大型壓力調節閥的動態分析及故障檢測研究
2025年07月16日 10:25:41
來源：浙江科士達自控閥門有限公司 >> 進入該公司展臺
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調節閥廣泛應用于火力發電、核電、化工等流體控制場合,是物料或能量供給系統中的重要組成部分。在鋼廠的循環發電工程中,各鋼廠利用公稱直徑d≥200mm的大型調節閥對混合煤氣進行壓力控制。調節閥由于長時間的運行磨損、設備的自然老化以及人為損壞等因素影響,故障時有發生,將導致發電設備停機,不僅對電網造成沖擊,而且造成巨大的經濟損失。大型壓力調節閥的動態分析和故障診斷已成為鋼廠循環發電工程中的一個關鍵技術問題。針對鋼廠循環發電工程中大型壓力調節閥故障及檢測問題,本文進行了如下的研究工作：系統研究了大型壓力調節閥動態分析及故障檢測的有關問題。提出了大型壓力調節閥在減振、節能、降噪、故障檢測及定位研究中仍需解決的問題,指出可根據調節閥的結構特點研究減振,根據內部流場研究節能及降噪,以及根據故障動態特征研究檢測及定位。根據調節閥動態分析及故障檢測的相關理論,研究了調節閥泄漏和堵塞故障的檢測機理,提出了混合煤氣的質量流函數,建立了檢測混合煤氣質量流的數學模型。
此外,在故障定位研究中,引入質量流梯度,分析了泄漏和堵塞故障的定位機理,為后續章節的進一步研究提供理論基礎。研究了大型壓力調節閥的動態模擬及優化。建立了大型壓力調節閥的三維實體模型,并對其進行了模態分析,結果表明,調節閥的固有頻率總體上隨相對開度的增加而較小,在此基礎上,提出了基于擴展主動變剛度的調節閥振動控制的方法。建立了調節閥的流道模型,采用混合煤氣為介質分析了調節閥的流量特性、壓差-流量和開度-壓差特性。分析了調節閥內部流場漩渦產生的原因,并通過流道的優化,消除閥座處的漩渦,減小閥出口處的漩渦。討論了調節閥噪聲產生的原因及影響因素。針對噪聲控制,提出了基于變節流面迂回通路的調節閥噪聲治理的方法,設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量對降噪的影響。結果表明,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。研究了調節閥泄漏時的動態特征及檢測、定位方法。建立了調節閥入口、出口、閥桿和閥體閥蓋處泄漏的三維模型及其流道模型,對不同泄漏故障進行了模態分析、流場分析。
結果表明,泄漏故障降低大部分階次的固有頻率,調節閥的入口、出口泄漏的流量特性曲線較時有輕微下凹,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。出現泄漏故障時為減小能源損失,在保證閥后壓力穩定的情況下應盡量提升閥前壓力。分析了泄漏口大小、數量對調節閥壓差-流量,以及泄漏故障對調節閥噪聲的影響。根據調節閥泄漏故障內部流場的動態特征,研究了調節閥泄漏故障的檢測及定位,提出了采用質量流進行泄漏檢測,雙質量流差進行泄漏定位的方法,并總結出相應的泄漏定位判定表。研究了調節閥堵塞時的動態特征及檢測、定位方法。建立了調節閥入口、出口及閥體內堵塞的三維實體模型,并通過模態分析得到閥入口堵塞和閥體內堵塞降低調節閥的固有頻率,閥出口堵塞提高調節閥的固有頻率。在三維實體模型的基礎上,建立了各堵塞故障的流道模型,分析其內部流場,結果表明,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到預定的流量。分析了堵塞物的大小及數量對調節閥流場的影響,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節閥噪聲的影響。
根據調節閥堵塞故障內部流場的動態特征,研究了調節閥堵塞故障時的檢測及定位,提出了采用質量流波動檢測堵塞,同樣采用雙質量流差方法進行堵塞定位,并總結出相應的堵塞定位判定表。構建了調節閥動力學性能及質量流檢測試驗系統。對調節閥進行了模態實驗和質量流檢測試驗,以及調節閥故障診斷系統的設計。通過調節閥的模態實驗,驗證了調節閥建模的準確性以及仿真數據的可信性。通過質量流檢測試驗,證明混合煤氣質量流的數學模型可準確的反映并監測系統質量流的變化,以及調節閥故障診斷系統的可行性。
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