一种主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法
【专利摘要】本发明提供一种主蒸汽隔离阀驱动装置包括：出油路(A1)；进油路(A2)；氮气辅助驱动；冗余出油路(A3)；及冗余进油路(A4)。本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，其所有液压和气压均在且必须在8.2MPa以内，能够满足电磁阀等重要器件采购要求。
【专利说明】
一种主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种核电厂的主蒸汽隔离阀驱动装置，具体涉及一种双进油双出油气 液联动的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法。
【背景技术】
[0002] 主蒸汽隔离阀是安全壳隔离阀，执行安全壳隔离和蒸汽发生器隔离功能，可靠性 要求极高。在稳态运行时，主蒸汽隔离阀处于开启状态；当发生主蒸汽管道破裂等危急情况 时，主蒸汽隔离阀需要在2-5秒内紧急快速关闭，保障核电站安全。主蒸汽隔离阀的可靠性 是由其驱动装置保障的。随着第三代核电技术的迅速发展，更先进更可靠的主蒸汽隔离阀 驱动装置的研发成为必然趋势。目前，我国核电站的主蒸汽隔离阀驱动装置全部依赖进口， 不但增加工程建设成本，也延长了采购周期。
[0003] 主蒸汽隔离阀驱动装置属于机电设备，涉及到多学科交叉。目前核电行业机电设 备的设计更多地是传统设计过程，也就是凭借设计者的知识和经验，这样难以在设计阶段 对机电系统的动态特性等性能参数进行验证和优化，使得核电研发成本高昂以及周期漫 长。
[0004] 核电的机电设备设计涉及多学科交叉，单一软件各有优劣势，往往无法胜任。将多 仿真软件联合应用于机电设备的研发过程中，即在研发初始阶段就建立机电系统仿真模 型，对其进行设计、验证和优化，发现和解决潜在问题，既是安全需要，又能够节约时间和金 钱成本，是核电行业机电设备设计的发展趋势。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术的不足，提出一种主蒸汽隔离阀驱动装置。
[0006] 主蒸汽隔离阀驱动装置包括：
[0007] 出油路(Al);所述出油路(Al)包括第一电磁阀(A17)、出油路电磁阀(A15)、第二电 磁阀(A18)和节流阀(A16);其中主蒸汽隔离阀开关信号(All)通过所述第一电磁阀(A17)控 制出油路电磁阀(A15)的输入信号(A13)，实现所述出油路(Al)的开关状态;变口径控制信 号(A12)通过所述第二电磁阀(A18)改变控制所述节流阀(A16) 口径的控制信号(A14)，实现 控制所述出油路(A1)的最大流量；
[0008] 进油路(A2);所述进油路(A2)包括电机控制信号(A21)、电机(A22)、单向阀(A23)、 泄压阀(A24)、液压储能器(A25)和压力表(A26);
[0009] 氮气辅助驱动；
[0010] 冗余出油路(A3);及
[0011] 冗余进油路(A4)。
[0012] 优选地，所述主蒸汽隔离阀驱动装置完全位于主蒸汽隔离阀和阀杆上方。
[0013] 本发明针对现有技术的不足，又提出一种主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模 方法。
[0014] 主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法包括如下步骤：
[0015] 步骤1:输入三维主蒸汽隔离阀及其驱动装置三维尺寸，在UG里进行三维建模，并 进行运动学分析；
[0016] 步骤2:将所述的三维模型导入ADAMS，建立主蒸汽隔离阀动力学模型；
[0017]步骤3:在液压气动仿真软件AMESim中建立主蒸汽隔离阀驱动装置动力学模型； [0018]步骤4:将所述步骤2的主蒸汽隔离阀ADAMS模型导入AMESim中，成为联合仿真信号 输入输出模块，进行联合仿真；
[0019] 步骤5:将联合仿真结果导出至MATLAB中进行显示。
[0020] 优选地，所述步骤4还包括:主蒸汽隔离阀驱动装置AMESim模型输出液压力和气压 力信息给主蒸汽隔离阀ADAMS模型，主蒸汽隔离阀ADAMS模型反馈阀杆位移和速度信息给主 蒸汽隔离阀驱动装置AMESim模型。
[0021] 优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置所有液压和气压均在且必须在8.2MPa以 内。
[0022] 优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置采用单出油路快关或者双出油路快关，均 能使主蒸汽隔离阀在2-5秒内实现关闭。
[0023] 优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置单出油路快关和双出油路快关区别为出油 路数量，其它参数均相同。
[0024] 针对国内核电在主蒸汽隔离阀驱动装置领域尚未国产化的现状，本发明的目的在 于提供一种双进油双出油的主蒸汽隔离阀驱动装置，采用气液联动的原理，所有的进出油 路和气体回路均相互独立，以增加可靠性;及其联合仿真建模方法，对各软件取长补短，能 够在研发初期就建立机电系统仿真模型，发现和解决潜在问题，缩短主蒸汽隔离阀驱动装 置研发周期和减少工程建设成本。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] 1、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，其所有液压和气 压均在且必须在8.2MPa以内，能够满足电磁阀等重要器件采购要求。
