高壓旁路閥門是火力發(fā)電機(jī)組中一種重要的工質(zhì)調(diào)節(jié)閥門,是不能被通用閥門所取代的特殊閥門。目前,隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整,高效能、低污染的大型火電機(jī)組得到廣泛采用,600MW超臨界電站機(jī)組逐漸成為主力機(jī)組,同時(shí)對于電站機(jī)組的安全性提出了更高的要求,配套的高壓旁路閥門的作用日益得到重視。本文通過600MW超臨界機(jī)組高壓旁路閥門的研制,提高我國在高參數(shù)閥門領(lǐng)域的的科研技術(shù)水平,打破不能自己生產(chǎn)這種閥門、長期依賴進(jìn)口的局面,同時(shí)對其它高參數(shù)閥門的研制工作具有一定的參考價(jià)值。 本文著重探討了高壓旁路閥門的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)初期采用FCA功能成本分析理論進(jìn)行各部件成本影響分析,找出成本控制及性能優(yōu)化的重點(diǎn)部件,從降低成本的角度制定了初始設(shè)計(jì)方案。在參考大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料和借鑒國內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā),建立了閥門三維參數(shù)化設(shè)計(jì)模型,設(shè)計(jì)時(shí)緊緊圍繞閥門需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)和各個(gè)功能部件的設(shè)計(jì),充分考慮了閥門的安全性、結(jié)構(gòu)簡捷性和經(jīng)濟(jì)性等要求。 閥體是整個(gè)高壓旁路閥門的核心部件,其強(qiáng)度是否合格直接影響到整個(gè)閥門的安全性能。閥門在工況下受到熱應(yīng)力與壓力應(yīng)力的綜合作用,采用ANSYS熱-結(jié)構(gòu)耦合分析模塊進(jìn)行,確定了閥體的應(yīng)力集中區(qū)域,分析表明閥體的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯,最大應(yīng)力超出了材料在工況下的強(qiáng)度要求,所以必須改進(jìn)閥體結(jié)構(gòu),以降低閥體應(yīng)力并使應(yīng)力分布趨向均勻。 以有限元分析結(jié)果為基礎(chǔ)對閥體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在ANSYS-Workbench中完成了設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析,根據(jù)敏感程度選取了7個(gè)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,將最大等效應(yīng)力作為目標(biāo)變量進(jìn)行優(yōu)化分析。采用一階優(yōu)化方法對初始方案進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),對選取的7個(gè)敏感性較大的尺寸進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)組合,可以顯著減少試驗(yàn)數(shù)目,節(jié)約計(jì)算成本。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)最后得到了改進(jìn)結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)大大降低了三個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力值,使閥體結(jié)構(gòu)能夠滿足安全工作的要求。達(dá)到了提高閥門強(qiáng)度性能,節(jié)省制造材料,降低加工成本的目的。 在確定閥門最終的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后,進(jìn)行了物理樣機(jī)的制造,采用水壓試驗(yàn)的方法檢驗(yàn)閥體強(qiáng)度,驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

周期長、成本高，并且完成的產(chǎn)品不能保證性能完全滿足要求。因而，近年來隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，閥門的虛擬設(shè)計(jì)與仿真已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的一種共識(shí)。目前，在工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了CAD/CAE技術(shù)，并且成效明顯，促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展。在現(xiàn)代新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)開始普及。設(shè)計(jì)人員熟練使用這些技術(shù)手段，能夠非常直觀地得到虛擬產(chǎn)品，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而最大程度的得到性能優(yōu)良的產(chǎn)品，這樣不僅可以降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和設(shè)計(jì)周期，而且大大的節(jié)約了資金和時(shí)間[4]。1.2 電站機(jī)組用高壓旁路閥門簡介高壓旁路閥門是電站機(jī)組汽機(jī)旁路系統(tǒng)的核心部件，對于協(xié)調(diào)鍋爐產(chǎn)汽量和汽輪機(jī)耗汽量之間的不平衡、改善啟動(dòng)和負(fù)荷特性、提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和靈活性，尤其在提高安全性能方面作用明顯[5]。在我國，目前大容量中間再熱發(fā)電機(jī)組普遍配備旁路系統(tǒng)。如圖 1-1 所示為應(yīng)用在某機(jī)組上的旁路系統(tǒng)閥門，圖 1-2 所示為 DRE 型高壓蒸汽調(diào)節(jié)閥門，主要應(yīng)用于亞臨界和超臨界工況下火電機(jī)組的高壓旁路系統(tǒng)。

