уплотнительные кольца под болты

Когда говорят про уплотнительные кольца под болты, многие сразу представляют себе стандартные резиновые шайбы из ремкомплекта. И в этом кроется главная ошибка. В паротурбинной технике, особенно на фланцевых соединениях кожухов, крышек цилиндров или паропроводов высоких параметров, это не просто ?прокладка от течи?. Это расчетный элемент, который работает в условиях ползучести металла, термоциклирования и высокого давления. Частая проблема на старых турбинах, с которой сталкивался, — это когда при капитальном ремонте ставят кольца из материала, не соответствующего рабочей температуре участка. С виду встали хорошо, а после выхода на режим либо теряют упругость и ?садятся?, либо, наоборот, становятся хрупкими и крошатся. Результат — подсос воздуха в вакуумную систему конденсатора или течь масла. И начинаешь искать причину не там: подтягиваешь болты, проверяешь привалочные плоскости, а дело-то в материале этого самого кольца.

Материал — это не просто ?железо? или ?резина?

Здесь нельзя мыслить категориями магазина хозтоваров. Для фланцевых соединений, скажем, переднего уплотнения цилиндра высокого давления, где температура может быть 400-500°C, исторически применялись кольца из мягкой отожженной стали типа 08Х18Н10Т или даже чистой меди. Их функция — не просто заполнить зазор, а пластически деформироваться при затяжке, скомпенсировав микронеровности, и при этом сохранить контактное давление при тепловом расширении. Ошибка — поставить здесь кольцо из обычной углеродистой стали. Оно не даст нужной деформации, потребует чудовищного момента затяжки, а при нагреве из-за разницы ТКР с корпусом фланца контактное давление может упасть до нуля. Течь гарантирована.

А вот для соединений маслосистемы, где температура умеренная, но есть постоянный контакт с турбинным маслом, уже идет речь о специальных маслобензостойких резинах или паронитах. Но и тут нюанс: резина со временем ?стареет?, теряет эластичность. Видел случаи на турбинах после длительного простоя, когда при вскрытии маслоохладителя уплотнительные кольца под болты крышек просто рассыпались в руках. Их замена — обязательный пункт при любом ремонте, даже если визуально с ними все в порядке. Экономия в 100 рублей на комплекте колец может вылиться в многодневный простой из-за утечки масла и последующей очистки фундамента.

Интересный момент с графитовыми уплотнениями. Их стали активно применять для высокотемпературных фланцев. Но графит бывает разный. Дешевый, некачественный, с крупным зерном — абразив. При затяжке и последующих тепловых движениях он работает как паста ГОИ, постепенно изнашивая посадочную канавку во фланце. В следующий ремонт кольцо уже не держит, потому что канавка стала шире. Приходится либо наплавлять металл и перетачивать, либо искать кольцо нестандартного сечения. Поэтому источник и качество материала — критически важны.

Геометрия и посадка: когда ?впритирку? — плохо

Казалось бы, что сложного — выточить кольцо круглого сечения по чертежу. Но чертеж часто дает только номинальный размер. А на практике, при восстановительном ремонте старого оборудования, идеальных посадочных канавок не бывает. Они имеют эллипсность, разную глубину по окружности, следы коррозии. Если привезти кольца с завода с идеальной геометрией, они могут просто не встать на место или, что хуже, встанут с локальными перекосами.

Опытные монтажники, например, при сборке фланцев паропроводов на месте, часто делают так: берут пруток мягкого металла (медь, алюминий) нужнного диаметра, отрезают по длине, сваривают в кольцо встык, а потом уже аккуратно обжимают его в канавке легкими ударами мягкой киянки. Кольцо принимает точную форму дефектной канавки. Этот ?дедовский? метод для уникальных, нестандартных соединений порой надежнее фабричного. Конечно, для серийных узлов, таких как крышки подшипников или фланцы арматуры, используют готовые уплотнительные кольца под болты стандартных размеров. Но и здесь нужен контроль. Однажды столкнулся с партией колец, у которых сечение было на 0.2 мм меньше заявленного. Визуально не отличишь. При затяжке они просто ?утонули? в канавке, не создав упора. Пришлось срочно искать замену, задерживая пуск.

Еще один практический аспект — состояние поверхности канавки. Перед установкой нового кольца ее необходимо очистить от старого материала, окалины, но без фанатизма. Проход абразивным кругом может снять ?лишнее? и увеличить глубину. Поэтому лучший способ — металлические щетки, скребки, химические растворители для остатков паронита. И обязательно — обезжиривание. Капля масла или консерванта на поверхности меди или мягкой стали под высоким температурным напором может превратиться в газовую прослойку, нарушающую герметичность.

