【正文】 Y 780535 分類(lèi)號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 工學(xué)碩士學(xué)位論文 主冷凝器水位調(diào)節(jié)器的 設(shè)計(jì)研究 碩士研究生 ： 陳 亮 指導(dǎo)教師 ： 韓偉實(shí) 教授 學(xué)位級(jí)別 ： 工學(xué)碩士 學(xué)科、專(zhuān)業(yè) ： 核能科學(xué)與工程 所在單位 ： 動(dòng)力與核能工程學(xué)院 論文提交日期： 20xx年 2月 論文答辯日期： 20xx年 2月 學(xué)位授予單位： 哈爾濱工程大學(xué) 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要 當(dāng)前的主冷凝器水位調(diào)節(jié)裝置存在著靈敏度低、穩(wěn)定性差、設(shè)備 龐大、裝卸維修不便等缺陷， 一 定程度上限制 了動(dòng)力裝置的 正常工作。 鑒于上述問(wèn)題的考慮，有必要設(shè)計(jì)一種新型的水位調(diào)節(jié)裝置，改善冷 凝器的工作環(huán)境。 本文設(shè)計(jì)的水位調(diào)節(jié)器是一種全新的水位調(diào)節(jié)裝置，在設(shè)計(jì)原理 和機(jī)構(gòu)上完全不同以往的水位調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器是一種純機(jī)械的調(diào)節(jié) 裝景，采用自能源的調(diào)節(jié)方式，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不須外界提 供任何動(dòng)力。在該調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中有效的將噴嘴擋板理論和節(jié)流 管調(diào)控式閥門(mén)的設(shè)計(jì)理論結(jié)合起來(lái)，使得該調(diào)節(jié)器具有快速、可靠、 靈敏度高的特性。同時(shí)，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用 Pro／ E、 ANSYS、 FLUENT等 CAD和 CAE軟件，降低了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，提高了工 作效率，為以后的工程設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。 為了驗(yàn)證本課題設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器是否符合設(shè)計(jì)要求，在哈爾濱工程 大學(xué)“ 01”蒸汽動(dòng)力裝置上搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，并進(jìn)行了冷態(tài)工況的調(diào) 節(jié)實(shí)驗(yàn)，對(duì)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。 關(guān)鍵詞： 調(diào)節(jié)器；噴嘴擋板；節(jié)流管；冷凝器 哈爾濱丁程犬學(xué)碩士學(xué)位論文 ABSTRACT At present． the water level acmodation instrument of the main condenser has some bugs， such as， low sensitivity,bad stability， too large facilities， and difficult to load and maintain． To some extent， it restricts the normal work of the dynamic equipment． For that question above， there is needed to design another water level acmodation instrument to improve the surrounding of the work． The water level acmodation instrument designed in this thesis is pletely new equipment． It has differences in design theory and anization from the past． That instrument is pure mechanic， and it used a way of selfacmodation without any motivity in the entire system operation． During the design course， it effectively bined the muzzle baffle theory with the theory of the throttle pipe control valve， which makes the acmodation instrument fleetness， reliable， and sensitive． Meanwhile， in the course of the concrete design， with the use of the CAD and CAE software， Pro／ e， ANSYS， and FLUENT， it reduce the design difficulty and increase the work efficiency， then provide a new way for the future engineering design． For the sake of identifying if the acmodation instrument designed in the thesis could meet the demand， we built the experience platform on the” 01” steam dynamic instrument in Harbin Engineering University． We experienced on the cold work condition， and verify the acmodation capability of the instrument． Keywords： acmodation instrument； muzzle baffle； throttle pipe； condenser 哈爾濱工程大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等的 引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已經(jīng)注明 引用的內(nèi)容外 ，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己公開(kāi)發(fā) 表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律 結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者 (簽字 )：藍(lán)蠢 日 期：力心年三 月衛(wèi)礦 Et 哈爾濱． L．