液动高压加热器三通阀的分析与研究

万胜军

(哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司， 哈尔滨150066)

液动高压加热器三通阀的分析与研究

万胜军

(哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司， 哈尔滨150066)

阐述了超超临界火电机组高压加热器液动旁路保护系统的工作原理，以及液动高加三通阀的结构特点。通过仿真计算与分析，验证了液动高加三通阀的工作特性，其能够保证高加投运和解列时介质压力波动小,机组运行平稳、可靠。

高压活塞；液动高加三通阀；缓冲结构；减压罩

三通阀是高压加热器旁路保护系统的重要组成部件，分别安装在高压加热器的进口和出口管道，2只阀门联动使用。当高压加热器发生故障时，三通阀快速动作，隔离高压加热器，给水经旁路进入锅炉，保证机组的正常运行。

由于超超临界火电机组工作压力高，最高可达39 MPa，为减少介质外漏，简化控制系统，提高系统可靠性，超超临界火电机组多采用内置高压活塞驱动的液动高加三通阀。

1 旁路系统及工作原理

1.1 系统布置

图1为超超临界火电机组高压加热器液动旁路保护系统的典型布置，系统由入口三通阀、出口三通阀、快速启闭阀、注水阀及控制系统等组成。

1.2 工作原理

高压加热器投入运行时，应先打开三通阀上部的锁紧手轮，通过注水阀向高压加热器内注水，当压力升至一定值后，液动高加三通阀的阀杆在介质力作用下自动升起，打开阀门主路关闭旁路，给水经高压加热器进入锅炉。当高压加热器泄漏水位超过警戒值时，控制系统发出信号使快速启闭阀迅速打开，活塞下腔的介质泄压，上腔介质推动活塞带动阀瓣下移，迅速关闭主路，打开旁路管道，高压加热器安全解列，给水经旁路管道进入锅炉，保证机组能够正常运行。

1—入口三通阀;2—快速启闭阀;3—泄压管路;4—旁路管道;5—出口三通阀;6—高压加热器;7—主路管道; 8—注水阀

2 液动高加三通阀

2.1 液动高加入口三通阀

2.1.1 技术参数

1 000 MW超超临界机组液动高加入口三通阀的技术参数见表1。

表1 液动高加入口三通阀技术参数

2.1.2 结构特点

液动高加入口三通阀如图2所示，由液动执行机构、上阀座、下阀座、阀体、阀盖、减压罩、手轮等零部件组成，具有以下设计特点。

1—阀体；2—下阀座；3—阀瓣；4—减压罩；5—上阀座；6—自密封圈；7—压环；8—压板；9—活塞 ；10—上阀杆；11—手轮；12—阀杆；13—阀盖；14—O形圈；15—弹簧蓄能圈；16—活塞缸；17—六角头螺栓；18—四合环；19—连接套

1) 液动执行机构。液动高加三通阀的液动执行机构设置在阀体内(图3)，阀盖与活塞缸形成封闭活塞腔，阀盖和活塞缸的泄压管路与活塞下腔及阀体外的泄压管路连接。当高压加热器出现故障，控制系统发出信号，快速启闭阀打开，通过泄压管路将活塞下腔介质迅速泄压，活塞上腔通过进水管路与阀体中腔连通，保证活塞上腔介质保持高压，推动活塞快速下移，带动阀瓣关闭主路。通过设计合理的泄压管路、进水管路面积，可将阀门关闭时间有效控制在3～5 s。

1—活塞；2—O形圈；3—泄压管路；4—阀杆；5—阀盖; 6—进水管路; 7—弹簧蓄能圈;8—活塞缸

2) 缓冲结构设计。活塞下部的阀杆设计成倒锥形，在活塞后10%行程中逐步减小泄压面积，增大活塞下腔介质压力，对活塞的运动进行减速，减缓阀瓣关闭时对主阀座的冲击。

3) 阀座。下阀座可直接在阀体上堆焊而成，也可镶焊在阀体上；上阀座与阀体间采用压力自紧式密封结构连接，四合环镶嵌在阀体凹槽内，通过四合环、压环、压板、自密封圈及六角头螺栓将上阀座紧紧固定在阀体上，压力越高密封性越好，并且拆卸方便。

