超超臨界機組自力式液動(dòng)高加給水三通閥關(guān)閉瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
建立了超超臨界機組自力式液動(dòng)高加給水三通閥關(guān)閉瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方程式,并采用MATLAB編程求解了動(dòng)力學(xué)微分方程式,計算得到了三通閥關(guān)閉速度、關(guān)閉時(shí)間等重要特征參數。計算表明液動(dòng)閥在毫秒級的時(shí)間內完成從靜止到加速過(guò)程,此后以恒定速度完成閥的關(guān)閉。液壓缸在35MPa高壓差的作用下,最大閥芯最大關(guān)閉速度約為0.9m/s;液壓缸進(jìn)出口管徑的大小對閥關(guān)閉時(shí)間有著(zhù)重要的影響,應在合理設計進(jìn)出口管徑基礎之上再選擇適當的調節閥,以便精確控制閥關(guān)閉時(shí)間。
關(guān)鍵詞：超超臨界機組;三通閥;高壓加熱器;液動(dòng);關(guān)閉時(shí)間;動(dòng)力學(xué)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
基金項目: 蘭州理工大學(xué)博士基金(BS05200907)
液動(dòng)高加給水三通閥專(zhuān)為高壓加熱器運行和解列切換而設計，是保障鍋爐給水系統安全運行的重要的控制閥門(mén)。當鍋爐系統正常運行時(shí)，鍋爐給水從三通閥的主回路進(jìn)入高壓加熱器，通過(guò)出口閥至鍋爐。當高加出現故障時(shí)，高加給水三通閥的主回路快速關(guān)閉，旁通回路打開(kāi)，以保證高壓加熱器解列，但不影響鍋爐正常供水。超超臨界機組常用的高加給水三通閥按啟閉方式有電動(dòng)和液動(dòng)自力式等形式［1］。電動(dòng)形式采用多種結構的電機執行機構實(shí)現三通閥的開(kāi)閉。液動(dòng)自力式三通閥是根據高加給水管路里的差壓來(lái)進(jìn)行動(dòng)作的。由于自力式三通閥不需要額外的動(dòng)力源，且閥門(mén)啟閉時(shí)間可根據需要進(jìn)行調整。因而具有操作簡(jiǎn)便、可靠耐用等優(yōu)點(diǎn)，在高參數的機組中得到廣泛的應用［2，3］。
液動(dòng)自力式三通閥工作過(guò)程是: 當高壓加熱器系統出現故障時(shí)，鍋爐控制系統輸出信號，打開(kāi)控制針閥及快開(kāi)閥( 如圖1 所示) ，控制針閥開(kāi)啟將執行機構液壓缸上腔充液加壓，快開(kāi)閥開(kāi)啟將液壓缸下腔壓力泄放。2 個(gè)閥開(kāi)啟后在液壓缸產(chǎn)生壓力差，閥芯在壓差的推動(dòng)下向下運動(dòng)，關(guān)閉主回路，同時(shí)打開(kāi)旁路，完成高加解列; 當進(jìn)口、出口旁路閥關(guān)到位后，液壓缸上腔繼續保持壓力，以確保旁路閥動(dòng)作安全可靠。
由液動(dòng)自力式三通閥工作過(guò)程可知，液壓缸內壓力的變化決定著(zhù)閥芯的運動(dòng)狀態(tài)，對閥芯的運動(dòng)過(guò)程的控制是有重要的工程意義的，其作用表現在2 個(gè)方面:
(1) 液動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(cháng)則會(huì )影響高加解列，不利于系統安全運行，故鍋爐給水系統工藝設計要求液動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)間小于5s;
(2) 如液動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)短，則意味著(zhù)閥芯以很高的速度關(guān)閉，這樣會(huì )在關(guān)閉的瞬間閥芯與閥體產(chǎn)生較大的沖擊作用力導致閥芯或閥體密封面損壞。
因而對閥芯關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行理論分析將有助于給水三通閥的安全長(cháng)壽運行。
(1) 閥的關(guān)閉過(guò)程是一個(gè)非穩態(tài)過(guò)程，速度由零達到某一最大速度，計算表明，本圖所給結構閥芯最大運動(dòng)速度約為0.9m/s，在后續設計中可參考這速度分析閥芯關(guān)閉時(shí)是否會(huì )對閥座造成沖擊損壞;
(2) 液動(dòng)三通閥的關(guān)閉過(guò)程非常迅速，特別閥芯從靜止狀態(tài)加速到最大速度的時(shí)間小于1ms，因而在計算閥的關(guān)閉時(shí)間及閥芯關(guān)閉速度時(shí)可不用考慮閥的加速過(guò)程，只需按平衡態(tài)計算;
(3) 通過(guò)改變控制閥的流阻及管道直徑均能起到改變閥芯關(guān)閉時(shí)間的作用，但管道直徑的變化所起作用遠大于調節閥對關(guān)閉時(shí)間的影響。故設計液壓缸時(shí)應先合理設計管道直徑。
參考文獻：
[1]孟新凌.超超臨界火電機組閥門(mén)國產(chǎn)化研究[J].石油化工設備,2008,(6):35-39.
[2]堯國富.我國火電廠(chǎng)高端閥門(mén)現狀與分析[J].電力技術(shù),2009,(2):21-26.
[3]成雷.殼牌煤氣化裝置中煤粉輸送系統特種閥的故障分析及其國產(chǎn)化進(jìn)展[J].流體機械,2010,38(8):57-59.
[4]莫乃榕.工程流體力學(xué)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000:147-153.
[5]翟瑞彩.數值分析[M].天津:天津大學(xué)出版社,2000:276-289.
[6]賈秋玲.基于MATLAB7.X/SIMULINK/STATE-FLOW系統仿真、分析及設計[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2006:105-183.
[7]王正林.精通MATLAB7[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.
