CN103363514A - 新型直流蒸汽发生器二回路给水装置 - Google Patents

Abstract

一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，包括给水阀、汽动给水泵以及与汽动给水泵连接的进汽阀，在给水阀和汽动给水泵间增加节流阀，在给水阀上并联安装有第一压差调节器，在节流阀上并联安装有第二压差调节器，所述第一压差调节器通过第一传动装置与节流阀连接，所述第二压差调节器通过第二传动装置与进汽阀连接；本发明在回路中增加节流阀，使给水阀、节流阀和汽动给水泵联合作用；在系统中加入压差调节器，实时回馈系统中阀门的压降变化，使得阀门开度一直处于变化中，直至压降变为设定值；由此在每次给水阀开度变化，经过一段时间的调整后，其压降不变，工作在固有流量曲线上，达到给水流量与给水阀开度成线性的要求。

Description

新型直流蒸汽发生器二回路给水装置

技术领域

本发明属于直流蒸汽发生器二回路给水技术领域，具体涉及一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置。

背景技术

在船用核动力装置中，直流蒸汽发生器（OTSG）的给水，目前通常利用给水阀控制。由于管道内存在着各种阻力，比如流体摩擦阻力、局部阻力等等，并且这些阻力的大小会随着流量的改变而发生变化，因而阀门两端的压降处在不停变化的过程中。这会使得阀门的实际流量曲线偏离其固有流量曲线，即存在系统中流量与给水阀开度之间的关系不明确，并且难以准确调节流量。这给工程实际中控制二回路给水流量带来一定困难。而二回路给水流量对核动力装置中换热器的稳定、安全运行来说至关重要。因此，研发出一种新型的二回路给水装置，能够自动并准确的控制二回路给水流量，是十分必要的。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，使给水流量与给水阀开度成线性关系，能够自动并准确的控制二回路给水流量。

本发明的原理为：利用导管从阀门两端分别引出管道内流体，进入和阀门并联的压差调节器，压差调节器两端流体的压力等于阀门两端压力，其两端压差也等于阀门两端压差；通过实际压差与设定压差进行比较得到一个差值，再利用滚动螺旋的双向性，即转动与移动相互转换。这个差值就产生使滚动螺旋转动动力。并将横向位移转变为丝杠的转动，丝杠与齿轮相连。通过齿轮的转动，调节节流阀的开度。以此来达到通过一个阀门开度改变，另一个阀门的随动。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，包括给水阀1、汽动给水泵8以及与汽动给水泵8连接的进汽阀7，在给水阀1和汽动给水泵8间增加节流阀4，在给水阀1上并联安装有第一压差调节器2，在节流阀4上并联安装有第二压差调节器5，所述第一压差调节器2通过第一传动装置3与节流阀4连接，所述第二压差调节器5通过第二传动装置6与进汽阀7连接。

所述第一压差调节器2包括分别和给水阀1两端的管道连接的第一细管2-1，两根第一细管2-1间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第一隔流板2-3，第一隔流板2-3两端连接有第一弹簧2-2，所述第一隔流板2-3伸出封闭腔体的一端和第一传动装置3的第一滚珠丝杠3-1连接。

所述第二压差调节器5包括分别和节流阀4两端的管道连接的第二细管5-1，两根第二细管5-1间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第二隔流板5-3，第二隔流板5-3两端连接有第二弹簧5-2，所述第二隔流板5-3伸出封闭腔体的一端和第二传动装置6的第二滚珠丝杠6-1连接。

所述第一压差调节器2和第二压差调节器5分别利用其细管从给水阀1或节流阀4两端的管道引出流体，将两股流体的压力差分别作为给水阀1和节流阀4两端的压降，并将其与给定的标准压降对比，差值作为信号进行调节。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

当给水阀开度发生变化时，其两端的压差将发生变化，通过第一压差调节器和第一传动装置将偏差信号传递给节流阀，使节流阀的开度发生变化；此时，由于节流阀收到传递的信号，节流阀压降改变，同时由传动装置把压差信号给汽动给水泵进汽阀，调节给水泵汽轮机的转速，也就是改变整个系统中的给水流量。所以当给水阀开度发生变化时，汽动给水泵会相应地改变转速来满足系统流量要求。如此形成了一个二回路给水系统的动态平衡。通过节流阀可以保持给水阀两端压差恒定，使得其开度和流量呈线性变化，因此，能够自动并准确的控制二回路给水流量。

本发明在回路中增加节流阀，使给水阀、节流阀和汽动给水泵联合作用；在系统中加入压差调节器，实时回馈系统中阀门的压降变化，使得阀门开度一直处于变化中，直至压降变为设定值；由此在每次给水阀开度变化，经过一段时间的调整后，其压降不变，工作在固有流量曲线上，达到给水流量与给水阀开度成线性的要求。

