустимости с параллельной оценкой особей. Корректность синтезированной геометрии подтверждается независимым расчётом объёма парной полости двумя методами. На тестовом задании для ступени сжатия попутного нефтяного газа допустимый профиль получен за несколько поколений при наибольшей частной погрешности соответствия техническому заданию около 4,8 %; расхождение объёма по двум методам не превысило 0,5 %. Метод реализован как сквозной автоматизированный цикл с выгрузкой координат профиля для построения в системах CAD.

1. И.Г. Хисамеев, В.А. Максимов. Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры: теория, расчёт и проектирование. Казань, Фэн, 2000.

2. L. Rinder. Schraubenverdichter. Wien, New York, Springer-Verlag, 1979.

3. А.В. Братусь, И.В. Автономова. Метод определения объёма парной полости винтового компрессора. «Известия высших учебных заведений. Машиностроение», 2015, № 7, 69–77. DOI: 10.18698/0536-1044-2015-7-11-19. URL: https://izvuzmash.bmstu.ru/articles/1183/1183.pdf (дата обращения: 14.05.2026).

4. Y. Li, X. Zhao, S. Liu, C. Wang, S. Shen, Y. Guo. Review and prospects of numerical simulation research on internal flow and performance optimization of twin-screw compressors. "Energies", V. 18 (2025), № 10, 2608. DOI: 10.3390/en18102608. URL: https://doi.org/10.3390/en18102608 (дата обращения: 14.05.2026).

5. N. Stosic, I.K. Smith, A. Kovacevic. Screw Compressors: Mathematical Modelling and Performance Calculation. Berlin, Heidelberg, Springer, 2005.

6. F. Kaufmann, L. Irrgang, C. Schifflechner, H. Spliethoff. Fast and accurate modelling of twin-screw compressors: a generalised low-order approach. "Applied Thermal Engineering", V. 257 (2024), 124238. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.124238. URL: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124238 (дата обращения: 14.05.2026).

7. K. Ilie, A. Subic. Parametric modelling of helical rotors for efficient design of twin-screw superchargers. "Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science", V. 221 (2007), № 2, 267–272. DOI: 10.1243/0954406JMES421FT. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1243/0954406JMES421FT (дата обращения: 14.05.2026).

8. A. Aydın, T. Engin, A. Kovacevic. Design optimisation of a screw compressor with a focus on rotor depth: a CFD approach. "International Journal of Refrigeration", V. 170 (2025), 385–397. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2024.12.001. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2024.12.001 (дата обращения: 14.05.2026).

9. D.E. Goldberg. Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning. Reading, Addison-Wesley, 1989.

10. D.W. Zingg, M. Nemec, T.H. Pulliam. A comparative evaluation of genetic and gradient-based algorithms applied to aerodynamic optimization. "European Journal of Computational Mechanics", V. 17 (2008), № 1–2, 103–126. DOI: 10.3166/remn.17.103-126. URL: https://doi.org/10.3166/remn.17.103-126 (дата обращения: 14.05.2026).

11. M.P. Bendsoe, O. Sigmund. Topology Optimization: Theory, Methods and Applications. Berlin, Heidelberg, Springer, 2003.

12. G. Allaire, F. Jouve, A.-M. Toader. A level-set method for shape optimization. "Comptes Rendus Mathematique", V. 334 (2002), № 12, 1125–1130. DOI: 10.1016/S1631-073X(02)02412-3. URL: https://doi.org/10.1016/S1631-073X(02)02412-3 (дата обращения: 14.05.2026).

13. И.В. Автономова. Компрессорные станции и установки газового комплекса: учебное пособие. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025. 200 с. ISBN 978-5-7038-6566-8.

14. I.M. Arbon. The Design and Application of Rotary Twin-shaft Compressors in the Oil and Gas Process Industry. London, Mechanical Engineering Publications, 1994.

15. F.-A. Fortin, F.-M. De Rainville, M.-A. Gardner, M. Parizeau, C. Gagne. DEAP: Evolutionary Algorithms Made Easy. "Journal of Machine Learning Research", V. 13 (2012), 2171–2175. URL: https://www.jmlr.org/papers/v13/fortin12a.html (дата обращения: 14.05.2026).

16. J.A. Manson, T.W. Chamberlain, R.A. Bourne. MVMOO: Mixed variable multi-objective optimisation. "Journal of Global Optimization", V. 80 (2021), 865–886. DOI: 10.1007/s10898-021-01052-9. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10898-021-01052-9 (дата обращения: 14.05.2026).