倪 何，覃海波，鄭奕楊

(1. 海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院， 武漢 430033；2. 海軍航空大學(xué)青島校區(qū)， 山東 青島 266041)

給水系統(tǒng)是常規(guī)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中保證鍋爐上水、維持熱力循環(huán)的重要輔助系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性.

常規(guī)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的給水系統(tǒng)主要由除氧器、增壓泵、給水泵以及眾多的管路、閥門等部件組成，設(shè)備之間的耦合關(guān)系較為復(fù)雜.根據(jù)國內(nèi)外熱電廠、化工企業(yè)以及常規(guī)蒸汽動(dòng)力船舶的實(shí)際使用情況，給水系統(tǒng)是常規(guī)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中較容易出現(xiàn)參數(shù)擾動(dòng)和調(diào)節(jié)失效的環(huán)節(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致各種故障的發(fā)生.特別是在鍋爐快速升負(fù)荷過程中，往往由于給水泵不能快速響應(yīng)蒸發(fā)量快速增加的需求或給水系統(tǒng)中某個(gè)調(diào)節(jié)閥的性能退化導(dǎo)致鍋爐失水、泵汽蝕等故障.所以，對(duì)給水系統(tǒng)在鍋爐升負(fù)荷過程中的運(yùn)行可靠性進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)，對(duì)于深入掌握常規(guī)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行特性，避免各類故障損失，具有重要的應(yīng)用價(jià)值.

目前，對(duì)于給水系統(tǒng)的運(yùn)行特性及其影響的研究主要集中在發(fā)電[1-5]和船舶動(dòng)力[6-8]領(lǐng)域.王挺等[1]和彭明民等[2]針對(duì)可能會(huì)導(dǎo)致核電站給水系統(tǒng)水量突變的瞬態(tài)工況進(jìn)行了分析和預(yù)報(bào)，為系統(tǒng)的安全管理提供了建議.Szapajko等[3]對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的汽水循環(huán)過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并對(duì)典型工況下的機(jī)組瞬態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真分析.Kajal[4]以印度國家火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組為對(duì)象，采用可靠性邏輯框圖構(gòu)建了給水系統(tǒng)的可用度仿真模型.成守宇等[5]以某核電廠機(jī)組為對(duì)象，利用Topmeret仿真平臺(tái)構(gòu)建了凝給水系統(tǒng)的全系統(tǒng)多組分非熱平衡計(jì)算模型，并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性和發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷特性進(jìn)行了仿真研究.孫雅慧[6]以某船用蒸汽動(dòng)力裝置為對(duì)象，構(gòu)建了凝給水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)仿真模型，計(jì)算獲得了不同設(shè)計(jì)工況下凝水泵與增壓泵的葉輪入口壓力，并與相應(yīng)入口溫度下的飽和壓力進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了凝給水系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)的合理性.覃海波等[7]通過潛在通路分析技術(shù)研究了某型船用蒸汽動(dòng)力裝置中高溫除氧水泄漏對(duì)凝水泵啟動(dòng)過程的影響，建立了凝給水系統(tǒng)的性能退化模型，并對(duì)典型任務(wù)剖面下凝給水系統(tǒng)的性能可靠性進(jìn)行了仿真研究.周紅[8]針對(duì)某型船用核動(dòng)力裝置在快速變負(fù)荷過程中冷凝器和除氧器水位波動(dòng)大的問題，建立了給水系統(tǒng)的全工況仿真模型并利用模型進(jìn)行了協(xié)調(diào)控制研究，初步解決了冷凝器水位和除氧器水位的調(diào)控問題，有效提高了給水系統(tǒng)的負(fù)荷跟隨能力.上述研究大多是從給水系統(tǒng)中各設(shè)備的耦合關(guān)系出發(fā)，分析了系統(tǒng)整體的穩(wěn)態(tài)或者瞬態(tài)特性，但沒有涉及到具體設(shè)備故障或者性能退化過程對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性和性能可靠性的影響.