附图说明

图1为本发明新型直流蒸汽发生器二回路给水装置示意图。

图2为本发明第一压差调节器结构及与给水阀和第一传动装置的连接示意图。

图3为发明第一压差调节器结构及与节流阀和第二传动装置的连接示意图。

图4为本发明第一压差调节器的原理示意图。

具体实施方式

本发明需要保持阀门压降保持恒定，让阀门工作在其固有流量曲线上，那么给水流量就与给水阀开度成线性关系，为给水流量的调节带来很大的便利。下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，包括给水阀1、汽动给水泵8以及与汽动给水泵8连接的进汽阀7，在给水阀1和汽动给水泵8间增加节流阀4，在给水阀1上并联安装有第一压差调节器2，在节流阀4上并联安装有第二压差调节器5，所述第一压差调节器2通过第一传动装置3与节流阀4连接，所述第二压差调节器5通过第二传动装置6与进汽阀7连接。

如图2所示，第一压差调节器2包括分别和给水阀1两端的管道连接的第一细管2-1，两根第一细管2-1间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第一隔流板2-3，第一隔流板2-3两端连接有第一弹簧2-2，所述第一隔流板2-3伸出封闭腔体的一端和第一传动装置3的第一滚珠丝杠3-1连接，第一滚珠丝杠3-1的顶端连接第一锥形齿轮3-2。

如图3所示，第二压差调节器5包括分别和节流阀4两端的管道连接的第二细管5-1，两根第二细管5-1间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第二隔流板5-3，第二隔流板5-3两端连接有第二弹簧5-2，所述第二隔流板5-3伸出封闭腔体的一端和第二传动装置6的第二滚珠丝杠6-1连接，第二滚珠丝杠6-1的顶端连接第二锥形齿轮6-2。

所述第一压差调节器2和第二压差调节器5分别利用其细管从给水阀1或节流阀4两端的管道引出流体，将两股流体的压力差分别作为给水阀1和节流阀4两端的压降，并将其与给定的标准压降对比，差值作为信号进行调节。

如图4所示，利用细管从给水阀1和节流阀4两端分别引出管道内流体，进入与和给水阀1和节流阀4并联的第一压差调节器2和第二压差调节器5，压差调节器两端流体的压力等于阀门两端压力，其两端压差也等于阀门两端压差；利用一个弹性系数为k的弹簧，设定压差调节器标准压差，通过实际压差与设定标准压差进行比较得到一个差值，再利用滚动螺旋的双向性，即转动与移动相互转换。这个差值就产生使滚动丝杠螺旋转动动力。并将横向位移转变为丝杠的转动，丝杠与齿轮相连。通过齿轮的传动，调节节流阀4的开度。以此来达到通过一个阀门开度改变，另一个阀门的随动。

本发明的工作原理为：当给水阀1开度改变时，第一压差调节器2两端压降发生变化，将此时压降与标准压降之间的差值作为信号，利用第一传动装置3调节节流阀4开度；同样，节流阀4开度改变所带来的两端压降的变化，会带动第二压差调节器5动作，并将这一信号通过第二传动装置6改变进汽阀7开度，从而改变汽动给水泵8的转速，调节二回路中给水流量；当经过这一系列的调节之后，二回路给水流量发生改变，此时第一压差调节器2和第二压差调节器5继续工作，将新的给水阀1、节流阀4两端压降与标准压降进行比较，并利用压降差值信号重复以上步骤，直到阀门两端压降与标准压降相同。这一过程即实现了保持阀门压降不变、工作在固有流量曲线上的目的。

本发明第一压差调节器2的工作原理为：第一细管2-1将给水阀1中的引流体通过给水阀1两端的管道引入封闭腔体内，当给水阀1两端的压差与弹簧1弹力即标准压差不一致时，第一隔流板2-3会左右移动以平衡，由此带动第一滚珠丝杠3-1转动。第一滚珠丝杠3-1顶端安装第一锥形齿轮3-2，当第一滚珠丝杠3-1转动时，能够对下面的阀门进行开度的调节。第二压差调节器5的工作原理同第一压差调节器2。

实施例

选择固有流量曲线为线性的阀门作为节流阀和给水阀，而进汽阀则选择等百分比流量特性，其计算表达式为^[1]：

节流阀，给水阀固有流量特性：

$q=\frac{Q}{Q_{\max }}=f\left(\frac{L}{L_{\max }}\right)=f\left(l\right)=\frac{1}{R}+(1-\frac{1}{R})\·l---\left(1\right)$

