CN106021702A - 一种机电液设备动作性能优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机电液设备动作性能优化方法，其基于主蒸汽隔离阀驱动装置,包括如下步骤：列出机电液设备的动作性能指标：选择影响参数；得到所选影响参数对机电液设备动作性能指标的影响规律曲线，这些曲线作为优化的约束条件；提出目标优化函数；设定动作性能指标权重；揭示影响参数对目标优化函数的影响规律曲线，得到机电液设备的最佳动作性能指标与对应的影响参数。本发明提供的机电液设备动作性能优化方法，提高了现有的机电液设备优化设计能力以及在实际应用中提高了设备动作性能，有利于降低机电液设备设计成本和应用成本。

Description

一种机电液设备动作性能优化方法

技术领域

本发明涉及核电厂机电液设备优化设计技术领域，具体涉及一种基于典型机电液设备主蒸汽隔离阀驱动装置的动作性能优化方法。

背景技术

目前用于核电站主蒸汽隔离阀的驱动装置是典型的机电液一体化设备，采用气液联动方式，其本身是一个复杂的非线性系统，不能用数学模型精确地描述，更无法进一步优化。主蒸汽隔离阀驱动装置的研制技术一直被国外所垄断，我国尚未实现主蒸汽隔离阀驱动装置的国产化，无研发经验，采购运维成本高，相关技术被封锁，不利于优化和发展。

机电液设备往往由于动作性能指标多，影响参数复杂，缺乏有效可行的优化设计应用方法而不便于评估和优化。主蒸汽隔离阀驱动装置的关键指标或者参数有快关时间，阀杆最大受力，装置最大压力和最大流量等，目前没有相关技术理论将这些指标参数在一起进行优化，而这些指标参数之间是相互耦合的，在实际试验和工程应用中，这些耦合关系难以直接得出。

当发生主蒸汽管道破裂等危急情况时，主蒸汽隔离阀需要快关，快关时间需严格在2-5秒内，保障核电站安全。主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强均必须在8.2MPa以内，能够满足电磁阀等重要器件采购要求，但是如果最大压强太小，则动作性能中的快关时间无法保障。

因此有必要研究出动作性能指标和参数之间的影响规律，并提出优化方法流程，有利于机电液设备的优化设计，提高设备动作性能，降低设计成本和应用成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种机电液设备动作性能优化方法。

机电液设备动作性能优化方法，其基于主蒸汽隔离阀驱动装置,包括如下步骤：

列出机电液设备的动作性能指标：分析机电液设备的所有不同工况，得到相应的动作性能曲线，列出所有具体动作性能指标；

选择影响参数：选取影响机电液设备动作性能的参数作为因变量；

得到所选影响参数对机电液设备动作性能指标的影响规律曲线，这些曲线作为优化的约束条件；

提出目标优化函数：设定综合机电液设备所有动作性能指标的目标优化函数；

设定动作性能指标权重：设定所述提出目标优化函数步骤中目标优化函数里面各动作性能指标的权重；

揭示影响参数对目标优化函数的影响规律曲线，得到机电液设备的最佳动作性能指标与对应的影响参数。

优选地，所述选择影响参数的步骤中，所述参数为硬件参数或工况参数。

优选地，所述硬件参数包括设备尺寸。

优选地，所述工况参数包括电压。

优选地，所述提出目标优化函数的步骤中，所述函数需包含所述列出机电液设备的动作性能指标步骤中的动作性能指标。

优选地，所述动作性能指标是无量纲化的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的机电液设备动作性能优化方法，提高了现有的机电液设备优化设计能力以及在实际应用中提高了设备动作性能，有利于降低机电液设备设计成本和应用成本。

2、由于机电液设备往往是高度非线性耦合系统，在研发设计和工程应用中，很难得到某一个参数对所有动作性能指标的综合影响规律曲线，无法得知在该参数作用下最优动作性能指标组合。我国尚未实现核电站典型机电液设备主蒸汽隔离阀驱动装置的国产化，无研发经验，采购运维成本高，相关技术被封锁，不利于优化和发展。基于典型机电液设备主蒸汽隔离阀驱动装置，本发明提供的机电液设备动作性能优化方法，在方法中提出了综合动作性能指标的目标优化函数，能够根据工程经验或实际需求设定各指标权重，方便地分析出设备参数对目标优化函数的影响规律。

