【正文】 o． 01MPa的工作水。由于膜片具有一定的彈性，使得節(jié) 流管的運(yùn)動(dòng)較為穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)較大的震蕩。 2．浮子的 材料選 為鈦 合金。、 x。、擋板的零位間隙 x。在這一差壓作用下， 節(jié)流管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，向下運(yùn)動(dòng)，使得下腔室的壓力升高。因此，利用電動(dòng)給水泵從熱阱向主冷凝器補(bǔ)水來模擬冷凝器 中蒸汽凝結(jié)為水這一動(dòng)態(tài)過程。當(dāng)主冷凝器中的水位過高時(shí)，將影響 蒸汽的冷凝 并引起冷 凝器中真 空的下降 ，進(jìn)而降 低汽輪機(jī) 的工作效 率； 當(dāng)主冷凝器的水位過低時(shí)，凝水泵易發(fā)生汽蝕，從而降低設(shè)備的使用 壽命，增加經(jīng)濟(jì)投入。 3． 5本章小節(jié) 本章簡要介紹了調(diào)節(jié)閥的概況、組成、分類?？烧{(diào)比的大小直接決定了 流量 特性曲線的走向，反映了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能的大小，是由調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)所決定，一般希望可調(diào)比盡可能大些，但由于髟。子：碩十學(xué)位論文 從上述流量特性曲線中可以看出：快開流量特性閥門在開度較小 時(shí)就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就達(dá)到最大，此后再 增加開度，流量變化很小。 41][4 2]cd 3] 入口漸縮管： 卣 =∞ l在保證177。因而，在 低雷諾數(shù)的流動(dòng)情況下，應(yīng)對(duì)流量系數(shù)進(jìn)行校正。閃蒸和空化現(xiàn)象的發(fā)生 不但影響閥門的選擇，而且將 29 哈爾濱工程人學(xué)碩十學(xué)位論文 產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲、震動(dòng)和材料的腐蝕，直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。 所以在流量系數(shù)的計(jì)算過程中，應(yīng)先判別閥內(nèi)流體的流動(dòng)情況， 針對(duì)是否出現(xiàn)阻 塞流而采用 不同的計(jì)算 方法。一般 E=O． 50． 98， FL越小， A P 比只一乓，小的很多，即壓力恢復(fù)越大。 q 圖 3． 3 Q與√△ P的關(guān)系曲線 如圖 3． 3所示，當(dāng)阻塞流出現(xiàn)后，流量與△ P之間的關(guān)系不再遵 循公式 (3— 4)。 3． 3． 2壓力恢復(fù)系數(shù)以及阻塞流的影晌 在調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)的計(jì)算公式中，把調(diào)節(jié)閥前后的壓差理解為 閥前的壓力直接降為閥后的壓力?！?P一 100kPa Q五。 通常用閥前后的壓差表示阻力損失的大小。由于可壓縮流體和不可壓縮流 體的流量系數(shù)計(jì)算方法完全不同，而本課題中涉及到的調(diào)節(jié)閥的工作 介質(zhì)為不可壓縮流體，因此在本章中介紹的是不可壓縮流體流量系數(shù) 的計(jì)算方法。 3． 3調(diào)節(jié)閥口徑的選擇 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇主要包括兩部分：閥座口徑的選擇、閥門公稱 直徑的選擇。通過調(diào)節(jié)閥的 動(dòng)作 ，可以對(duì)溫度、壓力、流量、液位等四大熱工參數(shù)進(jìn)行控制。舯 1。當(dāng) L／ x。通常采用短管型節(jié)流孔作為固定節(jié)流口， 其長度與直徑的比一般為 2～ 4。 8時(shí)， DN／ D。 零位間隙的最大值可以這樣確定：使噴嘴面積比噴嘴和擋板間的 哈爾濱』程大學(xué)碩 +學(xué)位論文 環(huán)形節(jié)流面積充分大，以保證環(huán)形節(jié)流面積是可控的節(jié)流口，避免產(chǎn) 生流量飽和現(xiàn)象。 2． 5噴嘴擋板閥的設(shè)計(jì) 噴嘴擋板閥的設(shè)計(jì)比較簡單，參數(shù)的選擇計(jì)算主要是確定噴嘴直 徑 D。： +吃 A+降 (8碼覡。每 一個(gè)噴嘴在擋板上所 產(chǎn)生的液動(dòng)力可由式 (2— 30)求出， 即一 J168。在 xf=O及 哈爾濱 L程大學(xué)碩士學(xué)位論文 Pa=12n的零點(diǎn)處求式 (226)的導(dǎo)數(shù)值，可得零位液動(dòng)力剛度為 剿： _4以；脅 腫 出， l ” (2吲 ) 這種負(fù)剛度具有一種不穩(wěn)定的作用，因此要求驅(qū)動(dòng)擋板的動(dòng)力源 具有較大的正剮度來與之相抵償。 (2— 28) 噴嘴孔斷面上的平均流速可由下式求出， 礦：盟：魚堡墮 !二立叢 !塑壘 1山： — 4C． (X： ox： — )厄 p)ea堿／ 4 (2— 29) DⅣ 將此式代入式 (2— 28)，則 得㈣小學(xué) I ∽ s。我們假定： 1)噴嘴端部 是銳邊的 2)噴嘴與擋板間的距離與噴嘴孔直徑相比是很小的 (通常 z。 