本文以給水卸載管路泄漏這一常見故障為例，開展鍋爐升負(fù)荷過程的動(dòng)態(tài)特性及其性能可靠性研究.首先，借鑒相關(guān)文獻(xiàn)的研究方法和已有研究成果，建立給水系統(tǒng)主要部件模型和給水卸載調(diào)節(jié)閥性能退化模型；然后，以某型船用蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)為對(duì)象，基于SimuWorks仿真平臺(tái)開展在不同給水卸載流量下的鍋爐升負(fù)荷過程仿真研究，獲得鍋爐水位、給水壓差、鍋爐上水閥開度、給水泵轉(zhuǎn)速、給水泵流量以及增壓泵和給水泵入口、出口工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化情況；最后，以隨工作時(shí)間退化的調(diào)節(jié)閥節(jié)流能力為輸入，對(duì)給水系統(tǒng)在鍋爐升負(fù)荷過程中的性能可靠性進(jìn)行仿真研究，計(jì)算獲得給水系統(tǒng)在給水卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化影響下總體性能可靠度的退化規(guī)律和給水卸載管路調(diào)節(jié)閥的性能可靠壽命.

1 給水卸載管路漏泄對(duì)鍋爐升負(fù)荷的影響分析

某型船用常規(guī)蒸汽動(dòng)力裝置的給水系統(tǒng)如圖1所示.該系統(tǒng)主要由除氧器、兩臺(tái)增壓泵、兩臺(tái)給水泵、兩個(gè)增壓泵入口閘閥(V1和V2)、兩個(gè)給水泵出口閘閥(V3和V4)、給水卸載調(diào)節(jié)閥(V5)、鍋爐上水調(diào)節(jié)閥(V6)和管路系統(tǒng)等組成，構(gòu)成兩個(gè)并聯(lián)的鍋爐上水通道，兩個(gè)通道互為備用，規(guī)定一組增壓-給水泵和閥門工作時(shí)用，另一組作為備用.其中，增壓泵為單級(jí)立式離心泵(ZY1和ZY2)，給水泵為3級(jí)立式離心泵(第1～3級(jí)葉輪編號(hào)分別為GS11、GS12、GS13與GS21、GS22、GS23)，增壓泵入口閘閥為手動(dòng)閥，給水泵出口閘閥為單向止回閥，為提高切換過程的時(shí)效性，備用泵組的閥門通常保持常開狀態(tài).

圖1 某型船用給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of a certain marine feedwater system

通過上述影響分析可知，給水卸載調(diào)節(jié)閥性能退化導(dǎo)致的給水卸載管路泄漏將顯著降低鍋爐水位控制和給水系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定性.如果此時(shí)進(jìn)行鍋爐升負(fù)荷操作，給水系統(tǒng)極易由于鍋爐給水需求量的快速上升而出現(xiàn)調(diào)節(jié)失效，導(dǎo)致鍋爐失水、泵汽蝕等故障，進(jìn)而影響到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的安全使用.

2 主要模型

圖2 某型船用給水系統(tǒng)仿真模型的模塊組成與接口關(guān)系Fig.2 Module composition and interface relationship of simulation model of a certain marine feedwater system

2.1 增壓泵和給水泵的揚(yáng)程-流量-轉(zhuǎn)速模型

在增壓泵和給水泵整體出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用基于殘差修正的差異演化算法[10-13].辨識(shí)獲得的增壓泵和給水泵各級(jí)葉輪的揚(yáng)程-流量-轉(zhuǎn)速模型，如下式所示：

(1)

(2)

(3)

(4)

2.2 管路和閥門的流量-阻力模型

2.2.1管路 圓形管路的流量-阻力模型如下式所示：

(5)

(6)

式中：Ra為管路的粗糙度；Re為管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的雷諾數(shù).

2.2.2閥門 采用均相流模型計(jì)算閥門的流量-阻力特性[16]，其表達(dá)式為

(7)

(8)

式中：C為閥門系數(shù)，與閥門類型有關(guān)，閥門為閘閥時(shí)取0.5；ξ為25 ℃時(shí)水流過閥門的標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù).

2.3 工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)計(jì)算模型

2.3.1工質(zhì)比焓 增壓泵入口的給水比焓主要由除氧器參數(shù)和管道散熱決定，可由下式計(jì)算獲得：

(9)

式中：mzyin為增壓泵入口蓄水質(zhì)量；hcy和hzyin為來自除氧器的給水比焓和增壓泵入口給水比焓；t為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間；Φz(mì)yin為增壓泵進(jìn)口管路的散熱量，可由下式計(jì)算獲得：

(10)

式中：Azyin為增壓泵進(jìn)口管路的外表面換熱面積；αzyin為增壓泵進(jìn)口管路與環(huán)境的換熱系數(shù)；Tcy、Tzyin、T0分別為除氧器的給水溫度、增壓泵入口水溫和環(huán)境溫度.

