【正文】 通常 D。因 為在方 程中 所包含 的負(fù) 載壓差 P。 因?yàn)?p角很小，可以認(rèn)為 tan療：三￡。 下面我們研究雙噴嘴擋板閥上的液流作用力。當(dāng) 擋 板偏離噴嘴的距離較大時(shí)，作用在擋板上的液動(dòng)力僅由射流動(dòng)量所決 定，此時(shí)液動(dòng)力可達(dá)噴嘴被關(guān)死時(shí)的液動(dòng)力的兩倍，但是，這樣大的 距離在擋板閥中是不會(huì)碰到的，因?yàn)橐粋€(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)要求，這個(gè)準(zhǔn)則 使式 (2— 30)中括號(hào)里的第二項(xiàng)比 1要小得多。 壓力 PⅣ可由伯努利方程求出 只 =只一二 I∥ Ⅳ 2 (2～ 27) 代入式 (226)可得 F。觀 c咿堿 z， 0 J號(hào) (225) 將這些關(guān)系式與單噴嘴擋板閥的相應(yīng)關(guān)系式比較，可以看出，兩 者的流量增益是一樣的，而壓力靈敏度增大了一倍，很明顯這是雙噴 嘴擋板閥差動(dòng)工作的結(jié)果，這使零位泄漏流量增加了一倍，與單噴嘴 擋板閥相比，雙噴嘴擋板閥由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱還具有以下優(yōu)點(diǎn)：因壓力變 化而產(chǎn)生的零漂小，即零位工作點(diǎn)的變動(dòng)小：擋板所受的液動(dòng)力小壓 力一流量曲線的對(duì)稱性和線性好。 ：麓 ‘ 1‘。 圖 2． 5雙噴嘴擋板閥的壓力一流量曲線 下面求閥的零位系數(shù)，即在 x， =驍 =B=o和 E=最 =三乓處的閥 系數(shù)。但是， 這些方程不能用簡(jiǎn)單的方法合成一個(gè)單一的關(guān) 系式。 A、／君‘ n— E)一 c礦棚” (x， 0一 o’、／孟鼻 (214)。詹 (2_13) 由以上各式可以看出，減小零位間隙，可以提高閥的壓力靈敏度 和減小零位泄漏流量，但 X． fo太小對(duì)液體污染敏感，容易產(chǎn)生堵塞。因此，若將式 (2— 7)的關(guān)系代入式 (2— 2)并進(jìn)行無(wú)量綱化 ∽。 首先研究切斷負(fù)載時(shí)的特性．此時(shí) Q。因此，在下面的內(nèi) 容中，將簡(jiǎn)要介紹一下噴嘴擋板閥的原理、工作特性、影響因素以及 設(shè)計(jì)中重點(diǎn)解決的問(wèn)題。在滿足強(qiáng)度要求 的條件下，盡可能降低閥門壁厚，不僅可以節(jié)省材料，降低成本，同 時(shí)由于減少了設(shè)備的重量，使安裝、調(diào)試、拆卸和維修都很方便。 三通調(diào)節(jié)閥是水位調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配通往熱阱和主冷 凝器的水的流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)的目的。目前許多水位調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是利用 水位的波動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)電位信號(hào)，以此來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，這就存 在著這樣的問(wèn)題，當(dāng)電器組件發(fā)生故障時(shí)，該設(shè)備就不能正常工作。該裝置依靠主冷凝 器內(nèi)水位變化產(chǎn)生一個(gè)差壓信號(hào)，利用差壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)控節(jié)流管上下 運(yùn)動(dòng)，引起調(diào) 節(jié)閥閥桿的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā) 生變化， 從而帶動(dòng)閥 頭上下運(yùn)動(dòng) ， 實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，合理分配通往熱阱和冷凝器的水的流量，維持 主冷凝器內(nèi)的 水位在正常 水位。電 動(dòng)式水位調(diào)節(jié)裝置與機(jī)械式水位調(diào)節(jié)裝置相比有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，并有 逐漸取代機(jī)械式水位調(diào)節(jié)裝置的趨勢(shì)，但這并不代表機(jī)械式水位調(diào)節(jié) 6 哈爾濱 L程大學(xué)碩士學(xué)位論文 裝置不再具有生命力。 現(xiàn)在的蒸汽動(dòng)力裝置主要采用電動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，下面以中船重工 集團(tuán) 704所研究設(shè)計(jì)的電動(dòng)式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，說(shuō)明目前電動(dòng)式水 哈爾濱 I．程大學(xué)碩士學(xué)位論文 位調(diào)節(jié)器的發(fā)展趨勢(shì)“”“”” 。該水 位調(diào)節(jié)裝置在自動(dòng)調(diào)節(jié)的同時(shí)，又兼 具手動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，在特殊工況或者故障情況也可保證該裝置的正常 工作。 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)。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。