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    基于TRIZ和Pro/lnnovator的汽封技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

    來源:萬方數(shù)據(jù)   作者:劉明 高媛媛 王向東  發(fā)布時(shí)間:2013-08-26
    針對汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)目前存在的問題,應(yīng)用TRIZ理論和計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件Pro/lnnovator5.0,對其代表性問題的成因進(jìn)行深入分析,提取問題中存在的技術(shù)矛盾和物理矛盾,找到了對應(yīng)的創(chuàng)新原理,再結(jié)合對技術(shù)系統(tǒng)自身資源的挖掘利用,創(chuàng)新性地構(gòu)思出利用蒸汽壓力調(diào)整軸向浮動(dòng)式可調(diào)汽封的概念性原理方案。

        3.3 磨損后的間隙補(bǔ)償問題

        汽封在長期使用過程中,會(huì)因?yàn)榫植磕p、冷熱變形、振動(dòng)移位等等原因,使得配合間隙過度偏離設(shè)計(jì)值,蒸汽損失過大,需要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整補(bǔ)償或修復(fù)性維護(hù)。

        TRIZ指導(dǎo)工程問題創(chuàng)新重視因果分析和資源的利用,而以TRIZ為核心的CAI軟件Pro/lnnovator更以IT技術(shù)固化并發(fā)展了TRIZ的因果分析與資源挖掘方法,有助于透過上述問題背后所存在的技術(shù)機(jī)理,找出其中隱藏著的一系列內(nèi)在原因。針對這些原因再作進(jìn)一步的資源分析,按照軟件所界定的物質(zhì)、能量、組件、流程等不同層面分析對于問題解決可能有所幫助的可用資源,這里僅作部分列舉:蒸汽及其流向、氣壓變化及其壓差、汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的不同階段、汽封本身結(jié)構(gòu)及其材料特性、系統(tǒng)溫度及其變化、間隙設(shè)定值及其變化等。

        通過對汽封技術(shù)核心問題所作的分析,為尋求有效解決方案提供了著力點(diǎn),再結(jié)合對技術(shù)矛盾的提取和創(chuàng)新原理的運(yùn)用,有助于迅速獲得針對根本問題的創(chuàng)新性解決方案。

    4 解決思路和關(guān)鍵步驟

        4.1 分析提取汽封間隙問題中的物理矛盾

        為了充分發(fā)揮汽封對于蒸汽泄漏的阻滯作用,獲得理想的密封效果,從經(jīng)濟(jì)角度考慮,無論是軸端汽封、隔板汽封,還是葉頂汽封,原則上希望汽封間隙盡可能小。但從整個(gè)系統(tǒng)來考慮,汽封間隙的初始設(shè)計(jì)值需要綜合多方面因素來確定,又不能取得太小。尤其從系統(tǒng)運(yùn)行的安全角度考慮,又希望這個(gè)間隙盡可能大一些。按照TRIZ理論,這里面存在著關(guān)于汽封間隙取值大小的一對物理矛盾。

        根據(jù)TRIZ理論,技術(shù)系統(tǒng)存在物理矛盾時(shí),主要通過四大分離原理來解決:空間分離原理、時(shí)間分離原理、條件分離原理和系統(tǒng)分離原理。

        4.2 分析提取汽封間隙問題中的技術(shù)矛盾

        1)提取待解決問題的技術(shù)矛盾

        理論上汽封裝配后的間隙應(yīng)該達(dá)到初始設(shè)計(jì)值,以確保汽輪機(jī)運(yùn)行熱效率。但由于汽輪機(jī)在啟動(dòng)階段易發(fā)生振動(dòng),要求徑向間隙必須足夠大一些。因此,在現(xiàn)場使用過程中,裝調(diào)和維護(hù)的人員都會(huì)有意將這個(gè)間隙值調(diào)至上限,甚至干脆加大。實(shí)際上,一旦汽輪機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段,并不需要這么大的間隙值。由此而引起的能量損失顯然是巨大的。為了盡可能減少能量損失,發(fā)揮汽封的作用,希望在汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行階段最好能夠維持幾乎為零的極小間隙,這就要用到調(diào)控裝置,使汽封具備彈性可退讓機(jī)制。就傳統(tǒng)汽封來看,是依靠汽封圈背面的彈簧片實(shí)現(xiàn)超過設(shè)計(jì)規(guī)定幅向力時(shí)的退讓,但因?yàn)槠恺X很尖薄,彈簧片絲毫不能減少和避免線速度很高的轉(zhuǎn)子與汽封齒接觸時(shí)汽封的迅速磨損。顯然,要實(shí)現(xiàn)更靈活的調(diào)控以改善能量損失,就需要對氣壓或溫度更有效的測量感知和對汽封間隙更精密復(fù)雜的調(diào)控裝置,按照TRIZ理論,這里面存在著一對技術(shù)矛盾。針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)汽封調(diào)控不良問題而誕生的自調(diào)節(jié)汽封(又稱布萊登可調(diào)汽封)就是一種探索,但較傳統(tǒng)汽封要復(fù)雜得多。因此,設(shè)法要改善的技術(shù)參數(shù)是能量損失,而由此帶來的問題是惡化了控制和測量的復(fù)雜性。

        2)將技術(shù)矛盾的兩方面抽象為軟件分析所需要的技術(shù)參數(shù)

        改善的參數(shù):22能量損失;惡化的參數(shù):37控制和測量的復(fù)雜性。

        3)由矛盾矩陣中得到相應(yīng)的創(chuàng)新原理

        如圖l所示,在創(chuàng)新軟件Pro/lnnovat:r5.O中,利用矛盾矩陣對應(yīng)第22行第37列得到4條創(chuàng)新原理所構(gòu)成的解集:35、3、15、23,它們分別對應(yīng):物理或化學(xué)參數(shù)改變原理、局部質(zhì)量原理、動(dòng)態(tài)特性原理和反饋原理。

    在Pro/lnnovation5.0中利用矛盾矩陣查找創(chuàng)新原理

    圖1 在Pro/lnnovation5.0中利用矛盾矩陣查找創(chuàng)新原理

    責(zé)任編輯:蔡虹
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