超超臨界機組自力式液動高加給水三通閥關(guān)閉瞬態(tài)動力學(xué)分析

　　建立了超超臨界機組自力式液動高加給水三通閥關(guān)閉瞬態(tài)動力學(xué)方程式,并采用MATLAB編程求解了動力學(xué)微分方程式,計算得到了三通閥關(guān)閉速度、關(guān)閉時間等重要特征參數(shù)。計算表明液動閥在毫秒級的時間內(nèi)完成從靜止到加速過程,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;液壓缸進出口管徑的大小對閥關(guān)閉時間有著重要的影響,應(yīng)在合理設(shè)計進出口管徑基礎(chǔ)之上再選擇適當?shù)恼{(diào)節(jié)閥,以便精確控制閥關(guān)閉時間。

　　關(guān)鍵詞：超超臨界機組;三通閥;高壓加熱器;液動;關(guān)閉時間;動力學(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)

　　液動高加給水三通閥專為高壓加熱器運行和解列切換而設(shè)計，是保障鍋爐給水系統(tǒng)安全運行的重要的控制閥門。當鍋爐系統(tǒng)正常運行時，鍋爐給水從三通閥的主回路進入高壓加熱器，通過出口閥至鍋爐。當高加出現(xiàn)故障時，高加給水三通閥的主回路快速關(guān)閉，旁通回路打開，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和液動自力式等形式［1］。電動形式采用多種結(jié)構(gòu)的電機執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)三通閥的開閉。液動自力式三通閥是根據(jù)高加給水管路里的差壓來進行動作的。由于自力式三通閥不需要額外的動力源，且閥門啟閉時間可根據(jù)需要進行調(diào)整。因而具有操作簡便、可靠耐用等優(yōu)點，在高參數(shù)的機組中得到廣泛的應(yīng)用［2，3］。

　　液動自力式三通閥工作過程是: 當高壓加熱器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，鍋爐控制系統(tǒng)輸出信號，打開控制針閥及快開閥( 如圖1 所示) ，控制針閥開啟將執(zhí)行機構(gòu)液壓缸上腔充液加壓，快開閥開啟將液壓缸下腔壓力泄放。2 個閥開啟后在液壓缸產(chǎn)生壓力差，閥芯在壓差的推動下向下運動，關(guān)閉主回路，同時打開旁路，完成高加解列; 當進口、出口旁路閥關(guān)到位后，液壓缸上腔繼續(xù)保持壓力，以確保旁路閥動作安全可靠。

　　由液動自力式三通閥工作過程可知，液壓缸內(nèi)壓力的變化決定著閥芯的運動狀態(tài)，對閥芯的運動過程的控制是有重要的工程意義的，其作用表現(xiàn)在2 個方面:

　　(1) 液動閥關(guān)閉時間過長則會影響高加解列，不利于系統(tǒng)安全運行，故鍋爐給水系統(tǒng)工藝設(shè)計要求液動閥關(guān)閉時間小于5s;

　　(2) 如液動閥關(guān)閉時間過短，則意味著閥芯以很高的速度關(guān)閉，這樣會在關(guān)閉的瞬間閥芯與閥體產(chǎn)生較大的沖擊作用力導(dǎo)致閥芯或閥體密封面損壞。

　　因而對閥芯關(guān)閉時間進行理論分析將有助于給水三通閥的安全長壽運行。

　　(1) 閥的關(guān)閉過程是一個非穩(wěn)態(tài)過程，速度由零達到某一最大速度，計算表明，本圖所給結(jié)構(gòu)閥芯最大運動速度約為0.9m/s，在后續(xù)設(shè)計中可參考這速度分析閥芯關(guān)閉時是否會對閥座造成沖擊損壞;

　　(2) 液動三通閥的關(guān)閉過程非常迅速，特別閥芯從靜止狀態(tài)加速到最大速度的時間小于1ms，因而在計算閥的關(guān)閉時間及閥芯關(guān)閉速度時可不用考慮閥的加速過程，只需按平衡態(tài)計算;

　　(3) 通過改變控制閥的流阻及管道直徑均能起到改變閥芯關(guān)閉時間的作用，但管道直徑的變化所起作用遠大于調(diào)節(jié)閥對關(guān)閉時間的影響。故設(shè)計液壓缸時應(yīng)先合理設(shè)計管道直徑。

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