Публикации

Запорно-регулирующий клапан нового поколения

29.05.2016

Е.Ю. Ефремов, зам. директора ООО "ТЕЗАУРУС"

Сегодня импорт занимает подавляющую долю российского рынка регулирующей арматуры. Заместить его простым копированием зарубежных конструкций не получится из-за наличия патентной защиты и высоких требований к уровню технологической оснащенности производства для их изготовления. Нужно разрабатывать и внедрять новые конструкции, не только не уступающие по характеристикам импортным аналогам, но и их превосходящие.

Одной из таких конструкций является двухседельный клапан нового поколения производства ООО "ТЕЗАУРУС" (далее клапан ТЕЗАУРУС), включающий в себя ряд запатентованных технических решений. В частности, патентами РФ защищены следующие оригинальные конструктивные особенности:

  • новый способ герметизации сопряжений плунжера с седлами двухседельного клапана;
  • новый способ разгрузки затвора двухседельного клапана;
  • новая компоновка съемного и разборного затвора сопряжений тарелки-сёдла.

Клапан ТЕЗАУРУС решает следующие задачи, недоступные всем другим двухседельным клапанам:

  • выполнение запорно-регулирующей функции клапана, вплоть до класса герметичности А по ГОСТ Р 54808 (ранее ГОСТ 9544) – за счет распределения усилия, подающегося на затвор клапана, в пропорции 50% на 50% между верхним и нижним сопряжениями седло-тарелка.
    Как результат – обеспечивается герметичность затвора.
  • разгрузка плунжера по давлению не только в осевом, но и в радиальном направлении – за счет изменения направления движения и спрямления потоков, что минимизирует влияние истекающей рабочей среды и обеспечивает равномерную нагрузку и длительную эксплуатацию опор плунжера, находящихся между тарелками на минимальном расстоянии от точки приложения сил.
    Как результат – обеспечивается надежгность эксплуатации.
  • доступность, высокая скорость и технологичность проведения технического обслуживания и ремонта – за счет объединения в единый съемный узел затвора всех элементов, обеспечивающих герметичность затвора и подлежащих плановому и профилактическому ремонту.
    Как результат – обеспечивается удобство ТО и ППР.

Для примера рассмотрим клапан ТЕЗАУРУС DN 500 PN 1,0 МПа с классом герметичности СС по ГОСТ Р 54808, предназначенный для систем СНОРТ и противопомпажной защиты турбокомпрессоров ТК-3000 – ТК-5500, который состоит из трех основных частей – корпус, крышка, узел затвора (рис. 1).

Особенности формирования проточной части для движения рабочей среды можно увидеть на рис. 2.

Открыть в полном размере>>>

Специфическая конструкция корпуса клапана и наличие съемного узла затвора приводит к иному характеру движения рабочей среды внутри клапана ТЕЗАУРУС, чем в обычном двухседельном клапане. Подробнее это изображено на рис. 3.

Открыть в полном размере>>>

Основные новации собраны в узле затвора, который состоит из нескольких оригинальных элементов, см. рис. 4.

Открыть в полном размере>>>

Уплотнение корпус клапана – корпус узла затвора, седла – корпус узла затвора и тарелка – шток плунжера осуществляется с помощью стандартных О-образных колец из резиновой смеси марки Р-12 на основе каучука СКФ-26, с ограничением рабочей температуры до +250 С. Сопряжения тарелка-седло – конус, параллельность сопрягающихся поверхностей обеспечивается притиркой, а герметичность – усилием от привода. Распределение усилия от привода в пропорции 50% на 50% между верхним и нижним сопряжениями, а также обеспечение герметичности осуществляется за счет того, что верхнее седло снизу подпружинено пружинным узлом и имеет возможность осевого перемещения, при этом:

  • верхняя и нижняя тарелки жестко зафиксированы на штоке плунжера, который свободно перемещается в направляющих корпуса узла затвора;
  • перемещение вверх верхнего седла ограничивают упоры;
  • верхнее седло, без усилия от привода, приподнято на 1 мм в сторону привода;
  • пружинный узел, при сопряжении верхнего и нижнего сопряжений тарелка-седло, развивает усилие, равное 50% от привода;
  • в "открытом" состоянии затвора – расстояние между сопрягающимися поверхностями седел больше на 1 мм, чем расстояние между сопрягающимися поверхностями тарелок.

Работа системы распределения усилия от привода между верхним и нижним сопряжениями тарелка-седло происходит так. При движении плунжера на закрытие верхняя тарелка сопрягается с верхним седлом, в этот момент останавливается, пока не разовьет усилие, равное порядка 50% от развиваемого приводом; после чего продолжает движение на закрытие до сопряжения нижней тарелки с нижним седлом еще на 1 мм.

Таким образом, пружинный узел выполняет роль механического демпфера плунжера, при его движении на закрытие:

  • верхнее седло перемещается в сторону нижнего седла до сопряжения нижней тарелки с нижним седлом, преодолевая усилие предварительной настройки пружинного узла, что обеспечивает необходимое удельное давление для обеспечения герметичности верхнего сопряжения в момент сопряжения нижняя тарелка-седло;
  • оставшаяся часть усилия от привода передается непосредственно на сопряжение нижняя тарелка-седло, что обеспечивает ему необходимое удельное давление и герметичность.