进汽阀固有流量特性：

$q=\frac{Q}{Q_{\max }}=f\left(l\right)=R^{(l-1)}---\left(2\right)$

阀门两端压降：

$\mathrm{\Δ}{P}_v=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}}}{(\frac{1}{s}-1)f^2\left(l\right)}=\frac{1}{(\frac{1}{s}-1)f^2\left(l\right)}\·\mathrm{\λ}\·\frac{L}{d_{\mathrm{in}}}\·\frac{w^2}{2}\·\mathrm{\ρ}---\left(3\right)$

阀门工作流量特性：

$q\left(l\right)=f\left(l\right)\sqrt{\frac{1}{s+(1-s)f^2\left(l\right)}}---\left(4\right)$

式中，R为阀门固有可调比；q为相对流量；Q为行程在L时的流量，kg/s；Q_max为阀门最大流量，kg/s;L为控制发阀杆行程，m；L_max为阀门阀杆最大行程，m；l为阀门开度;ΔP_v为阀门两端压降，Pa;ΔP_Σ为管路压降，Pa;s为阀门压降比；f(l)为阀门固有流量特性；ρ为管内单相工质平均密度，kg·m^-3；d_in为管道内直径，m；w为管内工质流速，m·s^-1；λ为管内工质流动的摩擦阻力系数。汽动给水泵

在核动力装置中，直流蒸汽发生器二次侧采用汽动给水泵，它的汽源来自于主蒸汽。当改变给水泵驱动透平进汽参数时，汽轮机和水泵叶轮的转速相应发生变化，从而导致流量的相应改变。其数学计算模型如下：

转子方程：

流动方程：

$T_2\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{dt}}+{0.5q}^2+q=k_{4}h---\left(6\right)$

进汽方程：

$T_3\frac{{\mathrm{d\ρ}}_s}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\ρ}}_s={\mathrm{\ρ}}_L+u_2+{\mathrm{\ρ}}_L\·u_2---\left(7\right)$

泵扬程方程：

泵效率方程：

式中，为转子相对转速，

q为给水泵相对给水流量，h

为给水泵相对扬程，

ρ_s为汽轮机级前相对压力，

ρ_L为汽轮机相对进汽压力，

u₂为给水泵汽轮机低压蒸汽阀相对开度， $u_2=\frac{l_2-l_{20}}{l_{20}};$ T_i、c_i、k_i为常数。

在原系统上加入压差调节器后，忽略所有阀门、机械传动的动作时间。经过计算，在各开度下的流量值如表1所示：

表1给水阀各开度下流量值

表中分别列出了在有压差调节器和没有压差调节器的情况下，给水阀各个开度所对应的给水流量。从表中可以看出没有压差调节器时，给水阀工作流量特性的畸变较大，难以控制，而有压差调节器时，流量特性近似为一条直线，给水流量易于控制。这说明压差调节器对于改善系统给水特性是有效的。

Claims (4)

1.一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，包括给水阀（1）、汽动给水泵（8）以及与汽动给水泵（8）连接的进汽阀（7），其特征在于：在给水阀（1）和汽动给水泵（8）间增加节流阀（4），在给水阀（1）上并联安装有第一压差调节器（2），在节流阀（4）上并联安装有第二压差调节器（5），所述第一压差调节器（2）通过第一传动装置（3）与节流阀（4）连接，所述第二压差调节器（5）通过第二传动装置（6）与进汽阀（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，其特征在于：所述第一压差调节器（2）包括分别和给水阀（1）两端的管道连接的第一细管（2-1），两根第一细管（2-1）间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第一隔流板（2-3），第一隔流板（2-3）两端连接有第一弹簧（2-2），所述第一隔流板（2-3）伸出封闭腔体的一端和第一传动装置（3）的第一滚珠丝杠（3-1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，其特征在于：所述第二压差调节器（5）包括分别和节流阀（4）两端的管道连接的第二细管（5-1），两根第二细管（5-1）间连接有一封闭腔体，在封闭腔体内设置有第二隔流板（5-3），第二隔流板（5-3）两端连接有第二弹簧（5-2），所述第二隔流板（5-3）伸出封闭腔体的一端和第二传动装置（6）的第二滚珠丝杠（6-1）连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型直流蒸汽发生器二回路给水装置，其特征在于：所述第一压差调节器（2）和第二压差调节器（5）分别利用其细管从给水阀（1）或节流阀（4）两端的管道引出流体，将两股流体的压力差分别作为给水阀（1）和节流阀（4）两端的压降，并将其与给定的标准压降对比，差值作为信号进行调节。

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