[0027] 2、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，采用单出油路快 关或者双出油路快关，区别仅在出油路数量，其它参数均相同，均能使主蒸汽隔离阀在2-5 秒内实现关闭。
[0028] 3、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，有助于主蒸汽隔 离阀驱动装置的国产化研制，缩短研发周期和降低工程建设成本。
【附图说明】
[0029] 图1为符合本发明优选实施例的主蒸汽隔离阀驱动装置的示意图。
[0030]图2为符合本发明优选实施例的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法的示 意图。
[0031] 图3为符合本发明优选实施例的符合本发明优选实施例的主蒸汽隔离阀驱动装置 的三维模型示意图。
[0032] 图4为双出油路快关开关信号和阀芯位移图。
[0033]图5为双出油路快关压力变化曲线图；
[0034]图6为单出油路快关开关信号和阀芯位移图；
[0035]图7为单出油路快关压力变化曲线图；
[0036]图8为双出油路快关和单油路快关仿真ADAMS效果对比图。
[0037]图中：Al为出油路、A2为进油路、A3为冗余出油路、A4为冗余进油路、All为主蒸汽 隔离阀开关信号、A12为控制信号、A13为输入信号、A14为控制信号、A15为出油路电磁阀、 A16为节流阀、A17为电磁阀、A18为电磁阀、A21为电机控制信号、A22为电机、A23为单向、A24 为泄压阀、A25为液压储能器、A26为压力表、Bl为驱动装置、B2为主蒸汽隔离阀、B3为阀杆。
【具体实施方式】
[0038] 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。
[0039] 如图1所示，主蒸汽隔离阀驱动装置包括：
[0040] 出油路(Al);所述出油路(Al)包括第一电磁阀(A17)、出油路电磁阀(A15)、第二电 磁阀(A18)和节流阀(A16);其中主蒸汽隔离阀开关信号(All)通过所述第一电磁阀(A17)控 制出油路电磁阀(A15)的输入信号(A13)，实现所述出油路(Al)的开关状态;变口径控制信 号(A12)通过所述第二电磁阀(A18)改变控制所述节流阀(A16) 口径的控制信号(A14)，实现 控制所述出油路(A1)的最大流量；
[0041] 进油路(A2);所述进油路(A2)包括电机控制信号(A21)、电机(A22)、单向阀(A23)、 泄压阀(A24)、液压储能器(A25)和压力表(A26);
[0042]氮气辅助驱动；
[0043] 冗余出油路(A3);及
[0044] 冗余进油路(A4)。
[0045] 优选地，冗余出油路(A3)、冗余进油路(A4)分别和出油路(Al)、进油路(A2)-样， 相互独立。
[0046] 优选地，所述主蒸汽隔离阀驱动装置完全位于主蒸汽隔离阀和阀杆上方。
[0047] 本发明针对现有技术的不足，又提出一种主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模 方法。
[0048] 如图2所示，主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法包括如下步骤：
[0049]步骤1:输入三维主蒸汽隔离阀及其驱动装置三维尺寸，如图3所示，在UG里进行三 维建模，并进行运动学分析；
[0050]步骤2:将所述的三维模型导入ADAMS，建立主蒸汽隔离阀动力学模型；
[0051 ]步骤3:在液压气动仿真软件AMESim中建立主蒸汽隔离阀驱动装置动力学模型； [0052]步骤4:将所述步骤2的主蒸汽隔离阀ADAMS模型导入AMESim中，成为联合仿真信号 输入输出模块，进行联合仿真；
[0053] 步骤5:将联合仿真结果导出至MATLAB中进行显示。
[0054]优选地，采取双出油路紧急快关时，A1和A3中的控制信号均相同;A2和A4中的进油 信号均相同，都为0。液压油路和气压最大值均不超过8.2MPa。
[0055]主蒸汽隔离阀开关信号All为
[0056]
[0057] 其中tl为快关时间。
[0058]控制信号A12与控制信号All相同。
[0059]电磁阀A15的输入信号A13为 _]
⑶
[0061 ]其中X和y是B13两端的压力输入信号。当Bll输入信号为0时，x = y，Bll输出信号为 0,表示关闭出油油路;当Bll的输入信号为255时，x = 0，B13的输出信号为1，打开出油油路。
[0062] 控制信号A14为
[0063]
(3>
[0064] 其中a = 0.1沁=0.68<^14的输出信号值在0-1之间设定，传递给节流阀，越接近1， 说明开口孔径越大，越接近〇，说明开口孔径越小。
[0065]当其中一条出油路，例如A3产生故障时，A3不能出油，采取单出油路Al出油，实现 紧急快关，所有的控制信号和参数均与双出油路出油时相同。
[0066] 优选地，所述步骤4还包括:主蒸汽隔离阀驱动装置AMESim模型输出液压力和气压 力信息给主蒸汽隔离阀ADAMS模型，主蒸汽隔离阀ADAMS模型反馈阀杆位移和速度信息给主 蒸汽隔离阀驱动装置AMESim模型。
[0067]优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置所有液压和气压均在且必须在8.2MPa以 内。
