本文關鍵詞： 汽輪機 潤滑系統(tǒng) 直動型溢流閥 動態(tài)特性 流固耦合 變增益 非對稱阻尼　出處：《蘭州理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：汽輪機發(fā)電技術廣泛用于燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、核能發(fā)電及太陽能生物質(zhì)能發(fā)電,汽輪機是發(fā)電廠的核心裝備。汽輪機潤滑油系統(tǒng)向汽輪機軸系提供壓力穩(wěn)定流量充足的潤滑油液以保證汽輪機軸系可靠支撐及冷卻,關系到汽輪機的安全運營。目前,國內(nèi)汽輪機行業(yè)迎來發(fā)展的加速期,汽輪機技術已由超臨界機組向超超臨界機組方向發(fā)展,功率可達1000MW級,軸系更趨龐大,潤滑系統(tǒng)流量每分鐘可達上萬升,溢流閥溢流流量最大變化每分鐘可至數(shù)千升,在如此大的潤滑流量和溢流量變化下,要求溢流閥要有足夠的定壓精度和良好的動態(tài)性能。國內(nèi)已有定型批量生產(chǎn)的溢流閥大多集中在低壓小流量或高壓大流量上,適用于汽輪機潤滑系統(tǒng)工況壓力級別為幾巴、流量規(guī)格每分鐘近萬升的低壓大流量溢流閥產(chǎn)品主要從國外進口,價格高昂,現(xiàn)有的產(chǎn)品規(guī)格小,其生產(chǎn)設計主要通過對國外產(chǎn)品進行測繪仿制,缺乏相關設計方法及理論的指導,嚴重制約了低壓大流量溢流閥技術的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的提升,影響了汽輪機潤滑油系統(tǒng)的可靠性。鑒于此,本文以適用于汽輪機潤滑系統(tǒng)工況的低壓大流量直動型溢流閥的研發(fā)為目標,采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗測試相結(jié)合的方法,將線性化分析、非線性時域分析和流固耦合動力學分析多種分析手段協(xié)同起來,圍繞直動型溢流閥動靜態(tài)特性從閥的主體結(jié)構(gòu)形式、閥口形狀、阻尼配置、關鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定、內(nèi)部流場參數(shù)分布及閥芯動力學過程等方面展開了較系統(tǒng)的研究。論文主要成果有:(1)推導獲得了直接作用與差動作用兩種結(jié)構(gòu)直動型溢流閥線性化模型的一般通用形式,分析了兩種直動型溢流閥結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能參數(shù)間的關聯(lián)性,找到了直動型溢流閥既滿足穩(wěn)定性又有較好的瞬態(tài)響應特性的流量增益條件式,可作為直動型溢流閥關鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的依據(jù);(2)提出了適用于潤滑系統(tǒng)低壓大流量工況的變增益、非對稱阻尼、三級同心及阻尼進油口并聯(lián)布置的直動型溢流閥新結(jié)構(gòu)。(3)探索到了一種油空化流動下直動型溢流閥的流固耦合數(shù)值模擬方法,可同時獲得瞬態(tài)下溢流閥內(nèi)部流場參數(shù)分布及閥芯動力學響應特性,可捕捉到元件節(jié)流或阻尼結(jié)構(gòu)的阻抗作用,提取得到元件流固耦合振動特征參數(shù);(4)利用上述研究成果,研制了DN150,額定流量4000L/min,調(diào)壓范圍0~0.3MPa的低壓大流量直動型溢流閥,經(jīng)試驗測試,定壓精度平均每100L/min流量變化引起的壓力變化約為0.0075bar;在約500L/min的負流量突變信號作用下,最大壓力變化量不到0.1bar,能有效抑制系統(tǒng)壓力突降,滿足汽輪機潤滑系統(tǒng)對油壓波動的要求。論文的主要內(nèi)容有:第一章,闡述了本課題研究的背景和意義;概述了直動型溢流閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況,包括直動型溢流閥結(jié)構(gòu)形式的現(xiàn)狀、新發(fā)展和直動型溢流閥研究中各種分析方法的應用現(xiàn)狀;概括了本文的主要研究內(nèi)容。第二章,針對兩種典型結(jié)構(gòu)的直動型溢流閥,利用經(jīng)典控制理論分別建立了它們的傳遞函數(shù)數(shù)學模型,分析、簡化、比較后得到了直動型溢流閥線性化模型的一般形式,分析了影響直動型溢流閥靜、動態(tài)特性的關鍵因素,找到了閥既滿足穩(wěn)定性又有較好的瞬態(tài)響應特性的流量增益條件式,確立了適于低壓大流量工況的直動型溢流閥解耦結(jié)構(gòu)方案及閥口幾何形狀。第三章,考慮了直動型溢流閥模型中的非線性因素,采用集中參數(shù)法建立了閥的非線性時域模型,利用時域數(shù)值模擬方法,對比研究了不同阻尼結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)參數(shù)對低壓大流量直動型溢流閥動靜態(tài)特性的影響規(guī)律;提出了非對稱阻尼結(jié)構(gòu)方案并建立了其數(shù)學模型,研究了非對稱阻尼結(jié)構(gòu)直動型溢流閥的瞬態(tài)響應特性。第四章,通過對FLUENT軟件中壁面函數(shù)、空化流動模型及模型參數(shù)的分析、選擇和調(diào)整,經(jīng)與參考文獻試驗結(jié)果比對,找到了一種適于油空化流動下錐閥所受推力的計算方法,并將該計算方法和動網(wǎng)格技術、UDF編程技術應用于直接作用直動型溢流閥的流固耦合數(shù)值模擬中,初步探究找到了一種將閥的內(nèi)部流場參數(shù)分布與閥芯動力學響應特性耦合關聯(lián)分析方法。第五章,從穩(wěn)態(tài)流場數(shù)值模擬角度對低壓大流量直動型溢流閥的閥口流量特性、閥芯液動力特性進行了深入分析,為低壓大流量直動型溢流閥非線性時域分析中閥口流量系數(shù)、閥芯液動力特性的近似或簡化處理提供了依據(jù),并為閥口下游閥腔幾何結(jié)構(gòu)的確定提出了指導意見;利用論文前文所獲得的流固耦合動力學研究方法就不同阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)下溢流閥的內(nèi)部流場參數(shù)分布變化過程與閥芯動力學響應特征進行了探究。第六章,介紹了低壓大流量直動型溢流閥試驗臺的工作原理、試驗條件、測試裝置及試驗方法,并對試制閥的靜動態(tài)特性進行了試驗測試。第七章,本論文研究工作和成果的總結(jié),今后研究工作的展望。
[Abstract]:This paper mainly focuses on the development of low - pressure and high - flow relief valve , which is suitable for low - pressure and high - flow relief valve . ( 3 ) A numerical simulation method for the flow - solid coupling of a direct - acting relief valve under an oil - cavitation flow is explored . The characteristics of the flow field parameters and the dynamic response of the valve core can be obtained at the same time . Based on the numerical simulation of steady - state flow field , the flow characteristics of the valve port and the dynamic characteristics of the valve core in the low - pressure large - flow direct - acting relief valve are analyzed in detail . The working principle , the test conditions , the testing device and the test method of the internal flow field parameter distribution of the relief valve under different damper structure parameters are discussed .

【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH137.52

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本文編號：1456606