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。 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。主冷凝器就是實(shí)現(xiàn)這一目的的設(shè)備。本人完全意識(shí)到本聲明的法律 結(jié)果由本人承擔(dān)。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。 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 。 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。 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。伴隨這一問(wèn)題的出現(xiàn)，涌現(xiàn)出種類繁多的液位調(diào)節(jié)器。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。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)。該水位調(diào)節(jié)器利用浮予來(lái)反映水位的變化，浮子與調(diào)節(jié)閥的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿直接相連，利用浮子的位置變化帶動(dòng)閥頭的運(yùn)動(dòng)，改 變閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)流量的合理分配，最終實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)器工作原理如圖 1． 4所示： 差壓變送器用來(lái)測(cè)量冷凝器內(nèi)的水位，位移傳感器向調(diào)節(jié)器傳送 顯示負(fù)荷變化的位移信號(hào)，調(diào)節(jié)器利用差壓變送器傳送的水位信號(hào)和 位移信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處 理，輸出 到電動(dòng)操作器，控制電動(dòng)操作器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)流量的合理分配，最 終實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)。在一些特殊的場(chǎng)所，由于電動(dòng)式水位調(diào)節(jié)器自 身存在著抗干擾性差、對(duì)環(huán)境的依賴性強(qiáng)等缺陷，通常采用機(jī)械式調(diào) 節(jié)方法。因此 ，只要冷 凝器內(nèi)的水 位發(fā)生變化 ， 該調(diào)節(jié)裝置就自發(fā)的進(jìn)行工作。 在噴嘴一擋板發(fā)訊器中徹底解決了這一問(wèn)題，利用穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的壓 力源在水位變化時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)壓差信號(hào)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力。本調(diào)節(jié)器最顯著的特點(diǎn) 是三通調(diào)節(jié)閥利用節(jié)流管來(lái)進(jìn)行調(diào)控，這與以往的調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 有著顯著的區(qū)別。 在設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，加工出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。 2． 2單噴 嘴擋板的原理 圖 2． 1單噴嘴擋板閥的工作原理圖 圖 2． 1所示的是單噴嘴擋板閥的工作原理圖。 =0，由式 (22)可得 斟 +c器， 2]_l ∽ s， 其曲線示于圖 2． 2上。 利用 MATLAB繪制其壓力一流量曲線如圖 2． 3所示。增 大噴嘴孔直徑 D。 。可用下列方法做 哈爾濱 T程大學(xué)碩士學(xué)位論文 出壓力一流量曲線，選定一個(gè) x， 39。式 (216)和 (217)在零位的線性化表達(dá)式為： △ Qj，咆加。‘‘。 2． 4液動(dòng)力對(duì)噴嘴擋板的影響 P xf P2 圖 2． 7作用在 擋板上的液動(dòng)力 如圖 2． 7所示，首先研究單噴嘴的情況。 =(Pa+． 1，Ⅳ 2)A。 上面講過(guò)，射流動(dòng)量隨擋板間隙增大而增加，由此引起的液動(dòng)力 增量與擋板的運(yùn)動(dòng)方向一致，因此液動(dòng)力具有負(fù)剛度。參看圖 2— 4l?？? (2— 37) 將式 (2— 35)代人 (2— 36)并置換口，最后得 乃 =了 da魯 +_Baiaamp。 取決 于擋板 上的 負(fù) 載，因此擋板閥的穩(wěn)定性還受到負(fù)載動(dòng)態(tài)的影響，總的穩(wěn)定性必須對(duì) 閥所在的系統(tǒng)進(jìn)行分析后才能確定。在 0． 3～ 1． 2毫米的范圍內(nèi)。 )；脅 11]__ (2_41) 當(dāng)取 Poo／ Ps=妄時(shí)，則得 Z ， 1 1 Do=2(蘭生 DⅣ x鄺 )i (2— 42) LdO ： ft． X／ o／ DN=i1～而 1， C4r／ Cao=0但孔徑很小的薄壁銳邊節(jié)流口加工十分困難，價(jià)格較 高，因而限制了它的使用。在噴嘴端 面厚度與間隙之比小于 2，即三 2時(shí)，可變節(jié)流口可認(rèn)為是銳邊的， 其流量系數(shù) Cd為 0． 6左右。 