3、本发明提供的机电液设备动作性能优化方法，有助于缩短机电液设备研发周期和降低工程建设成本，特别地，有利于主蒸汽隔离阀驱动装置的国产化研制。

附图说明

图1为符合本发明优选实施例的机电液设备动作性能优化方法的流程图

图2主蒸汽隔离阀及其驱动装置的联合仿真模型示意图

图3主蒸汽隔离阀驱动装置关闭工况的动作性能特征曲线

图4主蒸汽隔离阀驱动装置开启工况的动作性能特征曲线

图5主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强对快关时间影响规律曲线

图6主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强对最大启动力影响规律曲线

图7主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强对最大制动力影响规律曲线

图8主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强对最大流量影响规律曲线

图9主蒸汽隔离阀驱动装置最大压强对目标优化函数影响规律曲线

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

基于主蒸汽隔离阀驱动装置提出一种机电液设备的动作性能优化方法，如图1所示，主要步骤如下：

1.列出机电液设备的动作性能指标：主蒸汽隔离阀驱动装置有开启和关闭两类动作工况，关闭包括慢关和快关，而快关工况又分双通道快关和单通道快关两种。通过图2所示的主蒸汽隔离阀及其驱动装置联合仿真模型得到关闭和开启工况下动作性能特征曲线。慢关、双通道快关和单通道快关的动作性能特征曲线均是如图3所示，区别只是具体数值大小不同；开启的动作性能特征曲线如图4所示。如表1所示，开启和慢关对动作性能要求相对弱很多，动作性能只要满足两种快关工况需求，则所有工况都能满足。因此对主蒸汽隔离阀驱动装置只需要对其快关工况进行动作性能优化即可。快关的动作性能主要有快关时间，最大启动力，最大制动力和最大流量。由于快关工况又分双通道快关和单通道快关，因此在后续步骤中会进行区别和取舍。

表1主蒸汽隔离阀驱动装置四种典型工况动作性能对比

2.选择影响参数：最大压强是主蒸汽隔离阀驱动装置最重要的参数之一，必须在一定的范围内才能保障主蒸汽隔离阀驱动装置正常运行，在本算例中选为要研究的影响参数；

3.揭示影响参数对机电液设备动作性能的影响规律曲线：步骤一已经提到快关分为单通道快关和双通道快关两种，步骤二中选择的最大压强参数对两种工况的四个动作性能影响规律如图5～图8所示。这些影响规律揭示了动作性能随参数的变化走势，是优化的约束条件。图5是两种快关工况快关时间随最大压强的变化曲线，两种快关时间t_s和t_d均必须在2-5s内，同等重要。于是主蒸汽隔离阀驱动装置快关时间指标按(1)式推导

$\left\{\begin{array}{c}{u}_1=u_2=1\\ \left(3.5-t_d\right)\·u_1+\left(t_s-3.5\right)\·u_2=t_s-t_d\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中u₁和u₂是权重因子，t_s-t_d是综合考虑了两种快关工况的快关时间指标。

图6显示双通道快关最大启动力始终大于单通道快关最大启动力图7显示双通道快关最大制动力始终大于单通道快关最大制动力只要驱动装置能满足双通道快关的受力要求，单通道快关的受力要求也必然满足，因此和被选为待优化的动作性能指标。

图8显示在同样的最大压强处，单通道最大流量始终大于双通道最大流量只要驱动装置管道能够承受单通道最大流量，双通道的最大流量也必然能满足，因此被选为待优化的动作性能指标。

四项动作性能指标均是数值越小越好。

4.提出目标优化函数：设定主蒸汽隔离阀驱动装置的目标优化函数F(P)如(2)

