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基于TRIZ和Pro/lnnovator的汽封技术创新设计

来源:万方数据   作者:刘明 高媛媛 王向东  发布时间:2013-08-26
针对汽轮机汽封系统目前存在的问题,应用TRIZ理论和计算机辅助创新软件Pro/lnnovator5.0,对其代表性问题的成因进行深入分析,提取问题中存在的技术矛盾和物理矛盾,找到了对应的创新原理,再结合对技术系统自身资源的挖掘利用,创新性地构思出利用蒸汽压力调整轴向浮动式可调汽封的概念性原理方案。

    3.3 磨损后的间隙补偿问题

    汽封在长期使用过程中,会因为局部磨损、冷热变形、振动移位等等原因,使得配合间隙过度偏离设计值,蒸汽损失过大,需要做出适当的调整补偿或修复性维护。

    TRIZ指导工程问题创新重视因果分析和资源的利用,而以TRIZ为核心的CAI软件Pro/lnnovator更以IT技术固化并发展了TRIZ的因果分析与资源挖掘方法,有助于透过上述问题背后所存在的技术机理,找出其中隐藏着的一系列内在原因。针对这些原因再作进一步的资源分析,按照软件所界定的物质、能量、组件、流程等不同层面分析对于问题解决可能有所帮助的可用资源,这里仅作部分列举:蒸汽及其流向、气压变化及其压差、汽轮机运转的不同阶段、汽封本身结构及其材料特性、系统温度及其变化、间隙设定值及其变化等。

    通过对汽封技术核心问题所作的分析,为寻求有效解决方案提供了着力点,再结合对技术矛盾的提取和创新原理的运用,有助于迅速获得针对根本问题的创新性解决方案。

4 解决思路和关键步骤

    4.1 分析提取汽封间隙问题中的物理矛盾

    为了充分发挥汽封对于蒸汽泄漏的阻滞作用,获得理想的密封效果,从经济角度考虑,无论是轴端汽封、隔板汽封,还是叶顶汽封,原则上希望汽封间隙尽可能小。但从整个系统来考虑,汽封间隙的初始设计值需要综合多方面因素来确定,又不能取得太小。尤其从系统运行的安全角度考虑,又希望这个间隙尽可能大一些。按照TRIZ理论,这里面存在着关于汽封间隙取值大小的一对物理矛盾。

    根据TRIZ理论,技术系统存在物理矛盾时,主要通过四大分离原理来解决:空间分离原理、时间分离原理、条件分离原理和系统分离原理。

    4.2 分析提取汽封间隙问题中的技术矛盾

    1)提取待解决问题的技术矛盾

    理论上汽封装配后的间隙应该达到初始设计值,以确保汽轮机运行热效率。但由于汽轮机在启动阶段易发生振动,要求径向间隙必须足够大一些。因此,在现场使用过程中,装调和维护的人员都会有意将这个间隙值调至上限,甚至干脆加大。实际上,一旦汽轮机进入稳定运行阶段,并不需要这么大的间隙值。由此而引起的能量损失显然是巨大的。为了尽可能减少能量损失,发挥汽封的作用,希望在汽轮机稳定运行阶段最好能够维持几乎为零的极小间隙,这就要用到调控装置,使汽封具备弹性可退让机制。就传统汽封来看,是依靠汽封圈背面的弹簧片实现超过设计规定幅向力时的退让,但因为汽封齿很尖薄,弹簧片丝毫不能减少和避免线速度很高的转子与汽封齿接触时汽封的迅速磨损。显然,要实现更灵活的调控以改善能量损失,就需要对气压或温度更有效的测量感知和对汽封间隙更精密复杂的调控装置,按照TRIZ理论,这里面存在着一对技术矛盾。针对传统结构汽封调控不良问题而诞生的自调节汽封(又称布莱登可调汽封)就是一种探索,但较传统汽封要复杂得多。因此,设法要改善的技术参数是能量损失,而由此带来的问题是恶化了控制和测量的复杂性。

    2)将技术矛盾的两方面抽象为软件分析所需要的技术参数

    改善的参数:22能量损失;恶化的参数:37控制和测量的复杂性。

    3)由矛盾矩阵中得到相应的创新原理

    如图l所示,在创新软件Pro/lnnovat:r5.O中,利用矛盾矩阵对应第22行第37列得到4条创新原理所构成的解集:35、3、15、23,它们分别对应:物理或化学参数改变原理、局部质量原理、动态特性原理和反馈原理。

在Pro/lnnovation5.0中利用矛盾矩阵查找创新原理

图1 在Pro/lnnovation5.0中利用矛盾矩阵查找创新原理

责任编辑:蔡虹
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