在給水流經(jīng)增壓泵后，由于葉輪的摩擦，給水溫度將上升，其出口比焓可由下式計(jì)算獲得：

(11)

式中：mzyot為增壓泵出口的蓄水質(zhì)量；hzyot為增壓泵出口給水比焓；Ezy為給水流經(jīng)增壓泵時(shí)由摩擦吸收的熱量；Φz(mì)y為給水流經(jīng)增壓泵時(shí)由于摩擦吸收的熱量，可由下式計(jì)算獲得：

(12)

式中：g=9.81 m/s2為重力加速度；fzy為增壓泵摩擦因數(shù)；xzy為增壓泵入口工質(zhì)的質(zhì)量含汽率.

與增壓泵類似，在考慮管路散熱和各級(jí)葉輪的摩擦損失后，給水泵各級(jí)葉輪入口和出口的給水比焓可由下式計(jì)算獲得：

(13)

式中：mgsin1、mgs12、mgs23、mgsot3分別為給水泵第1級(jí)葉輪入口、第1和第2級(jí)葉輪之間、第2和第3級(jí)葉輪之間以及第3級(jí)葉輪出口的蓄水質(zhì)量；hgsin1、hgsin2、hgsin3分別為給水泵第1～3級(jí)葉輪入口的給水比焓；hgsot1、hgsot2、hgsot3分別為給水泵第1～3級(jí)葉輪出口的給水比焓；Φgsin、Φgs1、Φgs2、Φgs3分別為給水泵進(jìn)口管路的散熱量以及給水泵第1～3級(jí)葉輪的摩擦產(chǎn)熱量，可由下式計(jì)算獲得：

(14)

式中：Agsin為給水泵進(jìn)口管路的外表面換熱面積；αgsin為給水泵進(jìn)口管路與環(huán)境的換熱系數(shù)；Tzyot、Tgsin分別為增壓泵出口水溫、給水泵入口水溫；xgs1、xgs2、xgs3分別為給水泵第1～3級(jí)葉輪中工質(zhì)的質(zhì)量含汽率；fgs1、fgs2、fgs3分別為給水泵第1～3級(jí)葉輪的摩擦因數(shù).

2.3.2工質(zhì)含汽率 在給水卸載管路泄漏時(shí)，由于流經(jīng)增壓泵和給水泵的給水流量增加，管路和閥門的流動(dòng)壓力損失會(huì)增大，導(dǎo)致增壓泵和給水泵的入口壓力降低，在泵葉輪摩擦升溫的綜合作用下，增壓泵和給水泵可能會(huì)發(fā)生汽蝕.假設(shè)增壓泵和給水泵葉輪入口與葉片前緣的壓力相等，則系統(tǒng)各處的質(zhì)量含汽率可由下式計(jì)算獲得：

(15)

式中：h、hw和hv分別為計(jì)算獲得的工質(zhì)比焓、對(duì)應(yīng)壓力下的飽和水比焓和飽和蒸汽比焓.

2.3.3工質(zhì)溫度 工質(zhì)溫度主要用于計(jì)算管道的散熱量以及泵的汽蝕判斷，可由通用公式計(jì)算獲得，其表達(dá)式為

(16)

式中：cw為水的比熱容；T*為對(duì)應(yīng)壓力下水和水蒸汽的飽和溫度.

2.4 調(diào)節(jié)閥性能退化模型

液壓閘閥的節(jié)流能力在流體沖蝕作用下的退化過程一般服從定速退化規(guī)律，則ξ隨t的退化模型如下式所示：

(17)

式中：μ(t)和σ(t)為系統(tǒng)運(yùn)行至?xí)r間t時(shí)，調(diào)節(jié)閥標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；μ0和σ0為調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)均值與標(biāo)準(zhǔn)差；μξ和σξ為阻力系數(shù)均值與標(biāo)準(zhǔn)差的退化速率.

