高壓旁路閥門是火力發(fā)電機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組得到廣泛采用,600MW超臨界電站機組逐漸成為主力機組,同時對于電站機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、長期依賴進口的局面,同時對其它高參數(shù)閥門的研制工作具有一定的參考價值。 本文著重探討了高壓旁路閥門的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計初期采用FCA功能成本分析理論進行各部件成本影響分析,找出成本控制及性能優(yōu)化的重點部件,從降低成本的角度制定了初始設(shè)計方案。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)上進行研發(fā),建立了閥門三維參數(shù)化設(shè)計模型,設(shè)計時緊緊圍繞閥門需要實現(xiàn)的功能進行整體結(jié)構(gòu)和各個功能部件的設(shè)計,充分考慮了閥門的安全性、結(jié)構(gòu)簡捷性和經(jīng)濟性等要求。 閥體是整個高壓旁路閥門的核心部件,其強度是否合格直接影響到整個閥門的安全性能。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度要求,所以必須改進閥體結(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)對閥體進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在ANSYS-Workbench中完成了設(shè)計參數(shù)的敏感性分析,根據(jù)敏感程度選取了7個參數(shù)作為設(shè)計變量,將最大等效應(yīng)力作為目標(biāo)變量進行優(yōu)化分析。采用一階優(yōu)化方法對初始方案進行改進設(shè)計,對選取的7個敏感性較大的尺寸進行參數(shù)設(shè)計組合,可以顯著減少試驗數(shù)目,節(jié)約計算成本。通過優(yōu)化設(shè)計最后得到了改進結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)大大降低了三個危險區(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)計結(jié)構(gòu)后,進行了物理樣機的制造,采用水壓試驗的方法檢驗閥體強度,驗證設(shè)計結(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，近年來隨著計算機軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，閥門的虛擬設(shè)計與仿真已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的一種共識。目前，在工業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了CAD/CAE技術(shù)，并且成效明顯，促進了工業(yè)設(shè)計的快速發(fā)展。在現(xiàn)代新產(chǎn)品的設(shè)計中采用三維參數(shù)化設(shè)計方法，結(jié)合計算機仿真設(shè)計技術(shù)已經(jīng)開始普及。設(shè)計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，及時進行優(yōu)化設(shè)計，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)計周期，而且大大的節(jié)約了資金和時間[4]。1.2 電站機組用高壓旁路閥門簡介高壓旁路閥門是電站機組汽機旁路系統(tǒng)的核心部件，對于協(xié)調(diào)鍋爐產(chǎn)汽量和汽輪機耗汽量之間的不平衡、改善啟動和負(fù)荷特性、提高機組運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)電機組普遍配備旁路系統(tǒng)。如圖 1-1 所示為應(yīng)用在某機組上的旁路系統(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，近年來隨著計算機軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，閥門的虛擬設(shè)計與仿真已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的一種共識。目前，在工業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了CAD/CAE技術(shù)，并且成效明顯，促進了工業(yè)設(shè)計的快速發(fā)展。在現(xiàn)代新產(chǎn)品的設(shè)計中采用三維參數(shù)化設(shè)計方法，結(jié)合計算機仿真設(shè)計技術(shù)已經(jīng)開始普及。設(shè)計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，及時進行優(yōu)化設(shè)計，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)計周期，而且大大的節(jié)約了資金和時間[4]。1.2 電站機組用高壓旁路閥門簡介高壓旁路閥門是電站機組汽機旁路系統(tǒng)的核心部件，對于協(xié)調(diào)鍋爐產(chǎn)汽量和汽輪機耗汽量之間的不平衡、改善啟動和負(fù)荷特性、提高機組運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)電機組普遍配備旁路系統(tǒng)。如圖 1-1 所示為應(yīng)用在某機組上的旁路系統(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，采用功能成本分析法能更好地體現(xiàn)成本優(yōu)化意識。因為對于這樣的產(chǎn)品，由于工作環(huán)境條件的特殊性，對于強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)計階段進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，還是后續(xù)的優(yōu)化工作，都具有很強的現(xiàn)實意義。本文進行功能成本分析時運用了 FCA（Function Cost Analysis）功能價值分析理論。FCA 是一種實用的工程評價理論，用于增加產(chǎn)品成本與產(chǎn)品價值的區(qū)分度。產(chǎn)品成本體現(xiàn)在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和運輸過程中，費用主要包括零件、勞動力、后勤管理（例如生產(chǎn)車間和電力供應(yīng)）、包裝和運輸、產(chǎn)品宣傳等方面的價格。產(chǎn)品價值體現(xiàn)在客戶對于產(chǎn)品的需求上，進行價值分析不是通過削弱產(chǎn)品的功能來提高價值，而是想辦法如何減少成本，提高設(shè)計效率。雖然分析過程只是個很小的價值工程，但是對于產(chǎn)品優(yōu)化很有幫助。為了考察產(chǎn)品的各部件價值，需要對產(chǎn)品信息樹中列出的部件進行功能價值分析估算。這一步的評估通常需要根據(jù)相似產(chǎn)品的情況進行，對高壓旁路閥
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2843773