Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»

Горобченко Станислав Львович

Признаком автоколебательных и акустических явлений в системе парораспределения можно считать богатый спектр высокочастотных составляющих пульсаций. Однако однозначную трактовку дать достаточно трудно. Так, при отрыве затвора от седла могут возникать ударные нагрузки из-за высоких уровней пульсаций давления. Они, в свою очередь, вызовут сложные колебания и вибрацию сопряженных узлов.

Сложно диагностируются акустические эффекты в системе парораспределения. Например, наличие при малых степенях открытия клапана сверхзвуковых течений в области его чаши приводит к возможности формирования акустических резонансов.

В большей степени подобные эффекты могут инициировать разного рода отрывы потока, а также поперечные колебания затворов клапанов.

Как показано в исследованиях ЦКТИ, среди таких определяющих факторов влияния на повреждаемость подшипников, как особенности центровки подшипников и линии валопровода, эксплуатационные расцентровки опор под воздействием валопровода и нагрева фундаментов, проблемы тепловых расширений цилиндров и скольжения корпусов подшипников по опорным поверхностям фундаментных рам, фактор влияния вибрационных характеристик системы парораспределения на уровень вибрации ротора турбины является равнозначным.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИНЖИНИРИНГА.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

Наиболее эффективный способ повышения надежности – использование критериев надежности уже на этапе проектирования. Например, рабочие зазоры в клапанах, в т.ч. и ремонтные, формируются из учета знаний эксплуатации клапана в конкретной рабочей среде, здесь же задаются параметры коррозионной стойкости для всех элементов клапана, соприкасающихся со средой. Зная характеристики максимальных и минимальных, а также номинальных значений давления, температуры, расхода, колебаний характеристик среды можно добиться повышения надежности уже на этапе проектирования клапана.

Правильно рассчитанные клапаны задают возможность их использования с повышением долговечности и дают возможность предложить специальные программы повышения надежности и гарантий для предприятий. На примере одного предприятия, где был установлен клапан завышенного размера, работавший в неэффективных для него условиях от 0 до 10% открытия, был обнаружен повышенный местный износ привода, высокий расход воздуха, работа всех систем проходила в нестабильных условиях.

Гарантии могут быть повышены, если специалисты предприятия пройдут обучение и будут аттестованы на расчет и применение клапанов, при ремонте будут использованы только оригинальные запасные части, ремонт будет производиться по процедурам и технологии завода изготовителя, клапан будет предварительно рассчитан, на него будет заведен технический паспорт, специалисты будут проходить периодическую переаттестацию, а до момента поставки клапан будет дополнительно тестирован в соответствии с условиями процесса. Приемку и тестовые испытания при необходимости желательно осуществлять в присутствии специалистов производителя и заказчика.

Надежность может понижаться постепенно в связи с постепенным износом, накоплением усталости и др. Однако, необходимо внимательно отнестись к каждому из элементов клапана, поскольку надежность каждого из них может отличаться в разы. Именно с этим связана проблема, где клапан при одних и тех же условиях может работать в несколько раз меньше. Обычно это связано с тем, что при расчете не был принят во внимание какой-либо из существенных параметров. И тогда один и тот же клапан

может работать на одном процессе в 10-20 раз меньше, чем другой. Точное выделение наиболее слабого элемента, который и определяет надежность клапана в целом, и позволяет существенно повысить надежность и долговечность. Программы оказывают существенную помощь в выявлении слабых мест и перерасчете клапанов.

Особое внимание следует уделять элементам, испытывающим нагрузки от воздействия среды. Для шаровых, сегментных клапанов и поворотных заслонок наиболее характерными являются затворы, седла, штоки и уплотнения.

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ КЛАПАНОВ

1.1. Дублирование. Например, используется двойное верхнее уплотнение.

1.2. Снижение вероятности катастрофических отказов за счет специальных конструктивных элементов, например, механизма против выдавливания оси

1.3. Использование специальных материалов, отвечающих требованиям эксплуатации. Например, поверхность шара – из специального хромового или нитридтитанового покрытия, поверхность седла – из стеллита.

1.4. Сменные и модульные элементы. Используются сменные седла, и иногда вся внутренняя начинка клапана может быть заменена на более соответствующие условиям эксплуатации.

1.5. Долговечность и надежность в течение длительного срока эксплуатации за счет использования самоочищающегося седла, наплавка седла стеллитом.

1.6. Разгрузка нагруженных элементов клапана, например через уравнивание давления. Так, разгрузка золотника на 99% приводит к снижению требований к мощности привода и устраняет трение в нем.

1.7. Специальная конструкция при высоких перепадах давления не допускает скачкообразного роста давления. Например, нет скачкообразного начала регулирования при открытии в связи с большим холостым ходом.

ПРИМЕРЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

1.8. Снижение разбега хода клапана, стремление к его работе в определенном диапазоне регулирования и углов открытия, или, наоборот, переход на другие углы открытия и участки регулирования для более равномерного износа.

1.9. Снижение величины хода клапана.

1.10. Увеличение мощности привода.

1.11. Интеллектуализация клапанов с системами диагностики для повышения их надежности.

1.12. Снижение износа и трения и условий их образования в запорных органах.

1.13. Снижение числа элементов, механически передающих вращение или энергию, включая такие решения как: повышение компактности, повышение жесткости каждого элемента, снижение боковых нагрузок, приводящих к изгибающему моменту и преждевременному износу сальников и механизма привода.

1.14. Повышение усталостных характеристик наиболее вращающихся элементов.

1.15. Снижение количества непрогнозируемых гидроударов и нагрузок, поверхностных напряжений.

1.16. Правильный выбор режимов работы клапана.

1.17. Снижение перегрузок в переходных режимах.

1.18. Использование 2-х дублирующих клапанов, выход из строя одного из них не должен сказываться на работе системы. Установка 2-х клапанов для поэтапного снижения давления с целью избежать кавитацию.

1.19. Повышение надежности контура регулирования начинается с клапана, как нижней ступени управления.