潤(rùn)滑系統(tǒng)直動(dòng)型溢流閥動(dòng)態(tài)特性研究與設(shè)計(jì).pdf

1、汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)廣泛用于燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、核能發(fā)電及太陽(yáng)能生物質(zhì)能發(fā)電，汽輪機(jī)是發(fā)電廠的核心裝備。汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)向汽輪機(jī)軸系提供壓力穩(wěn)定流量充足的潤(rùn)滑油液以保證汽輪機(jī)軸系可靠支撐及冷卻，關(guān)系到汽輪機(jī)的安全運(yùn)營(yíng)。目前，國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)行業(yè)迎來(lái)發(fā)展的加速期，汽輪機(jī)技術(shù)已由超臨界機(jī)組向超超臨界機(jī)組方向發(fā)展，功率可達(dá)1000MW級(jí)，軸系更趨龐大，潤(rùn)滑系統(tǒng)流量每分鐘可達(dá)上萬(wàn)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(rùn)滑流量和溢流量變化下，

2、要求溢流閥要有足夠的定壓精度和良好的動(dòng)態(tài)性能。國(guó)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(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工況壓力級(jí)別為幾巴、流量規(guī)格每分鐘近萬(wàn)升的低壓大流量溢流閥產(chǎn)品主要從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格高昂，現(xiàn)有的產(chǎn)品規(guī)格小，其生產(chǎn)設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪仿制，缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)方法及理論的指導(dǎo)，嚴(yán)重制約了低壓大流量溢流閥技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，影響了汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的可靠性。
　　鑒于此，本文以適用于汽輪機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)

3、工況的低壓大流量直動(dòng)型溢流閥的研發(fā)為目標(biāo)，采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，將線性化分析、非線性時(shí)域分析和流固耦合動(dòng)力學(xué)分析多種分析手段協(xié)同起來(lái)，圍繞直動(dòng)型溢流閥動(dòng)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(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定、內(nèi)部流場(chǎng)參數(shù)分布及閥芯動(dòng)力學(xué)過(guò)程等方面展開(kāi)了較系統(tǒng)的研究。
　　論文主要成果有：
　?。?）推導(dǎo)獲得了直接作用與差動(dòng)作用兩種結(jié)構(gòu)直動(dòng)型溢流閥線性化模型的一般通用形式，分析了兩種直動(dòng)型溢流

4、閥結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性，找到了直動(dòng)型溢流閥既滿(mǎn)足穩(wěn)定性又有較好的瞬態(tài)響應(yīng)特性的流量增益條件式，可作為直動(dòng)型溢流閥關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的依據(jù)；
　?。?）提出了適用于潤(rùn)滑系統(tǒng)低壓大流量工況的變?cè)鲆?、非?duì)稱(chēng)阻尼、三級(jí)同心及阻尼進(jìn)油口并聯(lián)布置的直動(dòng)型溢流閥新結(jié)構(gòu)。
　　（3）探索到了一種油空化流動(dòng)下直動(dòng)型溢流閥的流固耦合數(shù)值模擬方法，可同時(shí)獲得瞬態(tài)下溢流閥內(nèi)部流場(chǎng)參數(shù)分布及閥芯動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性，可捕捉到元件節(jié)流或阻尼結(jié)構(gòu)的阻抗作

5、用，提取得到元件流固耦合振動(dòng)特征參數(shù)；
　?。?）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(dòng)型溢流閥，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)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(fù)流量突變信號(hào)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(mǎn)足汽輪機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)油壓波動(dòng)的要求。
　　論文的主要內(nèi)容有：
　　第一

6、章闡述了本課題研究的背景和意義；概述了直動(dòng)型溢流閥的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況，包括直動(dòng)型溢流閥結(jié)構(gòu)形式的現(xiàn)狀、新發(fā)展和直動(dòng)型溢流閥研究中各種分析方法的應(yīng)用現(xiàn)狀；概括了本文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章針對(duì)兩種典型結(jié)構(gòu)的直動(dòng)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(xué)模型，分析、簡(jiǎn)化、比較后得到了直動(dòng)型溢流閥線性化模型的一般形式，分析了影響直動(dòng)型溢流閥靜、動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素，找到了閥既滿(mǎn)足穩(wěn)定性又有較好的瞬態(tài)響應(yīng)特性的流量增益條件

7、式，確立了適于低壓大流量工況的直動(dòng)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(dòng)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(shí)域模型，利用時(shí)域數(shù)值模擬方法，對(duì)比研究了不同阻尼結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)低壓大流量直動(dòng)型溢流閥動(dòng)靜態(tài)特性的影響規(guī)律；提出了非對(duì)稱(chēng)阻尼結(jié)構(gòu)方案并建立了其數(shù)學(xué)模型，研究了非對(duì)稱(chēng)阻尼結(jié)構(gòu)直動(dòng)型溢流閥的瞬態(tài)響應(yīng)特性。
　　第四章通過(guò)對(duì) FLUENT軟件中壁面函數(shù)、空化流動(dòng)模型及模型參數(shù)的

8、分析、選擇和調(diào)整，經(jīng)與參考文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，找到了一種適于油空化流動(dòng)下錐閥所受推力的計(jì)算方法，并將該計(jì)算方法和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)、UDF編程技術(shù)應(yīng)用于直接作用直動(dòng)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(chǎng)參數(shù)分布與閥芯動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性耦合關(guān)聯(lián)分析方法。
　　第五章從穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬角度對(duì)低壓大流量直動(dòng)型溢流閥的閥口流量特性、閥芯液動(dòng)力特性進(jìn)行了深入分析，為低壓大流量直動(dòng)型溢流閥非線性時(shí)域分析中閥口流量系數(shù)、閥芯液動(dòng)力特性