周期長、成本高，并且完成的產(chǎn)品不能保證性能完全滿足要求。因而，近年來隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，閥門的虛擬設(shè)計(jì)與仿真已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的一種共識(shí)。目前，在工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了CAD/CAE技術(shù)，并且成效明顯，促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展。在現(xiàn)代新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)開始普及。設(shè)計(jì)人員熟練使用這些技術(shù)手段，能夠非常直觀地得到虛擬產(chǎn)品，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而最大程度的得到性能優(yōu)良的產(chǎn)品，這樣不僅可以降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和設(shè)計(jì)周期，而且大大的節(jié)約了資金和時(shí)間[4]。1.2 電站機(jī)組用高壓旁路閥門簡介高壓旁路閥門是電站機(jī)組汽機(jī)旁路系統(tǒng)的核心部件，對于協(xié)調(diào)鍋爐產(chǎn)汽量和汽輪機(jī)耗汽量之間的不平衡、改善啟動(dòng)和負(fù)荷特性、提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和靈活性，尤其在提高安全性能方面作用明顯[5]。在我國，目前大容量中間再熱發(fā)電機(jī)組普遍配備旁路系統(tǒng)。如圖 1-1 所示為應(yīng)用在某機(jī)組上的旁路系統(tǒng)閥門，圖 1-2 所示為 DRE 型高壓蒸汽調(diào)節(jié)閥門，主要應(yīng)用于亞臨界和超臨界工況下火電機(jī)組的高壓旁路系統(tǒng)。

圖 2-1 高壓旁路閥門信息樹Fig. 2-1 Information tree of high-pressure bypass-valve對于高壓旁路閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，采用功能成本分析法能更好地體現(xiàn)成本優(yōu)化意識(shí)。因?yàn)閷τ谶@樣的產(chǎn)品，由于工作環(huán)境條件的特殊性，對于強(qiáng)度和壽命提出了更高的要求，從客戶需求、產(chǎn)品功能的角度出發(fā)，有針對性的在概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行零部件功能成本定位、優(yōu)化目標(biāo)定位，無論對于后面的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還是后續(xù)的優(yōu)化工作，都具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文進(jìn)行功能成本分析時(shí)運(yùn)用了 FCA（Function Cost Analysis）功能價(jià)值分析理論。FCA 是一種實(shí)用的工程評(píng)價(jià)理論，用于增加產(chǎn)品成本與產(chǎn)品價(jià)值的區(qū)分度。產(chǎn)品成本體現(xiàn)在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和運(yùn)輸過程中，費(fèi)用主要包括零件、勞動(dòng)力、后勤管理（例如生產(chǎn)車間和電力供應(yīng)）、包裝和運(yùn)輸、產(chǎn)品宣傳等方面的價(jià)格。產(chǎn)品價(jià)值體現(xiàn)在客戶對于產(chǎn)品的需求上，進(jìn)行價(jià)值分析不是通過削弱產(chǎn)品的功能來提高價(jià)值，而是想辦法如何減少成本，提高設(shè)計(jì)效率。雖然分析過程只是個(gè)很小的價(jià)值工程，但是對于產(chǎn)品優(yōu)化很有幫助。為了考察產(chǎn)品的各部件價(jià)值，需要對產(chǎn)品信息樹中列出的部件進(jìn)行功能價(jià)值分析估算。這一步的評(píng)估通常需要根據(jù)相似產(chǎn)品的情況進(jìn)行，對高壓旁路閥
【參考文獻(xiàn)】

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1 黃海,張相彬,曹宏濤,李楊;核電閥門的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J];閥門;2005年03期

2 王敏;劉金梁;王加慶;;超臨界截止閥閥體強(qiáng)度應(yīng)力分析[J];閥門;2006年03期

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本文編號(hào)：2843773