直動(dòng)電磁閥線圈溫度場(chǎng)特性分析

2013-11-04

　　組合閥由 3 個(gè)直動(dòng)電磁閥組成，電磁閥的性能直接影響組合閥的性能，從而影響控制棒水壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)的運(yùn)行性能。而電磁閥線圈的正常運(yùn)行直接影響電磁閥的工作性能，因此，本文對(duì)電磁線圈發(fā)熱情況進(jìn)行了研究。運(yùn)用ANSYS 電磁場(chǎng)分析軟件，變化輸入電流，對(duì)直動(dòng)電磁閥線圈進(jìn)行了溫度場(chǎng)特性分析，并予以了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，當(dāng)電流增大時(shí)，溫度升高;內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，中心溫度高于邊緣溫度，其中內(nèi)壁中心溫度最高;線圈最高溫度低于其破壞溫度;獲得了線圈等效導(dǎo)熱系數(shù);在考慮誤差的條件下，計(jì)算分析有較高的準(zhǔn)確性。為電磁閥工作參數(shù)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

　　核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆最關(guān)鍵的安全設(shè)備，擔(dān)負(fù)著反應(yīng)堆的啟動(dòng)、功率調(diào)節(jié)及停堆等重要功能。控制棒水壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[2]是一種新型的內(nèi)置式控制棒驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它是在對(duì)清華大學(xué)發(fā)明的水力驅(qū)動(dòng)控制棒系統(tǒng)深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合商用壓水堆磁力提升器的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而來的。組合閥是控制棒水壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)就是通過電磁閥發(fā)出的脈沖水流進(jìn)行控制調(diào)節(jié)[3]。組合閥是由電磁閥、閥頂蓋、閥本體和閥底座組成，其中直動(dòng)電磁閥是組合閥的重要組成部分。

　　電磁閥是自動(dòng)化儀表中執(zhí)行器的一大分支，具有重量輕、尺寸小、型式多樣，動(dòng)作時(shí)間極快，電信號(hào)傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接等等，因此，電磁閥在工農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、航天航空業(yè)、旅游業(yè)以及生活設(shè)施等各個(gè)方面均獲得廣泛運(yùn)用。電磁閥按其能量轉(zhuǎn)換方式可分為以下2 種：直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥。

　　本文以直動(dòng)電磁閥為研究對(duì)象，就控制棒水壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中直動(dòng)電磁閥線圈多種運(yùn)行工況運(yùn)用ANSYS 軟件進(jìn)行了溫度場(chǎng)特性分析。

1、計(jì)算模型

　　控制棒水壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的組合閥結(jié)構(gòu)由圖 1 可見。主要由頂蓋1、動(dòng)鐵芯2、定鐵芯3、大推桿4、線圈上蓋板5、外殼6、線圈7、線圈下蓋板8 等組成。其中動(dòng)鐵芯和定鐵芯的材料為1J50，大推桿的材料為1Cr18Ni9Ti，線圈上蓋板和下蓋板的材料為DT4C，外殼的材料為10 鋼。線圈匝數(shù)為13205 匝。直動(dòng)電磁閥的輸入電流為直流電0.05–0.25 A。

電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1 電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖2(a)為線圈結(jié)構(gòu)簡圖，其中1，2，3，4，5，6 各點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)測(cè)量各點(diǎn)。在分析中，獲取其計(jì)算值并與實(shí)驗(yàn)室對(duì)比。由于電磁線圈具有軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其簡化為二維模型進(jìn)行計(jì)算求解(圖2(b))。模型分為2 種材料區(qū)域，由表1 所示。其中線圈的導(dǎo)熱系數(shù)未知，首先遍歷求解估計(jì)區(qū)間內(nèi)所有導(dǎo)熱系數(shù)值，然后對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出。

表1 材料導(dǎo)熱系數(shù)

材料導(dǎo)熱系數(shù)