осевой регулирующий клапан

Если говорить об осевом регулирующем клапане в контексте паровых турбин, многие сразу представляют себе некий стандартный узел, чуть ли не расходную деталь. Это в корне неверно. На деле, это один из ключевых элементов, от точной работы которого зависит не только КПД агрегата, но и безопасность. Частая ошибка — относиться к нему как к простому запорно-регулирующему устройству, выбирая по условному проходу и давлению. А ведь тут важен и профиль плунжера, и характер потока на входе, и материал уплотнений под конкретные параметры пара. Свои первые проекты я тоже грешил излишним вниманием к турбине ?в целом?, пока пара инцидентов не заставила вглядеться в детали.

Конструкция и принцип: где кроется дьявол

Конструктивно осевой клапан кажется простым: корпус, седло, плунжер со штоком, привод. Но вся тонкость — в осевом движении плунжера относительно седла. В отличие от задвижек или кранов, здесь поток пара не меняет направление резко, что снижает гидравлические потери. Это критично для регулирования на впуске в ЦВД. Однако простота обманчива. Например, форма проточной части корпуса до и после седла должна обеспечивать ламинарный поток, без зон завихрений, которые приводят к эрозии и вибрациям. Однажды пришлось разбираться с преждевременным износом седла на клапане для турбины мощностью 25 МВт. Вскрытие показало, что причина — не в материале, а в неоптимальном угле входа потока из подводящего патрубка. Проектировщики ?сэкономили? на длине прямого участка перед клапаном.

Ещё один нюанс — приводная часть. Электрогидравлический сервопривод — это отдельная история по настройкам. Быстрая реакция на сигнал от регулятора — это хорошо, но если неверно подобраны демпфирующие характеристики, клапан начинает ?охотиться? около заданного положения. Особенно это заметно на низких нагрузках, когда требуется точное дросселирование. Вибрация передаётся на шток и далее. Мы как-то получили рекламацию именно по этому поводу от одной ТЭЦ: сказали, клапан ?дребезжит?. Приехали, посмотрели лог работы ЭГПУ — всё ясно, кривые настройки с завода были слишком агрессивными для такой схемы регулирования.

И конечно, тепловые расширения. Корпус клапана, фланцы трубопровода, шток — всё нагревается по-разному. Если не предусмотреть правильную компенсацию, например, в конструкции сальникового уплотнения штока, можно получить либо утечку пара, либо заклинивание при прогреве. Сталкивался с ситуацией, когда на пусконаладке после капитального ремонта клапан отказывался плавно открываться. Оказалось, при сборке не учли зазоры в ?холодном? состоянии, указанные в паспорте. Мелочь, а остановила пуск на сутки.

Практика выбора и применения: от спецификации до стенда

Когда мы в ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование готовим предложение по модернизации или ремонту турбинного острова, выбору регулирующего клапана уделяем отдельное внимание. Нельзя просто взять аналог по габаритам. Сначала смотрим на историю эксплуатации старого: где был износ, какие были нарекания по регулированию. Потом анализируем новые режимы, если они изменились. Например, для турбин, которые теперь чаще работают в переменных нагрузках для покрытия пиков, важна не только пропускная способность, но и ресурс работы в частично открытом состоянии — тут эрозия активнее.

На нашем сайте chinaturbine.ru мы указываем, что занимаемся не только производством, но и капремонтом и модернизацией. Так вот, при капремонте клапана часто выгоднее не менять корпус (если он в удовлетворительном состоянии), а изготовить новый плунжер и седло с улучшенной геометрией и наплавкой более стойких сплавов. Это даёт вторую жизнь узлу с повышением характеристик. Мы так делали для нескольких промышленных турбин в химической промышленности, где в паре были примеси. Ресурс между ремонтами увеличился почти вдвое.

Стендовые испытания — отдельная песня. Идеально, конечно, прокачивать на стенде с паром, но это дорого и не всегда доступно. Часто ограничиваются гидравлическими испытаниями на герметичность и ход. Но я всегда настаиваю, как минимум, на проверке ходовых характеристик (зависимость хода от сигнала управления) и усилий на штоке. Были прецеденты, когда новый клапан от стороннего поставщика теоретически подходил по всем каталогам, а на месте оказалось, что мощности штатного сервопривода не хватает для его уверенного закрытия под давлением. Пришлось срочно искать замену или усиливать привод.

Типичные проблемы в эксплуатации и их корни

Из практики, большинство проблем с осевым регулирующим клапаном возникают не внезапно, а нарастают. Самый частый сигнал — рост времени срабатывания или появление ?ступенчатости? при перемещении. Обычно это сальниковое уплотнение штока. Уплотнительная набивка из графита или тефлона изнашивается, подтягивать её нужно с умом — перетянешь, шток будет двигаться рывками, недотянешь — пойдёт пар. Лучший индикатор — визуальный осмотр на горячей турбине (конечно, с соблюдением ТБ) и анализ темпов подтяжки. Если подтягивать приходится чаще, чем раз в полгода, стоит задуматься о замене набивки или всей сальниковой коробки на более современную, бессальниковую с сильфонным уплотнением.

