發(fā)布時(shí)間：2018-01-23 03:41

  本文關(guān)鍵詞： 汽輪機(jī) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 直動(dòng)型溢流閥 動(dòng)態(tài)特性 流固耦合 變?cè)鲆?非對(duì)稱阻尼　出處：《蘭州理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：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,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)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:(1)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);(2)提出了適用于潤(rùn)滑系統(tǒng)低壓大流量工況的變?cè)鲆妗⒎菍?duì)稱阻尼、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)的阻抗作用,提取得到元件流固耦合振動(dòng)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(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,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)力特性的近似或簡(jiǎn)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(dǎo)意見(jiàn);利用論文前文所獲得的流固耦合動(dòng)力學(xué)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(chǎng)參數(shù)分布變化過(guò)程與閥芯動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征進(jìn)行了探究。第六章,介紹了低壓大流量直動(dòng)型溢流閥試驗(yàn)臺(tái)的工作原理、試驗(yàn)條件、測(cè)試裝置及試驗(yàn)方法,并對(duì)試制閥的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)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(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH137.52

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本文編號(hào)：1456606