1 概述
在火力發(fā)電系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的效率，將汽輪機(jī)中完成熱能交換的部分蒸汽抽出并送到高壓加熱器（簡(jiǎn)稱高加，下同），通過(guò)熱交換把流經(jīng)高加的給水加熱，提高鍋爐給水溫度，從而降低鍋爐能源消耗，提高火電系統(tǒng)的效率。在高加入口的給水管路上安裝了三通閥。當(dāng)高加發(fā)生故障或其他原因需要斷開(kāi)時(shí)，可通過(guò)快速關(guān)閉三通閥主通路切斷高加給水，將高加與系統(tǒng)斷開(kāi)，以保護(hù)高加。此時(shí)，流經(jīng)高加的給水通過(guò)三通閥的旁路流入鍋爐，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。
2 工作原理
高加入口三通閥（圖1）有兩個(gè)通路，其中主通路流向高加，旁通路直接流向鍋爐。當(dāng)電廠正常工作時(shí)，三通閥閥瓣上部密封面與上閥座密封面接觸（圖2），旁通路處于關(guān)閉狀態(tài)，主通路處于開(kāi)啟狀態(tài)，給水從主通路流入高加，經(jīng)抽汽系統(tǒng)進(jìn)入高加的蒸汽加熱后流入出口閥再到鍋爐繼續(xù)加熱形成蒸汽。當(dāng)高加發(fā)生故障需要緊急斷開(kāi)時(shí)，三通閥上的快速電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接到指令將閥瓣向下運(yùn)行，閥瓣

下密封面與下閥座密封面接觸，將三通閥主通路關(guān)閉，旁通路開(kāi)啟，給水從旁通路流出，經(jīng)出口閥直接進(jìn)入鍋爐，確保電廠不停機(jī)，此時(shí)電廠可對(duì)高加進(jìn)行緊急檢修。當(dāng)高加檢修后需要重新投入運(yùn)行時(shí)，由高加注水系統(tǒng)向高加注水。在壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接到指令將閥瓣向上提起，關(guān)閉三通閥的旁通路，整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

