直動(dòng)電磁閥線(xiàn)圈溫度場(chǎng)特性分析

　　組合閥由 3 個(gè)直動(dòng)電磁閥組成，電磁閥的性能直接影響組合閥的性能，從而影響控制棒水壓驅動(dòng)技術(shù)的運行性能。而電磁閥線(xiàn)圈的正常運行直接影響電磁閥的工作性能，因此，本文對電磁線(xiàn)圈發(fā)熱情況進(jìn)行了研究。運用ANSYS 電磁場(chǎng)分析軟件，變化輸入電流，對直動(dòng)電磁閥線(xiàn)圈進(jìn)行了溫度場(chǎng)特性分析，并予以了實(shí)驗驗證。結果表明，當電流增大時(shí)，溫度升高;內壁溫度高于外壁溫度，中心溫度高于邊緣溫度，其中內壁中心溫度最高;線(xiàn)圈最高溫度低于其破壞溫度;獲得了線(xiàn)圈等效導熱系數;在考慮誤差的條件下，計算分析有較高的準確性。為電磁閥工作參數設計提供了依據。

　　核反應堆控制棒驅動(dòng)機構是反應堆最關(guān)鍵的安全設備，擔負著(zhù)反應堆的啟動(dòng)、功率調節及停堆等重要功能�？刂瓢羲畨候寗�(dòng)系統[2]是一種新型的內置式控制棒驅動(dòng)技術(shù)，它是在對清華大學(xué)發(fā)明的水力驅動(dòng)控制棒系統深入研究的基礎上，結合商用壓水堆磁力提升器的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的。組合閥是控制棒水壓驅動(dòng)系統的關(guān)鍵設備，驅動(dòng)機構的運動(dòng)就是通過(guò)電磁閥發(fā)出的脈沖水流進(jìn)行控制調節[3]。組合閥是由電磁閥、閥頂蓋、閥本體和閥底座組成，其中直動(dòng)電磁閥是組合閥的重要組成部分。

　　電磁閥是自動(dòng)化儀表中執行器的一大分支，具有重量輕、尺寸小、型式多樣，動(dòng)作時(shí)間極快，電信號傳輸，便于與計算機連接等等，因此，電磁閥在工農業(yè)、運輸業(yè)、航天航空業(yè)、旅游業(yè)以及生活設施等各個(gè)方面均獲得廣泛運用。電磁閥按其能量轉換方式可分為以下2 種：直動(dòng)式電磁閥和先導式電磁閥。

　　本文以直動(dòng)電磁閥為研究對象，就控制棒水壓驅動(dòng)系統運行過(guò)程中直動(dòng)電磁閥線(xiàn)圈多種運行工況運用ANSYS 軟件進(jìn)行了溫度場(chǎng)特性分析。

1、計算模型

　　控制棒水壓驅動(dòng)系統中的組合閥結構由圖 1 可見(jiàn)。主要由頂蓋1、動(dòng)鐵芯2、定鐵芯3、大推桿4、線(xiàn)圈上蓋板5、外殼6、線(xiàn)圈7、線(xiàn)圈下蓋板8 等組成。其中動(dòng)鐵芯和定鐵芯的材料為1J50，大推桿的材料為1Cr18Ni9Ti，線(xiàn)圈上蓋板和下蓋板的材料為DT4C，外殼的材料為10 鋼。線(xiàn)圈匝數為13205 匝。直動(dòng)電磁閥的輸入電流為直流電0.05–0.25 A。

圖 1 電磁閥結構示意圖

　　圖2(a)為線(xiàn)圈結構簡(jiǎn)圖，其中1，2，3，4，5，6 各點(diǎn)為實(shí)驗測量各點(diǎn)。在分析中，獲取其計算值并與實(shí)驗室對比。由于電磁線(xiàn)圈具有軸對稱(chēng)的結構特點(diǎn)，將其簡(jiǎn)化為二維模型進(jìn)行計算求解(圖2(b))。模型分為2 種材料區域，由表1 所示。其中線(xiàn)圈的導熱系數未知，首先遍歷求解估計區間內所有導熱系數值，然后對照實(shí)驗結果得出。

表1 材料導熱系數

5、結語(yǔ)

　　(1) 隨著(zhù)時(shí)間增加，溫度增加，且達到穩定狀態(tài)。當電流增大時(shí)，溫度升高，且呈現2 次關(guān)系。內壁溫度高于外壁溫度，中心溫度高于邊緣溫度。

　　(2) 獲取了線(xiàn)圈的等效導熱系數經(jīng)驗公式，為電磁閥設計提供了參考數據。

　　(3) 線(xiàn)圈的最高溫度低于其破壞溫度,保證其正常運行。

　　(4) 在考慮環(huán)境溫度影響下，數值模擬值和實(shí)驗值符合較好。