$F\left(P\right)=\{\begin{array}{c}{\left(\frac{\min \left(t_s-t_d\right)}{t_s-t_d}\right)}^m{\left(\frac{\min \left(F_{\max z}^d\right)}{F_{\max 2}^d}\right)}^n{\left(\frac{\min \left(F_{\max 1}^d\right)}{F_{\max 1}^d}\right)}^w{\left(\frac{\min \left(Q_{\max }^s\right)}{Q_{\max }^s}\right)}^v\\ P\∈\[5.9,8.1\]\end{array}---\left(2\right)$

其中m，n，w和v分别是动作性能指标t_s-t_d， 和的权重因子，从图5～图8中得到min(t_s-t_d)＝2.098s， 和P是驱动装置最大压强。

5.设定动作性能指标权重：式(2)中每一个动作性能指标的比值都在0到1之间，因此F(P)也在0到1之间，越接近1则该机电液设备的综合动作性能越好。总体上按照各指标的重要性，给权重因子大小设定规则m＞n＞w≥v≥0。当动作性能指标权重因子确定以后，随着最大压强P取值的不同，目标优化函数F(P)数值也会发生变化，而其具体数值并不重要，只需要知道在最大压强P取值范围内F(P)数值相对最大处，即找到动作性能最佳指标和参数组合。

6.对m，n，w和v进行赋值，如

$\left\{\begin{array}{c}m=4,5,6,7\\ n=3\\ w=2\\ v=1\end{array}\right.---\left(3\right)$

根据(2)式目标优化函数和(3)式权重因子的赋值，得到影响参数对目标优化函数的影响规律曲线，如图9所示，可以发现随着m取值减小，曲线在较低的最高压强处动作性能提升，说明当快关时间权重降低，即驱动装置对最大压强要求不高时，可以降低最大压强以提高动作性能。随着驱动装置的最大压强增大，在6.9MPa和7.9MPa出现了性能拐点，这两处动作性能比附近的动作性能要高。对于这两处，只有m＝4时，6.9MPa处的动作性能才比7.9MPa要好，意味着此时快关时间权重较低，但这样不如在5.9MPa时的动作性能；其他快关时间权重因子m取值，应在最大压强为7.9MPa时动作性能最好。目前对主蒸汽隔离阀驱动装置和核电站安危而言，快关时间仍然是最重要的动作性能指标，所以快关时间的权重要比其他指标权重高很多，因此最大压强为7.9MPa时该主蒸汽隔离阀驱动装置动作性能最好。

所述的步骤2中选择的参数不局限于主蒸汽隔离阀驱动装置的最大压强，其他对动作性能产生影响的参数也可以被选择；

所述的步骤4的目标优化函数和步骤5的动作性能指标权重是根据工程经验或实际需求设定的。

所述的步骤1中的各动作性能曲线，步骤三和步骤六的影响规律曲线通过联合仿真得到；

所述的步骤4的目标优化函数和步骤五的动作性能指标权重可根据工程经验和实际需求设定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，基于主蒸汽隔离阀驱动装置,包括如下步骤：

列出机电液设备的动作性能指标：分析机电液设备的所有不同工况，得到相应的动作性能曲线，列出所有具体动作性能指标；

选择影响参数：选取影响机电液设备动作性能的参数作为因变量；

得到所选影响参数对机电液设备动作性能指标的影响规律曲线，这些曲线作为优化的约束条件；

提出目标优化函数：设定综合机电液设备所有动作性能指标的目标优化函数；

设定动作性能指标权重：设定所述提出目标优化函数步骤中目标优化函数里面各动作性能指标的权重；

揭示影响参数对目标优化函数的影响规律曲线，得到机电液设备的最佳动作性能指标与对应的影响参数。

2.如权利要求1所述的机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，所述选择影响参数的步骤中，所述参数为硬件参数或工况参数。

3.如权利要求2所述的机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，所述硬件参数包括设备尺寸。

4.如权利要求2所述的机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，所述工况参数包括电压。

5.如权利要求1所述的机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，所述提出目标优化函数的步骤中，所述函数需包含所述列出机电液设备的动作性能指标步骤中的动作性能指标。

6.如权利要求5所述的机电液设备动作性能优化方法，其特征在于，所述动作性能指标是无量纲化的。