1：：：，居峨一警 q ∽ 19) △ Q』 xD～ f兩 pSAx， +警蛆 (2_2 o) 將式 (3— 19)和式 (3— 20)相加，并與峨 =媚一蠅合并，則得 △絨 =％柏。給定一系列驍值，然后利用式 (2— 16) 和 (2— 17)分別求出對(duì)應(yīng)的只和己值，再利用式 (2— 18)的關(guān)系，就可畫 出 Q’ =見 (z， B)的曲線，如圖 2． 5所示： 雙噴 嘴擋 板閥 在擋 板偏 離零 位 時(shí)， 一個(gè) 噴嘴 腔的 壓力 升高 ， 另一 個(gè)噴嘴腔的壓力降低。 V口 ?？梢蕴岣唛y的流量增益，但會(huì)使零位泄漏流量增大。 3H2”” 。 1 2 1 、 、 O 8 ＼ 、 0 6 ∞ d／ 0d ＼ 、 O 4 、 、●、 、●、 0 2 ‘ 1k ’ — h 。噴嘴與擋板間的環(huán) 形面積構(gòu)成了可變節(jié)流口。在“ 01”蒸汽動(dòng)力裝置 的主冷凝器水位調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行冷態(tài)實(shí)驗(yàn)。由于節(jié)流管 調(diào)控閥門具有動(dòng)作速度快，靈敏度高等 特點(diǎn)，使得整個(gè)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作更加安全、可靠、及時(shí)。只要 主冷凝器內(nèi)的水位一發(fā)生變化，噴嘴的就輸出一個(gè)壓差信號(hào)，改變調(diào) 節(jié)閥的開度，對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)該裝置不存在測量裝置和其它的 附屬 機(jī)構(gòu)，使得該調(diào)節(jié)器的實(shí)時(shí)性和同步性非常好，始終保持主冷凝 器內(nèi)的水位在 正常水位。特別 是在潛艇上，由于潛艇上空氣潮濕，搖擺劇烈等，電動(dòng) 式調(diào)節(jié)方式的 可靠性和安 全性難以得 到保證， 同時(shí)由于設(shè) 備的重要性 ， 一旦發(fā)生故障將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這些都決定了必須采 用晟穩(wěn)妥的調(diào)節(jié)方式，以此保證在任何工況下都可對(duì)水位進(jìn)行正常調(diào) 節(jié)。該調(diào)節(jié)裝愛與第一種相比有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，該裝 置控制可靠，維修方便，調(diào)節(jié)速度快，靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)水位的快速 調(diào)節(jié)，在任何工況下都可實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)。但是由于 該裝置存在顯著的缺點(diǎn)，如該調(diào)節(jié)裝置容易卡死、故障率高、長期運(yùn) 行設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，大大的制約了該設(shè)備的應(yīng)用，目前已完全被 取代。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，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制流體的流量，實(shí)現(xiàn)液位的控 制。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)。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。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)力來工作，是一種完全自能源的 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。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。這就涉及到一個(gè)問題，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。同時(shí)，在具體的設(shè)計(jì)過程中，通過應(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。 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。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。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。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。在一 些特殊的場所，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。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)。液位信號(hào)測量部 分用來實(shí)時(shí)測量液位的變化，體現(xiàn)在工程中的是各種形式的液位計(jì)。