大型壓力調(diào)節(jié)閥的動態(tài)分析及故障檢測研究.pdf

1、調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、核電、化工等流體控制場合，是物料或能量供給系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。在鋼廠的循環(huán)發(fā)電工程中，各鋼廠利用公稱直徑d≥200mm的大型調(diào)節(jié)閥對混合煤氣進(jìn)行壓力控制。調(diào)節(jié)閥由于長時間的運(yùn)行磨損、設(shè)備的自然老化以及人為損壞等因素影響，故障時有發(fā)生，將導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備停機(jī)，不僅對電網(wǎng)造成沖擊，而且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。大型壓力調(diào)節(jié)閥的動態(tài)分析和故障診斷已成為鋼廠循環(huán)發(fā)電工程中的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。針對鋼廠循環(huán)發(fā)電工程中大型壓

2、力調(diào)節(jié)閥故障及檢測問題，本文進(jìn)行了如下的研究工作:
　　 系統(tǒng)研究了大型壓力調(diào)節(jié)閥動態(tài)分析及故障檢測的有關(guān)問題。提出了大型壓力調(diào)節(jié)閥在減振、節(jié)能、降噪、故障檢測及定位研究中仍需解決的問題，指出可根據(jù)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究減振，根據(jù)內(nèi)部流場研究節(jié)能及降噪，以及根據(jù)故障動態(tài)特征研究檢測及定位。
　　 根據(jù)調(diào)節(jié)閥動態(tài)分析及故障檢測的相關(guān)理論，研究了調(diào)節(jié)閥泄漏和堵塞故障的檢測機(jī)理，提出了混合煤氣的質(zhì)量流函數(shù)，建立了檢測混合煤氣質(zhì)量

3、流的數(shù)學(xué)模型。此外，在故障定位研究中，引入質(zhì)量流梯度，分析了泄漏和堵塞故障的定位機(jī)理，為后續(xù)章節(jié)的進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)。
　　 研究了大型壓力調(diào)節(jié)閥的動態(tài)模擬及優(yōu)化。建立了大型壓力調(diào)節(jié)閥的三維實(shí)體模型，并對其進(jìn)行了模態(tài)分析，結(jié)果表明，調(diào)節(jié)閥的固有頻率總體上隨相對開度的增加而較小，在此基礎(chǔ)上，提出了基于擴(kuò)展主動變剛度的調(diào)節(jié)閥振動控制的方法。建立了調(diào)節(jié)閥的流道模型，采用混合煤氣為介質(zhì)分析了調(diào)節(jié)閥的流量特性、壓差-流量和開度-壓差特

4、性。分析了調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場漩渦產(chǎn)生的原因，并通過流道的優(yōu)化，消除閥座處的漩渦，減小閥出口處的漩渦。討論了調(diào)節(jié)閥噪聲產(chǎn)生的原因及影響因素。針對噪聲控制，提出了基于變節(jié)流面迂回通路的調(diào)節(jié)閥噪聲治理的方法，設(shè)計了帶錐度的多孔式套筒。分析了多孔式套筒孔的大小和數(shù)量對降噪的影響。結(jié)果表明，采用有錐度的多孔式套筒不僅消除了閥出口下方的大漩渦、減小了左側(cè)腔的漩渦，而且較普通的多孔式套筒降噪效果更明顯。
　　 研究了調(diào)節(jié)閥泄漏時的動態(tài)特征及檢測、

5、定位方法。建立了調(diào)節(jié)閥入口、出口、閥桿和閥體閥蓋處泄漏的三維模型及其流道模型，對不同泄漏故障進(jìn)行了模態(tài)分析、流場分析。結(jié)果表明，泄漏故障降低大部分階次的固有頻率，調(diào)節(jié)閥的入口、出口泄漏的流量特性曲線較無故障時有輕微下凹，使其流量特性減弱。針對泄漏故障提出了泄漏口流量特性，入口、出口泄漏口流量特性曲線類似于下降的線性特性曲線，閥蓋泄漏口和閥桿泄漏口的流量特性曲線類似于向下傾斜的正弦曲線。出現(xiàn)泄漏故障時為減小能源損失，在保證閥后壓力穩(wěn)定的情

6、況下應(yīng)盡量提升閥前壓力。分析了泄漏口大小、數(shù)量對調(diào)節(jié)閥壓差-流量，以及泄漏故障對調(diào)節(jié)閥噪聲的影響。根據(jù)調(diào)節(jié)閥泄漏故障內(nèi)部流場的動態(tài)特征，研究了調(diào)節(jié)閥泄漏故障的檢測及定位，提出了采用質(zhì)量流進(jìn)行泄漏檢測，雙質(zhì)量流差進(jìn)行泄漏定位的方法，并總結(jié)出相應(yīng)的泄漏定位判定表。
　　 研究了調(diào)節(jié)閥堵塞時的動態(tài)特征及檢測、定位方法。建立了調(diào)節(jié)閥入口、出口及閥體內(nèi)堵塞的三維實(shí)體模型，并通過模態(tài)分析得到閥入口堵塞和閥體內(nèi)堵塞降低調(diào)節(jié)閥的固有頻率，閥出口

7、堵塞提高調(diào)節(jié)閥的固有頻率。在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，建立了各堵塞故障的流道模型，分析其內(nèi)部流場，結(jié)果表明，堵塞故障使流量特性曲線凸起，流量減小，需要增加開度或壓差才能達(dá)到預(yù)定的流量。分析了堵塞物的大小及數(shù)量對調(diào)節(jié)閥流場的影響，得到流量受出口堵塞的影響大于入口堵塞，隨出口堵塞物的增大急劇減小，同時研究了堵塞故障對調(diào)節(jié)閥噪聲的影響。根據(jù)調(diào)節(jié)閥堵塞故障內(nèi)部流場的動態(tài)特征，研究了調(diào)節(jié)閥堵塞故障時的檢測及定位，提出了采用質(zhì)量流波動檢測堵塞，同樣采用

8、雙質(zhì)量流差方法進(jìn)行堵塞定位，并總結(jié)出相應(yīng)的堵塞定位判定表。
　　 構(gòu)建了調(diào)節(jié)閥動力學(xué)性能及質(zhì)量流檢測試驗(yàn)系統(tǒng)。對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了模態(tài)實(shí)驗(yàn)和質(zhì)量流檢測試驗(yàn)，以及調(diào)節(jié)閥故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計。通過調(diào)節(jié)閥的模態(tài)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了調(diào)節(jié)閥建模的準(zhǔn)確性以及仿真數(shù)據(jù)的可信性。通過質(zhì)量流檢測試驗(yàn)，證明混合煤氣質(zhì)量流的數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確的反映并監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量流的變化，以及調(diào)節(jié)閥故障診斷系統(tǒng)的可行性。
　　 本課題得到國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目“鋼廠循環(huán)發(fā)電工