Для разных классов герметичности необходимо различное удельное давление на сопряжения, см. СТ ЦКБА 068-2008 (Арматура трубопроводная. Затворы запорных клапанов с уплотнением "металл по металлу".

Технические требования) – таким образом, для различных классов герметичности будут различные конструкции узла затвора.

Во время эксплуатации рабочая среда клапанов СНОРТ и противопомпажной защиты турбокомпрессоров нагрета до 170–200oС, что вызывает неравномерное температурное расширение конструктивных элементов клапана. Конструкция узла затвора, а также способ обеспечения герметичности клапана ТЕЗАУРУС обеспечивают при этом сохранение достигнутого класса герметичности за счет того, что верхнее сопряжение тарелка-седло, при сохранении фактически достигнутого удельного давления, имеет возможность перемещаться в осевом направлении – вверх на 1 мм и вниз на 2 мм, что более чем достаточно для компенсации температурных расширений.

Нюансы конструкции клапана ТЕЗАУРУС обуславливают иную процедуру технического обслуживания и ремонта, где нет нужды демонтировать корпус клапана для наварки, расточки и притирки зеркал сопряжений тарелка-седло – все работы проводятся с демонтированным узлом затвора.

Процедура притирки проходит в несколько этапов:

  • верхнее сопряжение тарелка-седло притирается при снятом пружинном узле, нижней тарелке и нижнем седле, а герметичность проверяется керосином, где готовность – отсутствие "потения" при сопряжении тарелка-седло под собственным весом;
  • нижнее сопряжение тарелка-седло притирается при снятом верхнем сопряжении, а герметичность также проверяется керосином, где готовность – отсутствие "потения" при сопряжении тарелка-седло под собственным весом.

Во время притирки плунжер можно "обезвесить" пружинным поджимом снизу, что обеспечит дозируемость нагрузки на место притирки, а это, в свою очередь, снизит трудоемкость и повысит качество притираемой поверхности, при этом значительно снизится вероятность задиров на сопрягающихся поверхностях.

После притирки нижнего сопряжения устанавливается пружинный узел, верхнее седло, упоры верхнего седла и верхняя тарелка – после чего проходит испытание узла затвора на плотность обоих сопряжений, а также его настройка:

  • на плунжер подается усилие, равное усилию привода;
  • проверяется герметичность сопряжений на керосин, где готовность – отсутствие "потения" в обоих сопряжениях тарелка-седло;
  • настраивается зазор упоров верхней тарелки, равный 1 мм.

После притирки сопряжений и наладки узла затвора, а также установки уплотнений (узел затвора-корпус клапана) – узел затвора готов для установки в корпус клапана.

Посадочные места клапана ТЕЗАУРУС унифицированы, что позволяет провести ТО и ППР простой заменой узла клапана запасным. Испытания в сборе клапана ТЕЗАУРУС ничем не отличаются от испытаний обычных двухседельных клапанов.

Для соответствия требованиям СТО Газпром 2-4.1-212-2008 ведется работа по разработке конструкции запатентованного оригинального уплотнения для сопряжений тарелка-седло клапанов ТЕЗАУРУС, что позволит обеспечить:

  • герметичность класса А по ГОСТ Р 54808 на номинальное давление до PN 16,0 МПа для клапанов номинальным диаметром до DN 1400;
  • герметичность двухсторонняя (в обоих направлениях), с эффектом самоуплотнения;
  • конструкция уплотнения затвора предусматривает возможность полной разгрузки плунжера, что обеспечивает минимальные требования по мощности привода и максимальное быстродействие при его перемещении;
  • устраняется необходимость удельного давления на сопряжениях затвора, т. к. предварительная герметичность обеспечивается коническим сопряжением, отсекая основной поток рабочей среды, а основная герметичность обеспечивается самоуплотняющимся уплотнением.

Таким образом, в закрытом состоянии клапана за счет полной разгрузки затвора – плунжер остается на месте, а за счет самоуплотнения – сохраняется герметичность. Запорно-регулирующий клапан ТЕЗАУРУС является прекрасной альтернативой регулирующим клапанам зарубежных производителей, а диапазон его применения существенно шире – за счет решения задач, где требуется еще и запорная функция. При этом он имеет целый ряд очевидных преимуществ перед классическими двухседельными клапанами.

Работа над улучшением конструкции клапана ТЕЗАУРУС продолжается и широкое применение данных технологий предприятиями России существенно ускорит импортозамещение. Ожидается, что стоимость клапана при освоении его в массовом производстве будет существенно ниже, чем у импортной арматуры с такой же функциональностью, а это, в свою очередь, позволит "потеснить" и импортные клеточные клапаны, как с вертикальным, так и с горизонтальным сепаратором.

Обсудить на форуме Armtorg >>>