程大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章 緒論 1． 1主冷凝器水位調(diào)節(jié)器的研究背景 1． 1． 1主冷凝器簡(jiǎn)介 蒸汽動(dòng)力裝置是利用熱源將通過(guò)鍋爐和蒸發(fā)器的水加熱為蒸汽， 利用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳或發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū) 動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)或發(fā)電的目 的 。這就涉及到一個(gè)問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)這一目 的，必須源源不斷向鍋爐或蒸發(fā)器提供足夠的淡水。在蒸汽動(dòng)力裝置 中，功率越大，給水量越大，以一個(gè) 300 MW的發(fā)電機(jī)組為例，每小時(shí) 需向鍋爐提供 1000噸水。如果都靠軟化水，則設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都 很昂貴。通過(guò)汽輪機(jī)的高溫高壓蒸汽做功后，蒸汽參數(shù)發(fā)生很大的變 化，整個(gè)乏汽所占據(jù)的空間非常驚人，如果不加以利用的話(huà)，僅僅是 排出乏汽也是一項(xiàng)很重的負(fù)擔(dān)，特別是在核潛艇上，將大大降低其隱 蔽性，削弱戰(zhàn)斗力。同時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)的乏汽的冷凝水水質(zhì)非常優(yōu)良， 經(jīng)過(guò)除氧、過(guò)濾等一些必要 的處理就可以達(dá)到二回路水質(zhì)的要求，而 且流量很大，基本上可以滿(mǎn)足二回路用水的要求。如果利用一種設(shè)備 將乏汽冷凝為水作為熱力系統(tǒng)做功的工作水，即完成了一個(gè)閉式循環(huán)， 使得做功過(guò)程得以持續(xù)進(jìn)行下去；又降低了運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)的 經(jīng)濟(jì)性。主冷凝器就是實(shí)現(xiàn)這一目的的設(shè)備。 1． 1． 2主冷凝器水位調(diào)節(jié)的意義 主冷凝器是蒸汽動(dòng)力裝置中的重要設(shè)備，在熱力循環(huán)中起到了冷 源的作用” 1。主冷凝器中水位的高低對(duì)主冷凝器甚至整個(gè)蒸汽動(dòng)力裝 置的正常工作有著重大的影響，直接影響著整個(gè)裝置的安全性和經(jīng)濟(jì) 性。水位過(guò)高，將影響 蒸汽的冷凝效果，并引起主冷凝器中真空度的 下降，近而降低汽輪機(jī)末級(jí)葉片的絕熱焓降，降低了汽輪機(jī)的熱效率； 哈爾濱。 i：程犬學(xué)碩士學(xué)位論文 水位過(guò)低，由于冷凝水的壓力過(guò)低，冷凝泵易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，同時(shí)也 將影響到主冷凝器的除氧效果。所以必須保持主冷凝器中的水位在一 個(gè)合理范圍內(nèi)，只有這樣才能保證主冷凝器的正常工作。一般主冷凝 器都裝有水位調(diào)節(jié)器，自動(dòng)保持主冷凝器內(nèi)的水位穩(wěn)定。裝有自動(dòng)調(diào) 節(jié)裝置一方面可以減少運(yùn)行人員 (或運(yùn)行崗位 )，同時(shí)還可以提高整個(gè) 系統(tǒng)的 服務(wù) 質(zhì)量” 1。 但是 ，當(dāng)前 的主 冷凝 器水位 調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 存在靈 敏 度 差、故障率高、調(diào)節(jié)效果差等缺陷，因此設(shè)計(jì)一種新型的主冷凝器水 位調(diào)節(jié)裝置，改善其水位調(diào)節(jié)特性，提高其工作穩(wěn)定性就顯得異常重 要了。 本論文就是針對(duì)目前主冷凝器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的一 些問(wèn)題，提出一種新型的主冷凝器水位調(diào)節(jié)方案。該方案與以往的調(diào) 節(jié)方法有著顯著的區(qū)別，采用組合控制的方式，不需要外界提供任何 動(dòng)力，依靠自身的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力來(lái)工作，是一種完全自能源的 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該調(diào)節(jié)器主要包括三個(gè)部分：穩(wěn)壓器、雙噴嘴一擋板發(fā)訊器、 節(jié)流管調(diào)節(jié)閥。簡(jiǎn)而言之，就是利用利用水位的變化，雙噴嘴一 擋板 機(jī) 構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)差壓信號(hào)，以這個(gè)差壓信號(hào)為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)節(jié)流管，進(jìn)而改 變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)。 1． 2液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概述 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)液位進(jìn)行控制的場(chǎng)所隨處可見(jiàn)。大 到工業(yè)鍋爐，小到生活中常用的電加熱器均需對(duì)液位進(jìn)行控制。