4) 旁路减压结构设计。当介质流经高压加热器时，会有0.3 MPa左右的压力降，为保证高压加热器投运和解列时进入锅炉的介质压力平稳，三通阀内旁路流道设计有减压罩，减压罩焊接在阀瓣上，既起到节流减压作用，又能进行阀瓣导向。为验证减压罩的性能，设计时可采用软件进行仿真分析。首先建立阀门主路和旁路三维流体模型，应用流体分析软件进行动态性能仿真分析，得到主路、旁路的介质压力和速度分布特性，如图4～图7所示。

将分析的压力、流速代入式(1)，求得阀门主路和旁路流阻系数ζ。

(1)

式中：ζ为阀门流阻系数；Δp为阀门的压力损失，Pa；ρ为流体密度，kg/m3；v为流体平均流速，m/s。

图4 主路介质压力分布图

图5 主路介质流线分布图

将阀门主路流阻系数ζ及表1中THA工况与VWO工况对应介质密度和流速数据代入式(2)， 可分别求得THA工况和VWO工况时的介质流经主路压力降，同理可求得THA工况和VWO工况时的介质流经旁路压力降，数据见表2。将相同工况下，主路和旁路压力降相减，可求得THA工况和VWO工况时的介质流经旁路的压力降比主路分别大0.295 MPa、0.301 MPa，基本符合机组平稳运行要求。

(2)

式中：ΔP为阀门的压力损失，Pa ；ζ为阀门流阻系数；ρ为各工况下流体密度，kg/m3；v为各工况下流体平均流速，m/s。

5) 锁紧机构。液动高加三通阀设计有手轮锁紧机构，当液动高加三通阀主路关闭，高压加热器解列时，旋转手轮，使上阀杆下移，并通过连接套将上阀杆与阀杆连接， 将阀杆锁紧， 防止阀杆误动升起。高压加热器投运前，应先将上阀杆旋至全开位置。

表2 主路和旁路介质压降值

图6 旁路介质流线分布图

图7 旁路介质压力分布图

2.2 液动高加出口三通阀

1—阀体；2—下阀座；3—阀瓣；4—活塞;5—O形圈；6—阀杆；7—上阀杆；8—手轮；9—连接套；10—阀盖；11—弹簧蓄能圈；12—活塞缸

液动高加出口三通阀(图8)的技术参数与液动高加入口三通阀相同，它由液动执行机构、下阀座、阀体、阀盖、手轮等组成，液动高加出口三通阀的结构相对简单，动作原理与液动高加入口三通阀相同，但没有节流减压功能。

3 结 语

通过上述分析可知，超超临界火电机组的液动高加三通阀由内置高压液动执行机构驱动，关闭速度快，全行程时间为3～5 s。阀门设计有旁路减压结构和缓冲结构，保证高加投运和解列时机组运行平稳、可靠。

[1] 毕英杰.高加三通阀结构研究[J].锅炉制造，2012(5)：57-59.

BI Yingjie. Study of HP heater three-way value structure, 2012(5): 57-59.

[2] 卢合奎，廖志明.大型火电机组高压加热器旁路保护系统中关键阀门的开发[J].发电设备，2008,22(1)：61-63.

LU Hekui, LIAO Zhiming. Key valves development for high pressure heater by-pass protection systems of large fossil fuel-fired units[J]. Power Equipment, 2008,22(1): 61-63.

[3] 邹世浩.超(超)临界高加三通阀的研究[J].通用机械，2014(7)：80-82.

ZOU Shihao. Study on ultra-supercritical HP heater three-way valves[J]. General Machinery, 2014(7): 80-82.

Analysis and research on hydraulic three-way valve for HP heater

WAN Shengjun

(HE Harbin Power Plant Valve Company Limited,Harbin 150066,China)

Operating principle of hydraulic by-pass protection system for HP heater used in ultra-supercritical thermal power units is expounded, as well as the structure characteristics of hydraulic three-way valve for HP heater. According to the simulation analysis and calculation, the working characteristics of hydraulic three-way valve for HP heater are verified, which can ensure the medium pressure fluctuation is less during HP heater commissioning and splitting and the the units operate steady and reliable.

HP piston; hydraulic three-way valve for HP heater; cushion structure; pressure reduction sleeve

2017-03-13;

2017-05-21。

万胜军(1971—)，男，高级工程师，从事阀门研发、设计及管理工作。

TK223.6

A

2095-6843(2017)05-0453-04

(编辑李世杰)

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