潤滑系統(tǒng)直動型溢流閥動態(tài)特性研究與設計.pdf

1、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千升，在如此大的潤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態(tài)性能。國內已有定型批量生產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品主要從國外進口，價格高昂，現有的產品規(guī)格小，其生產設計主要通過對國外產品進行測繪仿制，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)展和產品質量的提升，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)

3、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、數值模擬和試驗測試相結合的方法，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)特性從閥的主體結構形式、閥口形狀、阻尼配置、關鍵結構參數確定、內部流場參數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：
　?。?）推導獲得了直接作用與差動作用兩種結構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

4、閥結構參數與性能參數間的關聯(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構參數確定的依據；
　?。?）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構。
　　（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值模擬方法，可同時獲得瞬態(tài)下溢流閥內部流場參數分布及閥芯動力學響應特性，可捕捉到元件節(jié)流或阻尼結構的阻抗作

5、用，提取得到元件流固耦合振動特征參數；
　?。?）利用上述研究成果，研制了DN150，額定流量4000L/min，調壓范圍0~0.3MPa的低壓大流量直動型溢流閥，經試驗測試，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；概述了直動型溢流閥的研究現狀和發(fā)展概況，包括直動型溢流閥結構形式的現狀、新發(fā)展和直動型溢流閥研究中各種分析方法的應用現狀；概括了本文的主要研究內容。
　　第二章針對兩種典型結構的直動型溢流閥，利用經典控制理論分別建立了它們的傳遞函數數學模型，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

7、式，確立了適于低壓大流量工況的直動型溢流閥解耦結構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，采用集中參數法建立了閥的非線性時域模型，利用時域數值模擬方法，對比研究了不同阻尼結構形式及結構參數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構方案并建立了其數學模型，研究了非對稱阻尼結構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、空化流動模型及模型參數的

8、分析、選擇和調整，經與參考文獻試驗結果比對，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值模擬中，初步探究找到了一種將閥的內部流場參數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、閥芯液動力特性