在一 些特殊的場(chǎng)所，液位的控制非常重要，液位控制的好壞不僅影響到設(shè) 備能否安全的工作，還會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要的影響。因此，液位的 控制越來(lái)越為人們所關(guān)注，液位控制已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要 問(wèn)題。伴隨這一問(wèn)題的出現(xiàn)，涌現(xiàn)出種類(lèi)繁多的液位調(diào)節(jié)器。液位調(diào) 節(jié)系統(tǒng)是用 以保持壓力容器內(nèi)的液位在給定的高度上，使之不超出給 定范圍 的一 套調(diào)節(jié) 裝置 “ 1。通常 是通 過(guò)控 制流入 、流 出壓 力容器 的 液 體的流量來(lái)控制的?？肯蛉萜髋湃胍后w來(lái)保持液位的稱(chēng)為供給式調(diào)節(jié) 器；靠從容器向外排出液體來(lái)保持液位的稱(chēng)為排出式調(diào)節(jié)器。本課題 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 所設(shè)計(jì)的水位調(diào)節(jié)器就是屬于供給式液位調(diào)節(jié)器。 1． 2． 1液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要形式 液位調(diào)節(jié)器的主要形式有電動(dòng)式和機(jī)械式兩種。電動(dòng)式是利用液 位的變動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)充分放大后輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控 制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)液 位的調(diào)節(jié)。機(jī)械式是一種完全不同于電動(dòng) 式的調(diào)節(jié)方式，目前來(lái)看，機(jī)械式主要分為兩種形式：一種是自能源 的；一種是手動(dòng)的。自能源常用于比較龐大的設(shè)備的液位控制，特別 是一些大的調(diào)節(jié)閥公稱(chēng)直徑高達(dá)數(shù)米，此時(shí)依靠人力進(jìn)行控制難以實(shí) 現(xiàn)的。同時(shí)自能源的調(diào)節(jié)方式還具有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，杜絕了人為調(diào) 節(jié)所具有的靈敏度差、調(diào)節(jié)滯后等缺點(diǎn)。手動(dòng)調(diào)節(jié)方式目前只用于一 些對(duì)調(diào)節(jié)精度要求不是很高的場(chǎng)所，且有逐漸被取代的趨勢(shì)。 1． 2． 2液位調(diào)節(jié)器主要組成部分 調(diào)節(jié)器的主要組成部分有：液位信號(hào)的測(cè)量部分，液位信號(hào)的轉(zhuǎn) 換部分、信 號(hào)放大部分，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成”168。””168。砌陽(yáng) 3。液位信號(hào)測(cè)量部 分用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量液位的變化，體現(xiàn)在工程中的是各種形式的液位計(jì)。 液位信號(hào)的轉(zhuǎn)換部分將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)，通常為電信號(hào)或 壓力信號(hào)，如差壓變送器和本文中提到的噴嘴擋板機(jī)構(gòu)。信號(hào)的放大 部分通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)放大器將轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的電信號(hào)或壓力信號(hào)放大至一 定程度，直至可以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)器的核心部分， 是最終的運(yùn)動(dòng)部件，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制流體的流量，實(shí)現(xiàn)液位的控 制。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程可用圖 1． 1來(lái)演示： 圖卜 1液位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的原理圖 哈爾濱‘ l：群人學(xué)碩士學(xué)位論文 1． 3水位調(diào)節(jié)器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況 水位調(diào)節(jié)器作為液位調(diào)節(jié)器的一種，有著悠久的發(fā)展歷史，其發(fā) 展貫穿了整個(gè)文明社會(huì)的發(fā)展過(guò)程，遙遠(yuǎn)時(shí)期的水壩就是一種特殊形 式的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。隨著科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，各種先進(jìn)的控制手 段的不斷涌現(xiàn)，水位調(diào)節(jié)方式也發(fā)生了很大的變化，調(diào)節(jié)方式變得更 加簡(jiǎn)單易行，調(diào)節(jié)效果更加可靠，調(diào)節(jié)手段也更加豐富。目前的主冷 凝器水位調(diào)節(jié)器研究和使用主要分為兩個(gè)方向：機(jī)械式和電動(dòng)式兩種。 早期的主冷凝器水位調(diào)節(jié)器采用的是完全機(jī)械 的調(diào)節(jié)方式，具體表現(xiàn) 為浮球式、浮子式“們“”“”““。下面以哈爾濱工程大學(xué)的“ 01”蒸汽動(dòng) 力裝置的主冷凝器水位調(diào)節(jié)器為例，說(shuō)明機(jī)械式水位調(diào)節(jié)器的工作原 理及存在的問(wèn)題，其系統(tǒng)工作原理如圖 1． 2所示： i．主冷凝器 2．熱阱 3．浮予一連桿水位調(diào)節(jié)器 4．噴射泵 圖 I． 2“ 0I”蒸汽動(dòng)力裝置主冷凝器水位調(diào)節(jié)器系統(tǒng)圖 4