z O． 8在流量系數(shù)測(cè)定以后，還需對(duì)節(jié)流口直徑作 一些小的調(diào)整 Ⅲ 9168。調(diào)節(jié)閥是構(gòu)成各類熱工調(diào)節(jié)器的主要部件。但是本 課題中涉及 的調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同與以往調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用一種全新的驅(qū) 動(dòng)方式，完全依靠自身流體的流動(dòng)來(lái)提供動(dòng)力，是一種自能源的驅(qū)動(dòng) 方式。在設(shè)計(jì)實(shí)際中，經(jīng)常采 用流量系數(shù)法來(lái)確定調(diào)節(jié)閥的口徑 m1。當(dāng)流體通過(guò)調(diào) 節(jié)閥時(shí)，由于閥座與閥芯之間的流通面積突然變小，形成局部阻力。 3)，可得調(diào)節(jié)閥的流量公式如下： Q2萬(wàn) A伽吲 (34) 上述方程式的各項(xiàng)參數(shù)采用下 列單位： A—— cm2 Pg／ cm3 Q— m3／ h P，、 P。、 A。介質(zhì)為液體時(shí)，當(dāng)閥前后的壓差降到 足以引起液體汽化 (即產(chǎn)生空化和閃蒸現(xiàn)象 )時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)這種極限 的流量。各種閥門因結(jié)構(gòu)不同，其壓力恢 復(fù)能力和壓力恢復(fù) 系數(shù)也不相 同。 當(dāng)△ PFL2(E一耳 B)時(shí)，為非阻塞流情況。由于阻塞流是伴隨著閃蒸和空化現(xiàn)象的 出現(xiàn)而出現(xiàn)的。特別是當(dāng)流體的粘性很大時(shí)，此時(shí)的流動(dòng)狀 態(tài)為層流，其流量與閥前后的壓降 成正比，而不是與閥前后的壓降的 開(kāi)方值成正比，這時(shí)若仍然按式 (312)計(jì)算 K，誤差很大。兩種安裝情況的流量都是 在不產(chǎn)生阻塞流的情況下測(cè)得的。 阻力系數(shù)卣、島可以利用流體力學(xué)的阻力計(jì)算方法來(lái)求得，一般 進(jìn)出口的管道都是較短的同軸漸縮管，系數(shù)點(diǎn)、孝：可以按照下式求得 。各種流量特性曲線和相應(yīng)的閥瓣型線如圖 3． 5 所示： 1快開(kāi)特性曲面 2直線特性曲面 l快開(kāi)流量特性 2直線流量特性 3拋物線特性曲面 4等百分比特性曲面 3拋物線流量特性 4等百分比流量特性 a) b) 圖 3． 5理想流量特性曲線和相應(yīng)的閥瓣曲面形狀 哈自 {濱【．程火。為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大 的流量和最小流量之比，稱為可調(diào)比。再利用這些數(shù)據(jù)與擬 選定的流量特性曲線進(jìn)行比較，來(lái)修正閥瓣的型線，經(jīng)過(guò)多次的重復(fù) 試驗(yàn)，使之達(dá)到設(shè)計(jì)流量特性的要求。主冷凝器的水位對(duì) 其能否正常工 作有重要的意義。由于經(jīng)費(fèi)等因素的限制，不能啟動(dòng)整套動(dòng) 力裝置。在節(jié)流作用的影響下，上噴嘴輸出到控制腔室 (1)的壓力增大，下 噴嘴輸出到控制腔室 (2)壓力減小，此時(shí) PjP2。在這些問(wèn)題中，首要解決的是噴 嘴直徑 D。所以要在兼顧利害的情況下，做好 D。在本次設(shè)計(jì)中選用 直徑 為 20mm管路連接。為進(jìn)一 步降低節(jié) 流管的重力 ，控制腔室 (1)與控制腔室 (2)采用 膜片分隔而不是傳統(tǒng)的控制活塞。 4． 3． 3穩(wěn) 壓器的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓器主要向發(fā)訊器的上下噴嘴提供 O． 1177。在 本次設(shè)計(jì)中選用自來(lái)水作為工作水源，即穩(wěn)壓器的入口壓力為 P1=0． 2～ 0． 4MPa、流量 G=60～ 160L／ h、穩(wěn)壓器的出口壓力為 O． 1177。在節(jié)流管的設(shè)計(jì)中，主要 解決的問(wèn)題是節(jié)流管長(zhǎng)度和內(nèi)徑的選擇。 主要 是鑒于 鈦合 金抗壓 強(qiáng)度 較高 、耐 腐蝕能力強(qiáng)同時(shí)密度較低這些方面的考慮。、鼠的選擇工作。、固定節(jié)流 1： 3直徑 D0的選擇。從 而使調(diào)節(jié)閥的閥頭受到向下的合力，調(diào)節(jié)閥通往冷凝器的開(kāi)度減小， 哈爾濱一 ．干千 11人學(xué)碩十學(xué)位論文 通往熱阱的開(kāi)度變大，主冷凝器的水位逐漸回落，浮子恢復(fù)躉合理位 置，調(diào)節(jié)閥重新處于平衡狀態(tài)【 4“。在后期的熱態(tài)試驗(yàn)中需對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn) 哈爾濱 1群人學(xué)碩十學(xué)位論文 行進(jìn)一步改進(jìn)，拆卸電動(dòng)給水泵和通過(guò)電動(dòng)給水泵的管路，恢復(fù)通往 主冷凝器的蒸汽管路。所以，必須保證主冷凝器的水位在一個(gè)合理的 范圍內(nèi)，只有這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。重點(diǎn)介紹了調(diào)節(jié)閥 設(shè)計(jì)中呃待解決的調(diào)節(jié)閥口徑選擇和閥瓣型線設(shè)計(jì)這兩個(gè)問(wèn)題。的限制，可調(diào) 比不可能太大，一般均小于 50。因而快開(kāi)流量特性常用于兩位調(diào)節(jié)和程序 控制。一 (苦 ]2 l