[0068] 优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置采用单出油路快关或者双出油路快关，均 能使主蒸汽隔离阀在2-5秒内实现关闭。
[0069] 优选地，所述的主蒸汽隔离阀驱动装置单出油路快关和双出油路快关区别为出油 路数量，其它参数均相同。
[0070] 附图4~附图8为部分可视化的仿真结果，可以看出主蒸汽隔离阀在液压和气压均 不超过8MPa的情况下，从100 %开启到100 %关闭，双出油路快关时2.285秒完成快关，单出 油路快关时4.48秒完成快关。仿真结果验证了本发明提出的一种主蒸汽隔离阀驱动装置及 其联合仿真建模方法，为第三代核电技术主蒸汽隔离阀驱动装置国产化研制提供了理论依 据，可缩短工程建设周期和降低研发成本，其联合仿真建模方法可以适用于核电站其他机 电液设备的建模与动态性能分析中，具有一定的指导意义。
[0071] 针对国内核电在主蒸汽隔离阀驱动装置领域尚未国产化的现状，本发明的目的在 于提供一种双进油双出油的主蒸汽隔离阀驱动装置，采用气液联动的原理，所有的进出油 路和气体回路均相互独立，以增加可靠性;及其联合仿真建模方法，对各软件取长补短，能 够在研发初期就建立机电系统仿真模型，发现和解决潜在问题，缩短主蒸汽隔离阀驱动装 置研发周期和减少工程建设成本。
[0072] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0073] 1、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，其所有液压和气 压均在且必须在8.2MPa以内，能够满足电磁阀等重要器件采购要求。
[0074] 2、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，采用单出油路快 关或者双出油路快关，区别仅在出油路数量，其它参数均相同，均能使主蒸汽隔离阀在2-5 秒内实现关闭。
[0075] 3、本发明提供的主蒸汽隔离阀驱动装置及其联合仿真建模方法，有助于主蒸汽隔 离阀驱动装置的国产化研制，缩短研发周期和降低工程建设成本。
[0076] 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。
[0077] 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。
[0078] 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。
【主权项】
1. 一种主蒸汽隔离阀驱动装置，其特征在于，包括： 出油路(A1);所述出油路(A1)包括第一电磁阀(A17)、出油路电磁阀(A15)、第二电磁阀 (A18)和节流阀(A16);其中主蒸汽隔离阀开关信号(All)通过所述第一电磁阀(A17)控制出 油路电磁阀（A15)的输入信号（A13)，实现所述出油路(A1)的开关状态；变口径控制信号 (A12)通过所述第二电磁阀(A18)改变控制所述节流阀(A16) 口径的控制信号(A14)，实现控 制所述出油路(A1)的最大流量； 进油路(A2);所述进油路(A2)包括电机控制信号(A21)、电机(A22)、单向阀(A23)、泄压 阀(A24)、液压储能器(A25)和压力表(A26); 氮气辅助驱动； 冗余出油路(A3);及 冗余进油路(A4)。2. -种根据权利要求1所述的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法，其特征在 于，包括如下步骤： 步骤1:输入三维主蒸汽隔离阀及其驱动装置三维尺寸，在UG里进行三维建模，并进行 运动学分析； 步骤2:将所述的三维模型导入ADAMS，建立主蒸汽隔离阀动力学模型； 步骤3:在液压气动仿真软件AMESim中建立主蒸汽隔离阀驱动装置动力学模型； 步骤4:将所述步骤2的主蒸汽隔离阀ADAMS模型导入AMESim中，成为联合仿真信号输入 输出模块，进行联合仿真； 步骤5:将联合仿真结果导出至MATLAB中进行显示。3. 根据权利要求2所述的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法，其特征在于，所 述步骤4还包括:主蒸汽隔离阀驱动装置AMESim模型输出液压力和气压力信息给主蒸汽隔 离阀ADAMS模型，主蒸汽隔离阀ADAMS模型反馈阀杆位移和速度信息给主蒸汽隔离阀驱动装 置AMESim模型。4. 根据权利要求3所述的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法，其特征在于，所 述的主蒸汽隔离阀驱动装置所有液压和气压均在且必须在8.2MPa以内。5. 根据权利要求3所述的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法，其特征在于，所 述的主蒸汽隔离阀驱动装置采用单出油路快关或者双出油路快关，均能使主蒸汽隔离阀在 2-5秒内实现关闭。6. 根据权利要求5所述的主蒸汽隔离阀驱动装置的联合仿真建模方法，其特征在于，所 述的主蒸汽隔离阀驱动装置单出油路快关和双出油路快关区别为出油路数量，其它参数均 相同。
【文档编号】G05B17/02GK105843070SQ201610160280
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】潘大雷, 顾申杰, 郭广跃, 匡红波, 钟华
【申请人】上海核工程研究设计院