超超临界机组自力式液动高加给水三通阀关闭瞬态动力学分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州理工大学 作者:余建平

  建立了超超临界机组自力式液动高加给水三通阀关闭瞬态动力学方程式,并采用MATLAB编程求解了动力学微分方程式,计算得到了三通阀关闭速度、关闭时间等重要特征参数。计算表明液动阀在毫秒级的时间内完成从静止到加速过程,此后以恒定速度完成阀的关闭。液压缸在35MPa高压差的作用下,最大阀芯最大关闭速度约为0.9m/s;液压缸进出口管径的大小对阀关闭时间有着重要的影响,应在合理设计进出口管径基础之上再选择适当的调节阀,以便精确控制阀关闭时间。

  关键词:超超临界机组;三通阀;高压加热器;液动;关闭时间;动力学分析

  Abstract: The dynamic equation on hydraulic three-way feeding water valve closing process of USC unit is established.The important characteristic parameters,such as closing time and velocity of shaft is gained by solving the differential equation.Calculation shows that in a few millisecond the valve can finish the accelerated movement.The maximum closing speed is about 0.9m/s under 35Mpa differential pressure.Calculation also indicates that diameter of pipe takes an important role on the shut off time of valve.To accuracy control the shut off time of valve,it is important to choose the diameter of pipe and regulating valve.

  Keywords: USC unit(ultra supercritical unit);three-way valve;high-pressure heater;closing time;dynamic analysis

  基金项目: 兰州理工大学博士基金(BS05200907)

  液动高加给水三通阀专为高压加热器运行和解列切换而设计,是保障锅炉给水系统安全运行的重要的控制阀门。当锅炉系统正常运行时,锅炉给水从三通阀的主回路进入高压加热器,通过出口阀至锅炉。当高加出现故障时,高加给水三通阀的主回路快速关闭,旁通回路打开,以保证高压加热器解列,但不影响锅炉正常供水。超超临界机组常用的高加给水三通阀按启闭方式有电动和液动自力式等形式[1]。电动形式采用多种结构的电机执行机构实现三通阀的开闭。液动自力式三通阀是根据高加给水管路里的差压来进行动作的。由于自力式三通阀不需要额外的动力源,且阀门启闭时间可根据需要进行调整。因而具有操作简便、可靠耐用等优点,在高参数的机组中得到广泛的应用[2,3]。

  液动自力式三通阀工作过程是: 当高压加热器系统出现故障时,锅炉控制系统输出信号,打开控制针阀及快开阀( 如图1 所示) ,控制针阀开启将执行机构液压缸上腔充液加压,快开阀开启将液压缸下腔压力泄放。2 个阀开启后在液压缸产生压力差,阀芯在压差的推动下向下运动,关闭主回路,同时打开旁路,完成高加解列; 当进口、出口旁路阀关到位后,液压缸上腔继续保持压力,以确保旁路阀动作安全可靠。

  由液动自力式三通阀工作过程可知,液压缸内压力的变化决定着阀芯的运动状态,对阀芯的运动过程的控制是有重要的工程意义的,其作用表现在2 个方面:

  (1) 液动阀关闭时间过长则会影响高加解列,不利于系统安全运行,故锅炉给水系统工艺设计要求液动阀关闭时间小于5s;

  (2) 如液动阀关闭时间过短,则意味着阀芯以很高的速度关闭,这样会在关闭的瞬间阀芯与阀体产生较大的冲击作用力导致阀芯或阀体密封面损坏。

  因而对阀芯关闭时间进行理论分析将有助于给水三通阀的安全长寿运行。

  (1) 阀的关闭过程是一个非稳态过程,速度由零达到某一最大速度,计算表明,本图所给结构阀芯最大运动速度约为0.9m/s,在后续设计中可参考这速度分析阀芯关闭时是否会对阀座造成冲击损坏;

  (2) 液动三通阀的关闭过程非常迅速,特别阀芯从静止状态加速到最大速度的时间小于1ms,因而在计算阀的关闭时间及阀芯关闭速度时可不用考虑阀的加速过程,只需按平衡态计算;

  (3) 通过改变控制阀的流阻及管道直径均能起到改变阀芯关闭时间的作用,但管道直径的变化所起作用远大于调节阀对关闭时间的影响。故设计液压缸时应先合理设计管道直径。

参考文献:
  [1]孟新凌.超超临界火电机组阀门国产化研究[J].石油化工设备,2008,(6):35-39.
  [2]尧国富.我国火电厂高端阀门现状与分析[J].电力技术,2009,(2):21-26.
  [3]成雷.壳牌煤气化装置中煤粉输送系统特种阀的故障分析及其国产化进展[J].流体机械,2010,38(8):57-59.
  [4]莫乃榕.工程流体力学[M].武汉:华中科技大学出版社,2000:147-153.
  [5]翟瑞彩.数值分析[M].天津:天津大学出版社,2000:276-289.
  [6]贾秋玲.基于MATLAB7.X/SIMULINK/STATE-FLOW系统仿真、分析及设计[M].西安:西北工业大学出版社,2006:105-183.
  [7]王正林.精通MATLAB7[M].北京:电子工业出版社,2006.

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