3 鍋爐升負(fù)荷過程仿真

以某型船用蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)較大和過量給水卸載量下，鍋爐從5%～85%額定負(fù)荷的快速升負(fù)荷過程進(jìn)行仿真研究.仿真計(jì)算時(shí)取除氧器壓力pd=0.125 MPa，除氧器給水溫度Tcy=104 ℃，除氧器到增壓泵入口的相對(duì)高度差Sdz=9.7 m，增壓泵出口到給水泵入口的相對(duì)高度差Szg=-0.25 m，給水泵出口到鍋爐汽包的相對(duì)高度差Sgb=-7 m，仿真結(jié)果如下.

3.1 較大卸載量下的升負(fù)荷過程

由圖3可見，當(dāng)t=75 s時(shí)，鍋爐水位下降至最小值 0.190 2Db，水位最大波動(dòng)幅度為-0.109 8Db.按照該型鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格書，該型鍋爐在變負(fù)荷過程中的水位波動(dòng)應(yīng)在±0.1Db以內(nèi).顯然，在給水卸載量變大后，水位的波動(dòng)幅度超過了控制要求，表明此時(shí)鍋爐的水位調(diào)節(jié)能力已經(jīng)有所退化.這主要是因?yàn)楫?dāng)給水卸載管路調(diào)節(jié)閥節(jié)流能力下降后，部分本應(yīng)進(jìn)入鍋爐的給水經(jīng)卸載管路返回了除氧器，導(dǎo)致鍋爐的實(shí)際上水量減小，鍋爐不得不等待給水泵提速來補(bǔ)充這部分被額外卸載的給水.需要注意的是，該型鍋爐的低水位報(bào)警水位為0.18Db，因此卸載量進(jìn)一步增大很有可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐的失水故障.

在整個(gè)升負(fù)荷過程中，鍋爐上水閥開度和給水機(jī)組轉(zhuǎn)速在鍋爐水位和給水壓差調(diào)節(jié)回路的作用下波動(dòng)上升，以保證給水壓差穩(wěn)定，滿足鍋爐正常上水需求.但是，當(dāng)t=69～112 s時(shí)，給水壓差連續(xù)出現(xiàn)了兩次波動(dòng)，第1次在t=69～82 s時(shí)，第2次在t=90～112 s時(shí)，這是因?yàn)樵谠摃r(shí)間段內(nèi)增壓泵發(fā)生了汽蝕.

通過對(duì)圖3～5的數(shù)據(jù)分析可知，增壓泵發(fā)生汽蝕的主要原因是當(dāng)給水泵流量增大后， 增壓泵入口管的壓力損失會(huì)增大而增壓泵的入口壓力將減小，進(jìn)而導(dǎo)致增壓泵入口汽蝕余量降低.當(dāng)t=69 s時(shí)，增壓泵入口的飽和水比焓降至入口工質(zhì)比焓以下，此時(shí)給水在增壓泵入口處出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，增壓泵入口的質(zhì)量含汽率增大，增壓泵出口壓力下降，導(dǎo)致給水泵出口壓力下降、給水壓差減??；在給水壓差調(diào)節(jié)回路的作用下，給水泵轉(zhuǎn)速將上升以增大給水壓差，該調(diào)節(jié)過程會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，因此產(chǎn)生了給水壓差的第1次波動(dòng).當(dāng)t=78～90 s時(shí)，隨著給水壓差的穩(wěn)定，給水泵轉(zhuǎn)速下降、流量降低，增壓泵入口的壓力也隨之回升，并在t=90 s時(shí)脫離汽蝕狀態(tài)恢復(fù)正常運(yùn)行.在增壓泵正常工作后，增壓泵的出口壓力恢復(fù)，由于此時(shí)鍋爐的升負(fù)荷過程還沒有結(jié)束，給水壓差在鍋爐水位和給水壓差調(diào)節(jié)回路的共同作用下，出現(xiàn)了第2次波動(dòng).

圖3 較大卸載量下升負(fù)荷過程的kV6、n、Δpgs、lbw的變化Fig.3 Variations of kV6，n，Δpgs， and lbw in process of load-raising at a larger unloading mass flow

圖4 較大卸載量下升負(fù)荷過程的hzyw、hzyin、xzy、pzyot的變化Fig.4 Variations of hzyw, hzyin, xzy, and pzyot in process of load-raising at a larger unloading mass flow

圖5 較大卸載量下升負(fù)荷過程的的變化Fig.5 Variations of pgsot and in process of load-raising at a larger unloading mass flow