Процедура затяжки: момент — не панацея

Самая распространенная иллюзия: есть таблица моментов затяжки болтов, затянул с нужным моментом — и соединение герметично. С уплотнительными кольцами под болты это не работает так прямолинейно. Момент затяжки создает напряжение в болте, которое через фланец передается на кольцо, обжимая его. Но если кольцо слишком твердое или канавка перекошена, то при достижении ?правильного? момента ключа реальное давление на кольцо может быть недостаточным. И наоборот, с мягким кольцом можно его пережать, выдавив материал за пределы канавки или даже ?срезав? его.

Поэтому правильная последовательность часто выглядит так: первоначальная затяжка по схеме (крест-накрест) небольшим моментом, чтобы ?посадить? кольцо. Затем прогрев или прокачка системы (например, горячим маслом) для стабилизации металла и самого уплотнения. И затем окончательная подтяжка ?по горячему?. Это особенно важно для высокотемпературных фланцев. Многие течи возникают именно потому, что эту вторую подтяжку пропускают, считая работу законченной после холодной сборки.

Для ответственных соединений на новых или модернизированных турбинах все чаще переходят на гидронатяжники. Это позволяет добиться равномерной и точной нагрузки на все болты шпилек одновременно. Для уплотнительного кольца это идеальные условия, так как исключается перекос фланца при последовательной затяжке обычными ключами. Но и здесь есть своя специфика: необходимо убедиться, что конструкция фланца и длина шпильки рассчитаны под применение гидронатяжника, иначе можно не добиться нужного удлинения шпильки.

Из практики: случай с ремонтом турбины

Хочу привести пример из реального опыта, связанного с компанией ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование (https://www.chinaturbine.ru). Компания, как известно, занимается не только производством, но и капитальным ремонтом и модернизацией паровых турбин. В рамках одного из таких проектов по ремонту цилиндра среднего давления старой турбины встал вопрос о замене уплотнительных колец на фланцах разъема корпуса. Оригинальные чертежи были утеряны, а старые кольца, снятые при разборке, были сильно деформированы и не подлежали обмеру.

Стандартный путь — попытаться восстановить геометрию канавки и сделать кольца ?в размер?. Но инженеры пошли другим путем. Было проведено обследование состояния самих фланцевых поверхностей и канавок, выявлена неравномерная выработка. Вместо того чтобы точить кольца под идеальный теоретический размер, были изготовлены кольца с немного увеличенным (в пределах допуска на пластическую деформацию) сечением из отожженной хромомолибденовой стали. Материал выбрали с учетом рабочей температуры именно этого участка цилиндра. При сборке использовался метод контролируемой затяжки гидронатяжником с поэтапным увеличением давления.

Что это дало? Кольцо, будучи чуть ?крупнее?, при деформации заполнило микронеровности и легкую эллипсность канавки, создав по всей окружности равномерный контакт. А правильный материал обеспечил сохранение упругости при рабочих температурах. После пробных пусков и выхода на параметры течей по разъему не было. Этот случай хорошо показывает, что работа с уплотнительными кольцами под болты — это не слепое следование чертежу, а инженерная задача, требующая учета реального состояния оборудования и применения соответствующих материалов и технологий. Именно такой комплексный подход, включающий проектирование, ремонт и знание материаловедения, и предлагает интегрированная компания вроде Чуанли.

Вместо заключения: культура мелочей

В турбиностроении и энергомашиностроении вообще нет неважных деталей. Уплотнительное кольцо стоимостью в несколько сотен рублей может определить судьбу ремонта стоимостью в миллионы. Главный вывод, который можно сделать: никогда не относитесь к ним как к расходникам второго сорта. Всегда уточняйте:1. Рабочую среду и температуру (пар, масло, вода, воздух).2. Материал фланца и болтов (шпилек).3. Реальное состояние посадочной канавки.4. Правильную процедуру затяжки с учетом тепловых расширений.

И еще один совет, который может показаться странным: если есть возможность при ремонте или модернизации заменить фланцевое соединение с плоской прокладкой и уплотнительными кольцами под болты на сварной стык (если это допускает конструкция и режим работы), стоит это рассмотреть. Это раз и навсегда снимает проблему потенциальной течи по разъему. Но там, где разъем необходим для обслуживания, подход должен быть именно таким: скрупулезным, основанным на физике процессов, а не на общих представлениях. Именно внимание к таким ?мелочам? и отличает качественный, надежный ремонт, который обеспечивает долгую и беспроблемную работу турбинного агрегата после вывода из капитального ремонта или монтажа.