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，說明機(jī)械式水位調(diào)節(jié)器的工作原 理及存在的問題，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 哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文 該動(dòng)力裝置的主冷凝器水位調(diào)節(jié)器中不存在著任何的電器組件， 是一種純機(jī)械的調(diào)節(jié)方式。隨 著技術(shù)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，各種 性能優(yōu)良的電子設(shè)備的出現(xiàn)，電動(dòng) 式水位調(diào)節(jié)器得到了廣泛的發(fā)展，調(diào)節(jié)手段更加豐富，調(diào)節(jié)效果也日 趨優(yōu)良。 調(diào)節(jié)器 圖 1． 4電動(dòng)式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 就目前的發(fā)展趨勢來看，電動(dòng)式水位調(diào)節(jié)裝置處于主流地位。 該裝置是一種純機(jī)械的、自能源的水位調(diào)節(jié)裝置。 哈爾濱■科人‘￥’碩十學(xué)位論文 作 為調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)力的輸出機(jī)構(gòu)，雙噴嘴一擋板發(fā)訊器的設(shè)計(jì)應(yīng) 用了噴嘴一擋板閥的理論。 在穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)過程中，主要解決的問題是閥座的口徑，閥芯的型面以 及工作膜片的有效面積的選擇。在閥門流道設(shè)計(jì) 完成的基礎(chǔ)上，利用 ANSYS對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。本課題 所設(shè)計(jì)的水位調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就采用了噴嘴擋板閥技術(shù)，這種技術(shù) 的應(yīng)用在一定程度上改善了水位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)性能。是擋板在零位時(shí)的間隙， x，是擋板偏離零位時(shí)的位移。的調(diào)節(jié)范圍也比較大，在 IX， ml=x， o時(shí)為 0． 2Ps≤ eo≤ Ps 后，則得 臚淼 =√ t一知一 iXf，雁 (見圖 2． 2)。 ∽ K=烈 =警 ∽， z， 圖 2． 3 單噴嘴擋板閥的壓力一流量曲線 閥在零位時(shí)的泄漏量為 見 q椰。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． — Q— L ]ll_／＼ _llj 8) b) 圖 2． 4雙噴嘴攔板閥的工作原理圖及等效橋路圖 根據(jù)流量連續(xù)性可有 廳 —— 一 r 鯪 2 Q1一 Q2 2c一。償書一魯， ∽㈣ 將這兩個(gè)方程與關(guān)系式 B=鼻一只 (218) 結(jié)合起來就完全確定了雙噴嘴擋板閥的壓力一流量曲線。的表示式相減即可得到 只和 X，的關(guān)系式， 其曲線示于圖 2． 6上，這就是雙噴嘴擋板閥的壓力特性曲線。’。Ⅻ √ p風(fēng) 16 哈爾濱工程 人導(dǎo)’碩十學(xué)位論文 零位泄漏流量為 廳 i Q。一噴嘴孔斷面上的平均流速。一 Xf)增加 時(shí) ，由 于射流 動(dòng)量的 增大而 使液動(dòng) 力增大 。在浮子擋板一噴嘴結(jié)構(gòu)中，是由浮力來產(chǎn)生 的。一作用在擋板上的驅(qū)動(dòng)力矩： Ba一擋板的粘性阻尼系數(shù)； Ka一支承擋板的扭簧的扭轉(zhuǎn)剛度； r一噴嘴軸線至擋板扭軸的距離； 口一擋板相對(duì)于平衡位置的轉(zhuǎn)角。但是，這不是保證擋板穩(wěn)定 性的唯 一條件 。 =二 !!F (239) 。和 X。通常優(yōu)先采用和 0． 7尸 s 相應(yīng)的較大的 Do值，以提高抗堵塞的性能，但這要使零位泄漏流量和 液動(dòng)力增大。不但與雷諾數(shù)船有關(guān)，而且與 噴嘴前端的幾何形狀和間隙 X。噴嘴前端的 傾斜角口 應(yīng)大于 300，此 時(shí)它對(duì)流 量系數(shù) 便無顯 著的影 響了． 在初步 設(shè) 計(jì)時(shí)，可取 C。和固定節(jié)流口直徑 Do如何進(jìn) 行選擇，為以后的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)。按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，調(diào)節(jié)閥大致分為： 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥、智能閥等。因此，調(diào)節(jié)閥口徑的選擇尤 哈爾濱Ⅲ I。具體的計(jì)算程序如圖 3． 1所示 u” ]： 圖 3． 1調(diào)節(jié)閥口徑選擇流程圖 哈爾濱 T程大學(xué)碩士學(xué)位論文 3． 3． 1調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)計(jì)算 調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流件””“盯。 流體在調(diào)節(jié)閥內(nèi)的平均流速 國 =Q／ A (33) 式中： Q一流體的體積流量； A一調(diào)節(jié)閥連接管道的橫截面積。流量