♂

3 設(shè)計(jì)
3.1 結(jié)構(gòu)
三通閥閥體為三通路結(jié)構(gòu)，閥瓣類似于截止閥閥瓣。閥瓣具有上下2個(gè)密封面并保持平行。上閥座采用自密封結(jié)構(gòu)固定在閥體上，預(yù)緊螺栓將上閥座提起，壓緊密封環(huán)，從而確保旁路關(guān)閉時(shí)，給水不會(huì)從上閥座的外面流入旁路。預(yù)緊螺栓下設(shè)有3組彈簧墊片，能給密封力以補(bǔ)償，同時(shí)脹緊螺栓，使螺栓不會(huì)脫落。閥體中腔采用自密封結(jié)構(gòu)，非旋轉(zhuǎn)閥桿帶動(dòng)閥瓣上下運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)填料的使用壽命。閥桿采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作。由于高加發(fā)生故障時(shí)需要緊急切斷閥門，因此電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需采用快速驅(qū)動(dòng)型，同時(shí)閥桿采用雙頭梯形螺紋，加快啟閉速度。
3.2 閥體壁厚
閥體壁厚t為
式中
t———閥體壁厚計(jì)算值，mm
Pc———額定壓力級(jí)，MPa
D———內(nèi)徑，mm
S———應(yīng)力系數(shù)（S=7000），psi
C———鑄造偏差和腐蝕余量，mm
閥體實(shí)際選用的壁厚應(yīng)大于等于計(jì)算值t。閥體壁厚t也可以在相關(guān)資料中獲得。
3.3 閥瓣厚度
閥瓣厚度Sb'為
式中
K———壁厚系數(shù)（PN=2.0MPa，K=0.8；PN=5.0MPa，K=0.65；PN=10.0MPa，K=0.5）
DMP———密封面平均直徑，mm
［σW］———材料許用彎曲應(yīng)力，MPa
3.3 閥桿操作力
高加出現(xiàn)故障需要緊急斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥桿下降將三通閥主通路關(guān)閉，閥桿主要受填料的摩擦力Ftl、閥前壓力P1產(chǎn)生的作用力Ffq、閥后壓力P2產(chǎn)生的作用力Ffh以及密封面上的密封力Fmf的影響，其操作力為F。高加故障修復(fù)后，需要重新運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥桿上升，將三通閥旁通路關(guān)閉，閥桿主要受填料的摩擦力Ftl、閥前壓力P1產(chǎn)生的作用力Ffq、高加側(cè)壓力P3產(chǎn)生的作用力Fgj以及閥前壓力P1作用在閥桿上的作用力Ffg的影響，其操作力為F'。
F=Ftl+Fmf+Ffq－Ffh
F'=Ftl+Ffq－Fgj－Ffg
Ftl=ψdfbtP1
Fmf=0.785（d02－d2）k（P1－P2）
Ffq=0.785d2P1
Ffh=0.785（d02－df2）P2
Fgj=0.785（d'+dm）2P3
Ffg=0.785df2P1
式中
Ftl———填料對(duì)閥桿的摩擦力，N
ψ———系數(shù)（由填料深度/填料寬度確定）
df———閥桿直徑，mm
bt———填料寬度，mm
P1———閥前壓力，MPa
Ffq———閥前壓力P1產(chǎn)生的作用力，N
d———上閥座密封面內(nèi)徑，mm
Fmf———密封面上的密封力，N
d0———上閥座密封面外徑，mm
k———系數(shù)
P2———閥后壓力，MPa
Ffh———閥后壓力P2產(chǎn)生的作用力，N
P3———高加側(cè)壓力，MPa
Fgj———高加側(cè)壓力P3產(chǎn)生的作用力，N
d'———下閥座密封面內(nèi)徑，mm
dm———密封面寬度，mm
Ffg———閥前壓力P1作用在閥桿上的作用力，N
4 高加入口保護(hù)閥類型
在國(guó)內(nèi)根據(jù)不同的機(jī)組及系統(tǒng)要求，除了電動(dòng)高加三通閥外，還有全液動(dòng)自動(dòng)控制高加三通保護(hù)閥、液動(dòng)控制高加四通保護(hù)閥和三臺(tái)閘閥組合系統(tǒng)。
4.1 全液動(dòng)自動(dòng)控制高加三通保護(hù)閥
閥門為三通結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有液壓缸，當(dāng)高加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)快開(kāi)閥將液壓缸內(nèi)下腔介質(zhì)快速排空，流經(jīng)閥體內(nèi)的介質(zhì)通過(guò)控制針閥補(bǔ)充到液壓缸上腔，依靠閥瓣的上下壓差推動(dòng)閥瓣向下運(yùn)動(dòng)，從而關(guān)閉流向高加的回路，打開(kāi)流向鍋爐的旁通路。該閥門全部依靠流經(jīng)閥門的介質(zhì)自動(dòng)操作，不需要額外的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但對(duì)閥門的加工精度及控制系統(tǒng)要求較高。
4.2 液動(dòng)控制高加四通保護(hù)閥
閥門為四通結(jié)構(gòu)，上部設(shè)有液壓缸，液壓缸內(nèi)設(shè)有彈簧，當(dāng)高加系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要關(guān)閉高加時(shí)，液壓源流入液壓缸上腔，推動(dòng)閥桿向下動(dòng)作，從而使閥門關(guān)閉主通路，給水流向旁通路。該閥門需要電廠配備額外的液壓源，但閥門關(guān)閉的速度快，幾秒鐘內(nèi)就能切斷高加。
4.3 三臺(tái)閘閥組合
在高加前后及旁路上各配有一臺(tái)高溫高壓電動(dòng)楔式單閘板閥門，三臺(tái)閥門一起組成高加保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)正常工作時(shí)，高加進(jìn)口前的閘閥和高加出口后的閘閥開(kāi)啟，高加旁路上的閘閥關(guān)閉，給水經(jīng)高加至鍋爐。當(dāng)高加系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，高加前和高加后的閘閥同時(shí)關(guān)閉，高加旁路上的閘閥打開(kāi)，給水經(jīng)旁路流至鍋爐。這種三臺(tái)電動(dòng)閘閥組合作為高加保護(hù)閥的系統(tǒng)，由于采用了全通徑的閘閥，流體特性較好，但是動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)的造價(jià)較高。
5 結(jié)語(yǔ)
三通閥在電廠對(duì)高加起著重要的保護(hù)作用。目前，國(guó)內(nèi)高加入口三通閥有液動(dòng)和電動(dòng)兩種形式。液動(dòng)三通閥需要提供液壓缸和壓力介質(zhì)，關(guān)閉速度快。電動(dòng)通閥關(guān)閉速度比液動(dòng)三通閥慢，但性能比液動(dòng)三通閥可靠。