3.2 過量卸載量下的升負(fù)荷過程

由圖6可見，由于給水卸載管路調(diào)節(jié)閥節(jié)流能力的進(jìn)一步退化，大量本該進(jìn)入鍋爐的給水經(jīng)卸載管路回流至除氧器，給水系統(tǒng)保持鍋爐正常上水的能力被大大削弱.當(dāng)t=64 s時(shí)， 鍋爐的最低水位降到 0.178 4Db，而該型鍋爐的低報(bào)警水位為0.18Db，此時(shí)可以認(rèn)為鍋爐發(fā)生了失水故障.為了彌補(bǔ)卸載量增大帶來的給水缺失，給水機(jī)組的初始轉(zhuǎn)速由3.1節(jié)中的 0.743 9nr上升至 0.777 4nr以增大給水泵流量，滿足鍋爐的正常上水.與3.1節(jié)的結(jié)果類似，當(dāng)t=58～145 s時(shí)，給水壓差連續(xù)出現(xiàn)了兩次波動(dòng)，第1次在t=58～79 s時(shí)，第2次在t=92～145 s時(shí).與3.1節(jié)的情況相比，兩次波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間都相對(duì)較長，且波動(dòng)幅度相對(duì)較大.造成波動(dòng)現(xiàn)象的原因同樣是因?yàn)楸玫钠g，但此時(shí)增壓泵與給水泵的第1級(jí)葉輪同時(shí)發(fā)生了汽蝕.

圖6 過量卸載量下升負(fù)荷過程的kv6、n、Δpgs、lbw的變化Fig.6 Variations of kv6, n, Δpgs, and lbw in process of load-raising at an excess unloading mass flow

圖8 過量卸載量下升負(fù)荷過程的的變化Fig.8 Variations of hgsw, xgs, hgsit, pgsot, and in process of load-raising at a larger unloading mass flow

通過對(duì)圖6～8的數(shù)據(jù)分析可知，在發(fā)生汽蝕時(shí)，增壓泵入口的質(zhì)量含汽率要明顯高于3.1節(jié)，導(dǎo)致增壓泵的出口壓力迅速下降.當(dāng)t=63 s時(shí)，給水泵第1級(jí)葉輪入口的飽和水比焓降至該處工質(zhì)比焓之下，給水泵出現(xiàn)汽蝕，給水泵出口壓力和流量發(fā)生波動(dòng).當(dāng)t=79～113 s時(shí)，隨著給水泵流量的減小，增壓泵汽蝕得到緩解，其出口壓力開始回升，使得給水泵第1級(jí)葉輪入口處的飽和水比焓開始增大，并在t=101 s時(shí)升至該處工質(zhì)的比焓之上，給水泵開始脫離汽蝕狀態(tài)并逐漸恢復(fù)正常運(yùn)行.隨著增壓泵出口壓力的恢復(fù)，在鍋爐水位和給水壓差調(diào)節(jié)回路的共同作用下，給水壓差出現(xiàn)第2次波動(dòng).

綜上所述，隨著給水卸載管路調(diào)節(jié)閥的性能退化，鍋爐出現(xiàn)失水故障以及增壓泵和給水泵出現(xiàn)汽蝕故障的可能性都在不斷增大，而且性能退化程度越大、故障現(xiàn)象越明顯，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)越差.

4 鍋爐升負(fù)荷過程可靠性研究

采用數(shù)學(xué)模型與Monte Carlo隨機(jī)抽樣仿真相結(jié)合的方法，對(duì)鍋爐升負(fù)荷過程中給水系統(tǒng)的性能可靠性進(jìn)行研究.分析在給水卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化影響下，鍋爐失水和增壓泵、給水泵汽蝕等故障的發(fā)生規(guī)律，并由此計(jì)算給水系統(tǒng)的總體性能可靠度和給水卸載調(diào)節(jié)閥的性能可靠壽命.

4.1 仿真結(jié)果及故障規(guī)律分析

當(dāng)鍋爐最低水位低于0.18Db或增壓泵入口質(zhì)量含汽率大于0.02%或給水泵第1級(jí)葉輪入口質(zhì)量含汽率大于0.01%時(shí)，認(rèn)為給水系統(tǒng)出現(xiàn)故障.取t=[0τ，32τ](τ為鍋爐定期保養(yǎng)的時(shí)間間隔)，經(jīng) 1 000 次仿真，統(tǒng)計(jì)出給水系統(tǒng)各類故障及其組合的出現(xiàn)次數(shù)隨t的變化情況，如表1所示.

