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    基于TRIZ和Pro/lnnovator的汽封技術創新設計

    來源:萬方數據   作者:劉明 高媛媛 王向東  發布時間:2013-08-26
    針對汽輪機汽封系統目前存在的問題,應用TRIZ理論和計算機輔助創新軟件Pro/lnnovator5.0,對其代表性問題的成因進行深入分析,提取問題中存在的技術矛盾和物理矛盾,找到了對應的創新原理,再結合對技術系統自身資源的挖掘利用,創新性地構思出利用蒸汽壓力調整軸向浮動式可調汽封的概念性原理方案。

        3.3 磨損后的間隙補償問題

        汽封在長期使用過程中,會因為局部磨損、冷熱變形、振動移位等等原因,使得配合間隙過度偏離設計值,蒸汽損失過大,需要做出適當的調整補償或修復性維護。

        TRIZ指導工程問題創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技術固化并發展了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機理,找出其中隱藏著的一系列內在原因。針對這些原因再作進一步的資源分析,按照軟件所界定的物質、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、汽輪機運轉的不同階段、汽封本身結構及其材料特性、系統溫度及其變化、間隙設定值及其變化等。

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

    4 解決思路和關鍵步驟

        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,從經濟角度考慮,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。但從整個系統來考慮,汽封間隙的初始設計值需要綜合多方面因素來確定,又不能取得太小。尤其從系統運行的安全角度考慮,又希望這個間隙盡可能大一些。按照TRIZ理論,這里面存在著關于汽封間隙取值大小的一對物理矛盾。

        根據TRIZ理論,技術系統存在物理矛盾時,主要通過四大分離原理來解決:空間分離原理、時間分離原理、條件分離原理和系統分離原理。

        4.2 分析提取汽封間隙問題中的技術矛盾

        1)提取待解決問題的技術矛盾

        理論上汽封裝配后的間隙應該達到初始設計值,以確保汽輪機運行熱效率。但由于汽輪機在啟動階段易發生振動,要求徑向間隙必須足夠大一些。因此,在現場使用過程中,裝調和維護的人員都會有意將這個間隙值調至上限,甚至干脆加大。實際上,一旦汽輪機進入穩定運行階段,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,發揮汽封的作用,希望在汽輪機穩定運行階段最好能夠維持幾乎為零的極小間隙,這就要用到調控裝置,使汽封具備彈性可退讓機制。就傳統汽封來看,是依靠汽封圈背面的彈簧片實現超過設計規定幅向力時的退讓,但因為汽封齒很尖薄,彈簧片絲毫不能減少和避免線速度很高的轉子與汽封齒接觸時汽封的迅速磨損。顯然,要實現更靈活的調控以改善能量損失,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雜的調控裝置,按照TRIZ理論,這里面存在著一對技術矛盾。針對傳統結構汽封調控不良問題而誕生的自調節汽封(又稱布萊登可調汽封)就是一種探索,但較傳統汽封要復雜得多。因此,設法要改善的技術參數是能量損失,而由此帶來的問題是惡化了控制和測量的復雜性。

        2)將技術矛盾的兩方面抽象為軟件分析所需要的技術參數

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

        3)由矛盾矩陣中得到相應的創新原理

        如圖l所示,在創新軟件Pro/lnnovat:r5.O中,利用矛盾矩陣對應第22行第37列得到4條創新原理所構成的解集:35、3、15、23,它們分別對應:物理或化學參數改變原理、局部質量原理、動態特性原理和反饋原理。

    在Pro/lnnovation5.0中利用矛盾矩陣查找創新原理

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

    責任編輯:蔡虹
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