液動高壓加熱器三通閥的分析與研究

萬勝軍

(哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司， 哈爾濱150066)

液動高壓加熱器三通閥的分析與研究

萬勝軍

(哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司， 哈爾濱150066)

闡述了超超臨界火電機組高壓加熱器液動旁路保護系統的工作原理，以及液動高加三通閥的結構特點。通過仿真計算與分析，驗證了液動高加三通閥的工作特性，其能夠保證高加投運和解列時介質壓力波動小,機組運行平穩、可靠。

高壓活塞；液動高加三通閥；緩沖結構；減壓罩

三通閥是高壓加熱器旁路保護系統的重要組成部件，分別安裝在高壓加熱器的進口和出口管道，2只閥門聯動使用。當高壓加熱器發生故障時，三通閥快速動作，隔離高壓加熱器，給水經旁路進入鍋爐，保證機組的正常運行。

由于超超臨界火電機組工作壓力高，最高可達39 MPa，為減少介質外漏，簡化控制系統，提高系統可靠性，超超臨界火電機組多采用內置高壓活塞驅動的液動高加三通閥。

1 旁路系統及工作原理

1.1 系統布置

圖1為超超臨界火電機組高壓加熱器液動旁路保護系統的典型布置，系統由入口三通閥、出口三通閥、快速啟閉閥、注水閥及控制系統等組成。

1.2 工作原理

高壓加熱器投入運行時，應先打開三通閥上部的鎖緊手輪，通過注水閥向高壓加熱器內注水，當壓力升至一定值后，液動高加三通閥的閥桿在介質力作用下自動升起，打開閥門主路關閉旁路，給水經高壓加熱器進入鍋爐。當高壓加熱器泄漏水位超過警戒值時，控制系統發出信號使快速啟閉閥迅速打開，活塞下腔的介質泄壓，上腔介質推動活塞帶動閥瓣下移，迅速關閉主路，打開旁路管道，高壓加熱器安全解列，給水經旁路管道進入鍋爐，保證機組能夠正常運行。

1—入口三通閥;2—快速啟閉閥;3—泄壓管路;4—旁路管道;5—出口三通閥;6—高壓加熱器;7—主路管道; 8—注水閥

2 液動高加三通閥

2.1 液動高加入口三通閥

2.1.1 技術參數

1 000 MW超超臨界機組液動高加入口三通閥的技術參數見表1。

表1 液動高加入口三通閥技術參數

2.1.2 結構特點

液動高加入口三通閥如圖2所示，由液動執行機構、上閥座、下閥座、閥體、閥蓋、減壓罩、手輪等零部件組成，具有以下設計特點。

1—閥體；2—下閥座；3—閥瓣；4—減壓罩；5—上閥座；6—自密封圈；7—壓環；8—壓板；9—活塞 ；10—上閥桿；11—手輪；12—閥桿；13—閥蓋；14—O形圈；15—彈簧蓄能圈；16—活塞缸；17—六角頭螺栓；18—四合環；19—連接套

1) 液動執行機構。液動高加三通閥的液動執行機構設置在閥體內(圖3)，閥蓋與活塞缸形成封閉活塞腔，閥蓋和活塞缸的泄壓管路與活塞下腔及閥體外的泄壓管路連接。當高壓加熱器出現故障，控制系統發出信號，快速啟閉閥打開，通過泄壓管路將活塞下腔介質迅速泄壓，活塞上腔通過進水管路與閥體中腔連通，保證活塞上腔介質保持高壓，推動活塞快速下移，帶動閥瓣關閉主路。通過設計合理的泄壓管路、進水管路面積，可將閥門關閉時間有效控制在3～5 s。

1—活塞；2—O形圈；3—泄壓管路；4—閥桿；5—閥蓋; 6—進水管路; 7—彈簧蓄能圈;8—活塞缸

2) 緩沖結構設計。活塞下部的閥桿設計成倒錐形，在活塞后10%行程中逐步減小泄壓面積，增大活塞下腔介質壓力，對活塞的運動進行減速，減緩閥瓣關閉時對主閥座的沖擊。

3) 閥座。下閥座可直接在閥體上堆焊而成，也可鑲焊在閥體上；上閥座與閥體間采用壓力自緊式密封結構連接，四合環鑲嵌在閥體凹槽內，通過四合環、壓環、壓板、自密封圈及六角頭螺栓將上閥座緊緊固定在閥體上，壓力越高密封性越好，并且拆卸方便。

4) 旁路減壓結構設計。當介質流經高壓加熱器時，會有0.3 MPa左右的壓力降，為保證高壓加熱器投運和解列時進入鍋爐的介質壓力平穩，三通閥內旁路流道設計有減壓罩，減壓罩焊接在閥瓣上，既起到節流減壓作用，又能進行閥瓣導向。為驗證減壓罩的性能，設計時可采用軟件進行仿真分析。首先建立閥門主路和旁路三維流體模型，應用流體分析軟件進行動態性能仿真分析，得到主路、旁路的介質壓力和速度分布特性，如圖4～圖7所示。

將分析的壓力、流速代入式(1)，求得閥門主路和旁路流阻系數ζ。

(1)

式中：ζ為閥門流阻系數；Δp為閥門的壓力損失，Pa；ρ為流體密度，kg/m3；v為流體平均流速，m/s。

圖4 主路介質壓力分布圖

圖5 主路介質流線分布圖

將閥門主路流阻系數ζ及表1中THA工況與VWO工況對應介質密度和流速數據代入式(2)， 可分別求得THA工況和VWO工況時的介質流經主路壓力降，同理可求得THA工況和VWO工況時的介質流經旁路壓力降，數據見表2。將相同工況下，主路和旁路壓力降相減，可求得THA工況和VWO工況時的介質流經旁路的壓力降比主路分別大0.295 MPa、0.301 MPa，基本符合機組平穩運行要求。

(2)

式中：ΔP為閥門的壓力損失，Pa ；ζ為閥門流阻系數；ρ為各工況下流體密度，kg/m3；v為各工況下流體平均流速，m/s。

5) 鎖緊機構。液動高加三通閥設計有手輪鎖緊機構，當液動高加三通閥主路關閉，高壓加熱器解列時，旋轉手輪，使上閥桿下移，并通過連接套將上閥桿與閥桿連接， 將閥桿鎖緊， 防止閥桿誤動升起。高壓加熱器投運前，應先將上閥桿旋至全開位置。

表2 主路和旁路介質壓降值

圖6 旁路介質流線分布圖

圖7 旁路介質壓力分布圖

2.2 液動高加出口三通閥

1—閥體；2—下閥座；3—閥瓣；4—活塞;5—O形圈；6—閥桿；7—上閥桿；8—手輪；9—連接套；10—閥蓋；11—彈簧蓄能圈；12—活塞缸

液動高加出口三通閥(圖8)的技術參數與液動高加入口三通閥相同，它由液動執行機構、下閥座、閥體、閥蓋、手輪等組成，液動高加出口三通閥的結構相對簡單，動作原理與液動高加入口三通閥相同，但沒有節流減壓功能。

3 結 語

通過上述分析可知，超超臨界火電機組的液動高加三通閥由內置高壓液動執行機構驅動，關閉速度快，全行程時間為3～5 s。閥門設計有旁路減壓結構和緩沖結構，保證高加投運和解列時機組運行平穩、可靠。

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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。

萬勝軍(1971—)，男，高級工程師，從事閥門研發、設計及管理工作。

TK223.6

A

2095-6843(2017)05-0453-04

(編輯李世杰)

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