Другая беда — эрозия рабочей кромки седла и плунжера. Особенно в зоне, где клапан работает при малых подъёмах. Тут пар дросселируется с высокой скоростью, и капельки влаги (если пар недогрет) действуют как абразив. На одной из ТЭЦ мы видели клапан, у которого за два года седло превратилось из острого конического в закруглённое ?блюдце?. Регулирование стало неточным, появился свист. Решение — либо обеспечить стабильный перегрев пара на входе (что не всегда в силах эксплуатации), либо изначально закладывать клапан с усиленными наплавленными кромками из стеллита или подобных материалов. В спецификациях мы теперь это всегда отдельно оговариваем.

Реже, но больнее — проблемы с крепёжными соединениями. Фланцы корпуса к трубопроводу. Циклы ?прогрев-останов-остывание? ослабляют болтовые соединения. Бывает, обнаруживается только по небольшой протечке пара. Поэтому в регламент техобслуживания обязательно включаем контроль затяжки ключевых фланцевых соединений после определённого числа пусков или часов работы. Казалось бы, мелочь, но она предотвращает серьёзные аварии с разгерметизацией.

Модернизация и интеграция в современные системы

Сегодня редко когда осевой клапан остаётся ?вещью в себе?. Он всё чаще — исполнительный элемент в контуре АСУ ТП турбоагрегата. И тут возникает вопрос совместимости старой механики с новой электроникой. Мы, как компания, занимающаяся и монтажом, и наладкой, часто сталкиваемся с этим на проектах модернизации. Старый клапан с механическим сервоприводом может быть в хорошем состоянии, но его нужно интегрировать с новым цифровым регулятором. Иногда проще и надёжнее заменить привод целиком на электрогидравлический с цифровым интерфейсом. Это даёт не только точное управление, но и диагностику: датчики положения, температуры, усилия передают данные в систему, можно прогнозировать износ.

В рамках деятельности ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование по технической модернизации мы не раз выполняли такие работы. Например, для турбины ПТ-60 на одном из заводов. Там стояли советские клапаны, механика — монолит, но управление — тяги и кулачки. Заказчик хотел сохранить корпуса клапанов (они были ещё крепкие), но получить плавное и программируемое регулирование. Мы разработали переходные плиты, установили новые ЭГПУ производства ?ЛМЗ? (они хорошо себя показали), интегрировали с системой Siemens. Пуск прошёл тяжело, пришлось долго ?танцевать? с настройками ПИД-регуляторов в контроллере, но в итоге получили стабильную работу во всём диапазоне нагрузок. Клапаны, которым под 40 лет, теперь работают как новые.

Ещё одно направление — уменьшение внутренних утечек в закрытом положении. Для турбин, которые часто находятся в резерве или работают на конденсационный режим с малыми отборами, это важно для экономии тепла. Современные технологии шлифовки и притирки седла и плунжера позволяют добиться герметичности, близкой к нулевой. Мы на своём ремонтном производстве внедрили процедуру финальной притирки не абразивами, а по технологии lapping с контрольными красками. Это трудоёмко, но результат того стоит — утечки после ремонта падают в разы, что подтверждается испытаниями на вакуум.

Вместо заключения: мысль по ходу дела

Так что, возвращаясь к началу. Осевой регулирующий клапан — это не просто деталь, это система. Его нельзя рассматривать отдельно от привода, от системы управления, от параметров пара и режима работы турбины. Опыт, который мы накопили, занимаясь полным циклом от проектирования до обслуживания на chinaturbine.ru, показывает, что большинство проблем решаются не заменой, а глубоким анализом причин и точечной доработкой. Иногда достаточно скорректировать режим эксплуатации, иногда — заменить одну изгруппу деталей, иногда — пересчитать настройки регулятора.

Главное — не игнорировать ?мелкие? симптомы вроде чуть возросшего времени закрытия или лёгкого свиста. Они, как правило, первые ласточки более серьёзных неполадок. И конечно, иметь дело с поставщиками, которые понимают не просто металлообработку, а термодинамику и динамику процессов в турбине. Потому что сделать железку, выдерживающую давление, может многие, а сделать узел, который десятилетиями будет точно и надёжно регулировать поток пара в изменяющихся условиях — это уже уровень другой.

Лично для меня показатель качества работы — когда после модернизации или ремонта клапана мы снимаем с него датчики диагностики на пуске, а дальше про него просто забывают. Он работает. Не требует постоянного внимания, не ?капризничает?. Значит, все нюансы были учтены. К этому и стремимся в каждом проекте, будь то поставка нового оборудования для электростанции в другой стране или капремонт старой турбины на отечественном предприятии. Всё сводится к деталям, к тому самому осевому регулирующему клапану, от которого так много зависит.