тарелка обратного клапана

Вот о чём часто забывают, когда говорят про обратные клапаны в паротурбинном тракте. Все внимание на пружину, на корпус, на посадку, а тарелка обратного клапана — ну, диск и диск, что там может пойти не так? А на практике именно с ней связано процентов семьдесят проблем по негерметичности или вибрации после ремонта. Стоит чуть ошибиться в геометрии контактной поверхности или в материале — и всё, клапан стучит или пропускает. Я сам долго считал, что это простая деталь, пока не столкнулся с последствиями такой ?простоты? на блоке с турбиной К-300.

Где собака зарыта: контактная поверхность и материал

Основная функция — перекрыть поток. Значит, главное — это уплотнительная поверхность. Она должна быть идеально чистой и ровной. Но ?идеально? — это не про шлифовку до зеркала, как многие думают. Слишком гладкая поверхность, особенно для паровых сред высоких параметров, может ?залипать?. Нужна определенная шероховатость, Ra где-то в районе 0,8, чтобы обеспечить пластическую деформацию микровыступов и надежное уплотнение. Видел случаи, когда при капремонте на стороне заказчика тарелку просто прошлифовали на станке, добились блеска — и клапан пошел в ?подсос? сразу после запуска.

Второй момент — материал. Стандартно идёт сталь 20Х13 или подобная нержавейка. Но здесь важно не только марку соблюсти, а и термообработку. Твердость тарелки должна быть чуть ниже твердости седла клапана. Это классическое правило, чтобы износ при ударах приходился на сменную деталь — тарелку, а не на корпус клапана. У нас был опыт с поставкой комплектующих для ремонта турбины ПТ-60/75-130 на одной ТЭЦ. Заказчик привез свои тарелки, якобы из правильной стали. Поставили. Через полгода звонок: клапан гремит, слышен шум. Вскрыли — на седле выработка. Оказалось, тарелки были перекалены, тверже седла. Пришлось менять и тарелки, и протачивать седло. Убытки и простой.

Именно поэтому на нашем производстве, в ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование, к таким, казалось бы, простым деталям подход как к ключевым. Мы не просто вытачиваем по чертежу. Контроль материала (спектральный анализ — обязательно), контроль твёрдости после термообработки, финишная обработка контактной поверхности не абразивом, а методом точного доводочного точения. Это исключает наклёп и остаточные напряжения. Проверяем на стенде на герметичность под давлением. Без этого нельзя. Информацию о нашем подходе к компонентам можно найти на https://www.chinaturbine.ru, где мы детально описываем процессы ремонта и производства.

Неочевидные проблемы: балансировка и направляющая

Казалось бы, какая балансировка у диска, который движется по оси всего на несколько миллиметров? Но если центр масс смещен, при срабатывании клапана (а это часто резкий ход) возникает боковой момент. Тарелка подходит к седлу не параллельно, а под углом. Сначала садится одна кромка — нет герметичности, появляется утечка, которая быстро разъедает металл. Плюс вибрация и износ направляющей втулки.

Направляющая — это отдельная история. Зазор между штоком тарелки и втулкой — критический параметр. Большой зазор — тарелка ?гуляет?, опять же, риск неперпендикулярной посадки. Маленький — может заклинить, особенно при перепадах температур. В паровых системах, где мы в основном и работаем, учитываем коэффициент линейного расширения. Для ремонта турбины, скажем, Т-100 мы всегда делаем пригонку с ?холодным? зазором, рассчитанным на её рабочий нагрев. По памяти, для штока диаметром 20 мм из стали 20Х13 при рабочей температуре 400°С этот зазор на холодном состоянии должен быть около 0,15-0,20 мм. Но это уже из практики, не из книжки.

Однажды столкнулся с капремонтом, где предыдущие ремонтники поставили тарелку с направляющей из материала с другим коэффициентом расширения. На холодную всё работало идеально. При прогреве пара на 300 градусов тарелка заклинила в открытом положении. Хорошо, что система резервная была. Аварийного останова удалось избежать, но ситуация нервная. После этого мы в ООО Сычуань Чуанли для критичных узлов всегда считаем тепловые зазоры в привязке к конкретной паре материалов и температурному графику агрегата.

Связка с другими элементами: пружина и условия среды

Тарелка обратного клапана не работает сама по себе. Её поведение на 90% определяется пружиной. Сила натяжения пружины должна гарантировать закрытие при заданном перепаде давления, но не быть избыточной, иначе клапан будет открываться с большим гистерезисом, ?запаздывать?. Это может вызвать гидроудары в системе. При ремонте мы всегда тестируем тарелку в сборе с пружиной, подобранной или изготовленной под конкретные параметры среды.

Среда — это отдельная тема. Для конденсата и для перегретого пара — разные нюансы. В паре с высокой температурой возможна ползучесть металла тарелки, особенно если были микротрещины от усталости. Она может постепенно деформироваться, потерять плоскостность. В конденсатных системах главный враг — кавитация. При резком закрытии клапана могут возникать кавитационные пузырьки, которые схлопываются и вырывают микрочастицы металла с контактной поверхности. Поэтому для таких условий иногда имеет смысл рассматривать наплавку поверхности более стойким сплавом, типа стеллита. Но это уже решение под конкретный случай, не универсальное.

В нашей практике монтажа и обслуживания турбин по всему миру мы видим, что многие проблемы с обратными клапанами начинаются именно из-за неучёта среды. Меняли тарелку на такую же, как стояла, но не спросили, а не изменился ли за годы режим работы участка трубопровода? Может, стали чаще включать/отключать насос, увеличилась частота срабатываний? Это усталостный износ, который ведёт к трещинам.

Практические кейсы и выводы

Приведу пример из недавнего проекта технической модернизации на одном из промышленных предприятий. Там стояла задача повысить надёжность системы подпитки котлов. Проблема — частый отказ обратных клапанов на линии. Стали разбираться. Оказалось, тарелки были штампованные, с неконтролируемой твёрдостью и с литниковым следом как раз на уплотнительной кромке. Это было заводским браком, который десятилетиями ?лечили? частой заменой. Мы предложили не просто заменить тарелки, а пересчитать всю кинематику узла, изготовить тарелки из кованой заготовки с полным циклом термообработки и контролем. После замены — тишина. Ресурс узла вырос в разы.

Что я хочу этим сказать? Тарелка обратного клапана — это не расходник, который можно взять первый попавшийся по размеру. Это расчётный, прецизионный элемент. Её проектирование, подбор материала и изготовление требуют понимания всей системы: давления, температуры, химии среды, динамики открытия/закрытия, совместимости с соседними деталями.

Именно комплексный подход, от проектирования компонентов до монтажа и сервиса, который практикует наша компания, позволяет избегать таких ?мелочей?, приводящих к большим простоям. Когда мы берем в работу капитальный ремонт паровой турбины, мы несём ответственность за каждый винтик, а уж за такой ключевой для безопасности элемент, как обратный клапан и его тарелка, — тем более. Все тонкости нашего подхода к ремонту и производству, основанные именно на подобном практическом опыте, мы отражаем в своей работе и делимся ими на страницах нашего сайта. Главный вывод прост: в энергетике мелочей не бывает. И тарелка клапана — яркое тому подтверждение.