表1 給水系統(tǒng)故障次數(shù)隨運(yùn)行時(shí)間的變化Tab.1 Failure times of feedwater system with operation time

由表1可知，給水系統(tǒng)在鍋爐升負(fù)荷過程中由于給水卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化而出現(xiàn)的故障有如下規(guī)律：

(1) 增壓泵汽蝕和給水泵汽蝕都可能導(dǎo)致鍋爐失水，而且在兩臺(tái)泵同時(shí)汽蝕時(shí)，鍋爐必然失水；

(2) 根據(jù)仿真結(jié)果，增壓泵最早于t=18τ時(shí)出現(xiàn)汽蝕故障，而給水泵汽蝕最早于t=24τ時(shí)才出現(xiàn)汽蝕故障，這說明增壓泵相對(duì)于給水泵更容易發(fā)生汽蝕；

(3) 單一的給水泵汽蝕故障不會(huì)出現(xiàn)，給水泵汽蝕必然伴隨著鍋爐失水；

(4) 隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的累積，單一和任意兩兩組合故障出現(xiàn)的次數(shù)均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而三類故障同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)則迅速增大.

4.2 給水系統(tǒng)總體性能可靠度

根據(jù)表1給出的給水系統(tǒng)故障次數(shù)隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的變化情況，按下式計(jì)算不同t處的系統(tǒng)性能可靠度[7]，結(jié)果如圖9所示.

(18)

圖9 給水系統(tǒng)總體性能可靠度隨運(yùn)行時(shí)間的變化Fig.9 Variation of whole performance reliability of feedwater system with operation time

由圖9可見，在卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化影響下，給水系統(tǒng)的總體性能可靠度在t>17τ后開始下降，下降速率先慢后快，并于t=20τ～26τ期間達(dá)到最大值，然后開始逐漸變緩.

4.3 給水卸載管路調(diào)節(jié)閥的性能可靠壽命

系統(tǒng)中某個(gè)設(shè)備的性能可靠壽命是指，系統(tǒng)的總體性能可靠度由于該設(shè)備的性能退化而下降到某一極限值RL前，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的時(shí)間，即設(shè)備在該性能可靠度下的性能可靠壽命，可由下式計(jì)算獲得：

(19)

假設(shè)給水系統(tǒng)性能可靠度的允許極限值RL=0.8，由圖9和式(19)可得，給水系統(tǒng)在卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化影響下的預(yù)期性能可靠壽命大約為21.5τ.考慮到給水系統(tǒng)的保養(yǎng)周期通常與鍋爐同步，因此建議將給水卸載管路調(diào)節(jié)閥的性能可靠壽命設(shè)定為21τ，也即每隔21個(gè)鍋爐保養(yǎng)周期更換或者維修一次給水卸載管路的調(diào)節(jié)閥，以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行.

5 結(jié)論

(1) 建立了鍋爐給水系統(tǒng)主要部件的數(shù)學(xué)模型、工質(zhì)參數(shù)的計(jì)算模型以及給水卸載調(diào)節(jié)閥的性能退化模型，并對(duì)不同給水卸載流量下的鍋爐升負(fù)荷過程進(jìn)行了仿真研究.仿真結(jié)果表明，給水卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化是導(dǎo)致鍋爐升負(fù)荷過程中鍋爐失水和增壓泵、給水泵汽蝕的主要原因之一，并且調(diào)節(jié)閥的性能退化程度越大，所引發(fā)故障的故障程度及其造成的影響也越大.

(2) 采用機(jī)理模型與Monte Carlo隨機(jī)抽樣仿真相結(jié)合的方法，對(duì)某型船用給水系統(tǒng)在鍋爐升負(fù)荷過程的性能可靠性進(jìn)行仿真研究，分析了給水系統(tǒng)在給水卸載管路調(diào)節(jié)閥性能退化影響下的故障規(guī)律，計(jì)算了給水系統(tǒng)總體性能可靠性隨運(yùn)行時(shí)間的退化規(guī)律，獲得了給水卸載管路調(diào)節(jié)閥的性能可靠壽命.上述分析和計(jì)算結(jié)果對(duì)該型船用給水系統(tǒng)和其他同類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、故障排查和運(yùn)行管理有一定的參考價(jià)值.